JP6927900B2

JP6927900B2 - Motor drive device having a short-circuit determination part of the capacitor of the DC link part

Info

Publication number: JP6927900B2
Application number: JP2018019417A
Authority: JP
Inventors: 悠太後藤; 康之松本; 昌也立田
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2018-02-06
Filing date: 2018-02-06
Publication date: 2021-09-01
Anticipated expiration: 2038-02-06
Also published as: JP2019140717A

Description

本発明は、ＤＣリンク部のコンデンサの短絡判定部を有するモータ駆動装置に関する。 The present invention relates to a motor drive device having a short-circuit determination unit for a capacitor of a DC link unit.

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を駆動するモータ駆動装置においては、交流電源から供給される交流電力をコンバータ（整流器）にて直流電力に変換してＤＣリンク部へ出力し、さらにインバータにてＤＣリンク部における直流電力を交流電力に変換して、この交流電力を駆動軸ごとに設けられたモータに駆動電力として供給している。 In a machine drive machine, a forging machine, an injection molding machine, an industrial machine, or a motor drive device that drives a motor in various robots, an AC power supplied from an AC power source is converted into a DC power by a converter (rectifier) and DC. It is output to the link unit, and the DC power in the DC link unit is converted into AC power by an inverter, and this AC power is supplied as drive power to a motor provided for each drive shaft.

ＤＣリンク部には、コンバータ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も有するコンデンサが設けられる。このようなコンデンサは、ＤＣリンクコンデンサや平滑コンデンサとも称される。一般にコンデンサには耐圧があることから、ＤＣリンク部における大きな直流電圧に耐えられるよう、複数のコンデンサが直列接続されることがある。 The DC link unit is provided with a capacitor having a function of suppressing the pulsation of the DC output of the converter and a function of accumulating DC power. Such capacitors are also referred to as DC link capacitors and smoothing capacitors. Since capacitors generally have a withstand voltage, a plurality of capacitors may be connected in series so as to withstand a large DC voltage at the DC link portion.

例えば、交流電源の交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、この直流電圧を平滑するために直列接続され、高電位側から、第１、第２、・・・、第Ｎと定めたＮ（Ｎは２以上の整数）個のコンデンサと、前記Ｎ個のコンデンサの何れかが短絡故障したことを検出するコンデンサ異常検出回路とを具備し、前記コンデンサ異常検出回路は、励磁回路と、この励磁電流によって接点が閉路する接点回路を備え、高電位側から、第１、第２、・・・、第Ｎと定めるＮ個のスイッチ回路と、前記Ｎ個のスイッチ回路の各々の励磁回路と交互に直列に接続されるＮ個の励磁抵抗と、前記Ｎ個のスイッチ回路の各々の接点回路と交互に直列に接続されるＮ個の接点抵抗と、を有し、前記第１のコンデンサの高電位側に、前記第１のスイッチ回路の励磁回路及び接点回路の一端を接続し、前記第１のスイッチ回路に接続された第１の励磁抵抗と前記第２のスイッチ回路の励磁回路の接続点を第１の接続点とし、この第１の接続点に、前記第１のスイッチ回路に接続された第１の接点抵抗と前記第２のスイッチ回路の接点回路の接続点を接続すると共に、この第１の接続点から前記第２のコンデンサの高電位側に電流を流す方向に第１のダイオードを接続し、以下同様に順次第Ｋ｛（Ｋ＝２、３、・・・（Ｎ−１）｝の接続点に前記第Ｋのスイッチ回路に接続された第Ｋの接点抵抗と前記第（Ｋ＋１）のスイッチ回路の接点回路の接続点を接続すると共に、この第Ｋの接続点から前記第（Ｋ＋１）のコンデンサの高電位側に電流を流す方向に第Ｋのダイオードを接続し、第Ｎのスイッチ回路に接続された第Ｎの励磁抵抗の他端と、第Ｎのスイッチ回路に接続された第Ｎの接点抵抗の他端とを、前記第Ｎのコンデンサの低電位側に接続し、前記コンバータを運転中に前記第Ｎのスイッチ回路の励磁がオフしたとき、前記Ｎ個のコンデンサのうち少なくとも１台が短絡故障したと判断するようにしたことを特徴とする電力変換装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。 For example, a converter that converts the AC voltage of an AC power supply into a DC voltage is connected in series to smooth the DC voltage, and N (1st, 2nd, ..., N) is defined from the high potential side. N is an integer of 2 or more) and includes a capacitor abnormality detection circuit that detects that any of the N capacitors has a short circuit failure. The capacitor abnormality detection circuit includes an excitation circuit and this excitation circuit. It is provided with a contact circuit in which the contacts are closed by an electric current, and from the high potential side, N switch circuits defined as the first, second, ..., N and the excitation circuits of each of the N switch circuits are alternated. It has N exciting resistors connected in series with N and N contact resistors connected in series alternately with each of the contact circuits of the N switch circuits, and has a height of the first capacitor. One end of the excitation circuit and the contact circuit of the first switch circuit is connected to the potential side, and the connection point between the first excitation resistor connected to the first switch circuit and the excitation circuit of the second switch circuit. Is the first connection point, and the connection point of the first contact resistor connected to the first switch circuit and the connection point of the contact circuit of the second switch circuit is connected to the first connection point, and this A first diode is connected in a direction in which a current flows from the first connection point to the high potential side of the second capacitor, and similarly, the K {(K = 2, 3, ... (N-1) )} Connects the K-th contact resistor connected to the K-th switch circuit to the connection point of the contact circuit of the (K + 1)-th (K + 1) switch circuit, and from the K-th connection point to the first. A K-th diode is connected to the high potential side of the (K + 1) capacitor in the direction of current flow, and is connected to the other end of the N-th excitation resistance connected to the N-th switch circuit and to the N-th switch circuit. The other end of the Nth contact resistor is connected to the low potential side of the Nth capacitor, and when the excitation of the Nth switch circuit is turned off while the converter is in operation, the Nth capacitor of the Nth capacitor is used. A power conversion device is known in which at least one of them is determined to have a short-circuit failure (see, for example, Patent Document 1).

例えば、モータにより駆動される軸を有するロボット本体と、交流電源から与えられる交流電圧を整流する整流器と当該整流器の各出力端子に接続された一対の直流電源線間に直列に接続された第１のコンデンサおよび第２のコンデンサとを有する直流電源装置と、前記交流電源から前記直流電源装置に至る電源供給経路を開閉可能に設けられた電源開閉手段と、前記直流電源線間の直流電圧を入力して前記モータを駆動するインバータ装置と、前記交流電源の電圧を分圧して入力する交流電圧入力部と、低電位側の前記直流電源線に接続された前記第１のコンデンサの端子間電圧を検出するコンデンサ電圧検出部と、前記交流電圧入力部により入力された交流電圧に基づいて前記交流電源の瞬時停電を監視するとともに、前記電源開閉手段の開閉を制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、低電位側の前記直流電源線の電位を基準として前記交流電圧入力部により入力された交流電圧の最大値を検出する最大値検出部と、前記最大値から前記コンデンサ電圧検出部により検出された前記第１のコンデンサの端子間電圧の値を減算して前記第２のコンデンサの端子間電圧を推定するコンデンサ電圧推定部とを備え、検出された前記第１のコンデンサの端子間電圧の値または推定された前記第２のコンデンサの端子間電圧の値と、前記各コンデンサの定格耐圧よりも高く設定されたしきい値電圧とを比較し、前記各コンデンサの端子間電圧の値のうち少なくとも一方が前記しきい値電圧よりも高い場合には前記電源開閉手段を開放させることを特徴とするロボットが知られている（例えば、特許文献２参照。）。 For example, a first robot body having a shaft driven by a motor, a rectifier that rectifies an AC voltage given from an AC power supply, and a pair of DC power supply lines connected to each output terminal of the rectifier are connected in series. A DC power supply device having a capacitor and a second capacitor, a power supply switching means provided so as to open and close a power supply path from the AC power supply to the DC power supply device, and a DC voltage between the DC power supply lines are input. The voltage between the terminals of the inverter device that drives the motor, the AC voltage input unit that divides and inputs the voltage of the AC power supply, and the terminal of the first capacitor connected to the DC power supply line on the low potential side. The control is provided with a capacitor voltage detection unit to be detected and a control circuit for monitoring an instantaneous power failure of the AC power supply based on the AC voltage input by the AC voltage input unit and controlling the opening and closing of the power supply opening / closing means. The circuit has a maximum value detection unit that detects the maximum value of the AC voltage input by the AC voltage input unit with reference to the potential of the DC power supply line on the low potential side, and a capacitor voltage detection unit that detects the maximum value from the maximum value. It is provided with a capacitor voltage estimation unit that estimates the inter-terminal voltage of the second capacitor by subtracting the value of the inter-terminal voltage of the first capacitor, and of the detected inter-terminal voltage of the first capacitor. The value or the estimated inter-terminal voltage value of the second capacitor is compared with the threshold voltage set higher than the rated withstand voltage of each capacitor, and among the inter-terminal voltage values of the respective capacitors. A robot is known that opens the power supply opening / closing means when at least one of them is higher than the threshold voltage (see, for example, Patent Document 2).

例えば、コンデンサとバランス抵抗の並列回路を２個直列接続されてなるコンデンサ回路ユニットをさらに複数組並列接続して構成されるコンデンサ回路のコンデンサ故障検出回路において、前記コンデンサ回路ユニットの１つのコンデンサに並列接続されるバランス抵抗は複数の抵抗から構成されており、前記複数の抵抗のうち１つの抵抗の電圧降下を検出する電圧検出手段と、下限閾値と該下限閾値より大きい上限閾値とを有し、前記電圧検出手段で検出された電圧が前記下限閾値より小さい場合前記コンデンサ回路ユニットのいずれかのコンデンサの異常と判断し、該電圧が前記上限閾値より大きい場合前記コンデンサ回路ユニットのいずれかのコンデンサの異常と判断するコンデンサ異常検出手段と、を備え、少なくとも前記下限閾値は前記コンデンサ回路ユニットに印加される直流電圧に比例して変化することを特徴とするコンデンサ故障検出回路が知られている（例えば、特許文献３参照。）。 For example, in a capacitor failure detection circuit of a capacitor circuit in which a plurality of sets of capacitor circuit units in which two parallel circuits of a capacitor and a balance resistor are connected in series are connected in parallel, the capacitor is parallel to one capacitor of the capacitor circuit unit. The connected balanced resistor is composed of a plurality of resistors, and has a voltage detecting means for detecting a voltage drop of one of the plurality of resistors, a lower limit threshold value, and an upper limit threshold value larger than the lower limit threshold value. When the voltage detected by the voltage detecting means is smaller than the lower limit threshold value, it is determined that one of the capacitors in the capacitor circuit unit is abnormal, and when the voltage is larger than the upper limit threshold value, any capacitor in the capacitor circuit unit is used. A capacitor failure detecting circuit is known, which comprises a capacitor abnormality detecting means for determining an abnormality, and at least the lower limit threshold value changes in proportion to a DC voltage applied to the capacitor circuit unit (for example,). , Patent Document 3).

国際公開第２０１１／１６１７３０号International Publication No. 2011/161730 特開２０１０−１４２０６６号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-142066 特開２００９−９２５０５号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-92505

モータ駆動装置内のコンバータとインバータとの間のＤＣリンク部に設けられた直列接続された複数のコンデンサのうちのいずれかに短絡故障が発生すると、短絡故障していない正常なコンデンサには、これまでよりも高電圧が印加されることになる。正常なコンデンサに印加される高電圧がコンデンサ耐圧以上の電圧であったり、あるいは高電圧が印加された状態が長時間にわたって続くと、高電圧が印加されたコンデンサが破損したり、発火したりすることがある。その結果、モータ、当該モータを駆動するモータ駆動装置、当該モータ駆動装置が駆動するモータに接続されたツール、当該ツールが加工する加工対象、当該モータ駆動装置を有する製造ラインなどが、破損したり変形するなどといった何らかの障害が発生してしまうという問題がある。このため、ＤＣリンク部に設けられたコンデンサの短絡故障を早期に検知することは非常に重要である。例えば、直列接続された複数のコンデンサのそれぞれに印加される電圧を常に監視して短絡故障を検知することも考えられる。しかしながら、各コンデンサについて個々に電圧監視回路を設けることは、部品点数の増加、回路の追加、ひいてはコストの増加を招き、好ましくない。したがって、モータ駆動装置内のコンバータとインバータとの間のＤＣリンク部に設けられた直列接続された複数のコンデンサの短絡故障を追加の回路を設けることなく低コストで検知することができる技術が望まれている。 If a short-circuit failure occurs in any of the multiple capacitors connected in series at the DC link between the converter and the inverter in the motor drive, this will be the normal capacitor that has not been short-circuited. A higher voltage will be applied than before. If the high voltage applied to a normal capacitor is higher than the withstand voltage of the capacitor, or if the high voltage is applied for a long time, the capacitor to which the high voltage is applied may be damaged or ignite. Sometimes. As a result, the motor, the motor drive device for driving the motor, the tool connected to the motor driven by the motor drive device, the processing target processed by the tool, the production line having the motor drive device, and the like are damaged. There is a problem that some kind of trouble such as deformation occurs. Therefore, it is very important to detect a short-circuit failure of the capacitor provided in the DC link portion at an early stage. For example, it is conceivable to constantly monitor the voltage applied to each of a plurality of capacitors connected in series to detect a short circuit failure. However, it is not preferable to provide a voltage monitoring circuit for each capacitor individually because it causes an increase in the number of parts, an addition of circuits, and an increase in cost. Therefore, a technology that can detect a short-circuit failure of a plurality of capacitors connected in series in a DC link between a converter and an inverter in a motor drive device at low cost without providing an additional circuit is desired. It is rare.

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コンバータと、コンバータの直流出力側に並列接続され、互いに直列接続された複数のコンデンサを有するＤＣリンク部と、ＤＣリンク部に並列接続され、ＤＣリンク部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、インバータの出力の値と予め規定された第１の閾値とを比較するとともにコンバータを介して交流電源からＤＣリンク部へ流れる電力の値と予め規定された第２の閾値とを比較し、比較の結果、インバータの出力が第１の閾値を下回った状態においてコンバータを介して交流電源からＤＣリンク部へ流れる電力の値が第２の閾値を上回った場合、ＤＣリンク部内の複数のコンデンサのうち少なくとも１つが短絡したと判定する短絡判定部とを備える。 According to one aspect of the present disclosure, a plurality of motor drive devices are connected in parallel to a converter that converts AC power input from an AC power supply into DC power and outputs it, and to the DC output side of the converter and is connected in series to each other. A DC link unit that has a capacitor of the above, an inverter that is connected in parallel to the DC link unit, converts the DC power in the DC link unit into AC power for driving the motor, and outputs it, and the output value of the inverter is specified in advance. In addition to comparing with the first threshold value, the value of the power flowing from the AC power supply to the DC link unit via the converter is compared with the second threshold value defined in advance, and as a result of the comparison, the output of the inverter is the first. If the value of the power flowing from the AC power supply to the DC link section via the converter exceeds the second threshold value in the state below the threshold value, it is determined that at least one of the plurality of capacitors in the DC link section is short-circuited. It has a part.

本開示の一態様によれば、コンバータとインバータとの間のＤＣリンク部に設けられた直列接続された複数のコンデンサの短絡故障を追加の回路を設けることなく低コストで検知することができ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, a motor capable of detecting a short-circuit failure of a plurality of capacitors connected in series at a DC link portion between a converter and an inverter at low cost without providing an additional circuit. A drive device can be realized.

本開示の第１の実施形態によるモータ駆動装置を示す図である。It is a figure which shows the motor drive device by 1st Embodiment of this disclosure. 本開示の第２の実施形態によるモータ駆動装置を示す図である。It is a figure which shows the motor drive device by the 2nd Embodiment of this disclosure. 第１及び第２の実施形態によるモータ駆動装置における短絡判定処理を例示する図である。It is a figure which illustrates the short circuit determination process in the motor drive device by 1st and 2nd Embodiment. 従来のモータ駆動装置におけるＤＣリンク部のコンデンサ短絡発生時を例示する図である。It is a figure which exemplifies the time when the capacitor short circuit of the DC link part occurs in the conventional motor drive device. 第１及び第２の実施形態によるモータ駆動装置の動作フローを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation flow of the motor drive device by 1st and 2nd Embodiment.

以下図面を参照して、ＤＣリンク部のコンデンサの短絡判定部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。 Hereinafter, a motor drive device having a short-circuit determination unit for a capacitor of the DC link unit will be described with reference to the drawings. These drawings have been scaled accordingly for ease of understanding. The embodiment shown in the drawings is an example for carrying out, and is not limited to the illustrated embodiment.

図１は、本開示の第１の実施形態によるモータ駆動装置を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a motor drive device according to the first embodiment of the present disclosure.

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、１巻線タイプの交流モータ（以下、単に「モータ」と称する。）３を１個制御する場合について説明する。モータ３の個数は本実施形態を特に限定するものではなくこれ以外の個数であってもよく、また、モータ３は複数巻線タイプであってもよい。インバータ１３は、モータの巻線ごとに設けられる。例えば、インバータ１３は、１巻線タイプのモータ３が複数個ある場合はモータ３ごとに、複数巻線タイプのモータ３が１個ある場合は巻線ごとに、複数巻線タイプのモータ３が複数個ある場合は各モータ３の巻線ごとに、設けられる。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１では、一例として交流電源２及びモータ３の相数をともに三相としている。また、モータ３の種類についても本実施形態を特に限定するものではなく、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。ここで、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 one 1-winding type AC motor (hereinafter, simply referred to as “motor”) 3 is controlled by a motor driving device 1 connected to the AC power supply 2 will be described. The number of motors 3 is not particularly limited to this embodiment, and may be any number other than this, and the motors 3 may be of a plurality of winding type. The inverter 13 is provided for each winding of the motor. For example, the inverter 13 has a plurality of winding type motors 3 for each motor 3 when there are a plurality of 1-winding type motors 3 and for each winding when there is one multi-winding type motor 3. If there are a plurality of them, they are provided for each winding of each motor 3. The number of phases of the AC power supply 2 and the motor 3 is not particularly limited to this embodiment, and may be, for example, three-phase or single-phase. In FIG. 1, as an example, the number of phases of the AC power supply 2 and the motor 3 are both three phases. Further, the type of the motor 3 is not particularly limited to this embodiment, and may be, for example, an induction motor or a synchronous motor. Here, the machine provided with the motor 3 includes, for example, a machine tool, a robot, a forging machine, an injection molding machine, an industrial machine, various electric appliances, a train, an automobile, an aircraft, and the like.

モータ駆動装置１は、一般的なモータ駆動装置と同様、ＤＣリンク部１２の直流電力とモータ３の駆動電力もしくは回生電力である交流電力との間で電力変換を行うインバータ１３を制御する。モータ駆動装置１内のモータ制御部１０は、モータ３の（回転子の）速度（速度フィードバック）、モータ３の巻線に流れる電流（電流フィードバック）、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、モータ３の速度、トルク、もしくは回転子の位置を制御するためのスイッチング指令を生成する。モータ制御部１０によって作成されたスイッチング指令に基づいて、インバータ１３による電力変換動作が制御される。 Similar to a general motor drive device, the motor drive device 1 controls an inverter 13 that performs power conversion between the DC power of the DC link unit 12 and the drive power of the motor 3 or the AC power which is the regenerative power. The motor control unit 10 in the motor drive device 1 uses the speed (rotor) speed (rotor) speed (rotor) speed (rotor) speed (rotor speed feedback), the current (current feedback) flowing in the windings of the motor 3, a predetermined torque command, and the motor 3 operation program. Based on the above, a switching command for controlling the speed, torque, or the position of the rotor of the motor 3 is generated. The power conversion operation by the inverter 13 is controlled based on the switching command created by the motor control unit 10.

図１に示すように、第１の実施形態によるモータ駆動装置１は、コンバータ１１と、ＤＣリンク部１２と、インバータ１３と、短絡判定部１４と、停止部１５とを備える。また、第１の実施形態によるモータ駆動装置１は、モータ制御部１０と、インバータ電流測定部２１と、回転速度測定部２２と、インバータ出力計算部２３と、コンバータ入力電流測定部３１と、コンバータ入力電圧測定部３２と、コンバータ電力計算部３３とを備える。また、モータ駆動装置１は、電磁接触器１６を備えてもよい。 As shown in FIG. 1, the motor drive device 1 according to the first embodiment includes a converter 11, a DC link unit 12, an inverter 13, a short-circuit determination unit 14, and a stop unit 15. Further, the motor drive device 1 according to the first embodiment includes a motor control unit 10, an inverter current measurement unit 21, a rotation speed measurement unit 22, an inverter output calculation unit 23, a converter input current measurement unit 31, and a converter. It includes an input voltage measuring unit 32 and a converter power calculation unit 33. Further, the motor driving device 1 may include an electromagnetic contactor 16.

コンバータ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直流側に出力する。コンバータ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、あるいは内部にスイッチング素子を備えるＰＷＭスイッチング制御方式の整流回路などがある。本実施形態では、図１に示すように、一例として交流電源２を三相としたので、コンバータ１１は三相のブリッジ回路として構成される。なお、交流電源２が単相である場合は単相ブリッジ回路で構成される。コンバータ１１がダイオード整流回路である場合は、交流電源２から入力された交流電流を整流し、直流側であるＤＣリンク部１２に直流電流を出力する。コンバータ１１が１２０度通電型整流回路やＰＷＭスイッチング制御方式の整流回路である場合は、コンバータ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直流側へ出力するとともにモータ減速時にはＤＣリンク部１２の直流電力を交流電力に変換して交流電源２側へ戻すことができる交直双方向に変換可能である電力変換器として実現される。コンバータ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る。この場合、スイッチング素子の例としては、ＩＧＢＴ、サイリスタ、ＧＴＯ（ＧａｔｅＴｕｒｎ−ＯＦＦｔｈｙｒｉｓｔｏｒ：ゲートターンオフサイリスタ）、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 converter 11 converts the AC power input from the AC power supply 2 into DC power and outputs it to the DC side. Examples of the converter 11 include a diode rectifier circuit, a 120-degree energization type rectifier circuit, and a PWM switching control type rectifier circuit having a switching element inside. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, since the AC power supply 2 has three phases as an example, the converter 11 is configured as a three-phase bridge circuit. When the AC power supply 2 is single-phase, it is composed of a single-phase bridge circuit. When the converter 11 is a diode rectifier circuit, the AC current input from the AC power supply 2 is rectified, and the DC current is output to the DC link unit 12 on the DC side. When the converter 11 is a 120-degree energized rectifier circuit or a PWM switching control type rectifier circuit, the converter 11 converts the AC power input from the AC power supply 2 into DC power and outputs it to the DC side and decelerates the motor. Occasionally, it is realized as a power converter capable of converting the DC power of the DC link unit 12 into AC power and returning it to the AC power supply 2 side. When the converter 11 is a PWM switching control type rectifier circuit, it is composed of a switching element and a diode bridge circuit connected in antiparallel to the switching element. In this case, examples of the switching element include an IGBT, a thyristor, a GTO (Gate Turn-OFF thyristor), a transistor, and the like, but the type of the switching element itself does not limit the present embodiment, and other It may be a switching element of.

ＤＣリンク部１２は、コンバータ１１の直流出力側及びインバータ１３の直流入力側に並列接続される。ＤＣリンク部１２は、互いに直列接続された複数のコンデンサＣ₁〜Ｃ_n（ｎは２以上の整数）を有する。ＤＣリンク部１２におけるコンデンサＣ₁〜Ｃ_nは、コンバータ１１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。 The DC link unit 12 is connected in parallel to the DC output side of the converter 11 and the DC input side of the inverter 13. The DC link unit 12 has a plurality of capacitors C _{1 to} C _n (n is an integer of 2 or more) connected in series with each other. _{The capacitors C 1 to} C _n in the DC link unit 12 have a function of suppressing the pulsation of the DC output of the converter 11 and a function of accumulating DC power.

インバータ１３は、ＤＣリンク部１２に並列接続され、ＤＣリンク部１２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。インバータ１３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る。本実施形態では、図１に示すように、一例としてモータ３を三相としたので、インバータ１３は三相のブリッジ回路として構成される。なお、モータ３が単相である場合は単相ブリッジ回路で構成される。インバータ１３は、モータ制御部１０から受信したスイッチング指令に基づき各スイッチング素子がオンオフ制御されることにより、ＤＣリンク部１２における直流電力とモータ３の駆動電力もしくは回生電力である交流電力との間で電力変換する。より詳しくは、インバータ１３は、モータ制御部１０から受信したスイッチング指令に基づき内部のスイッチング素子をスイッチング動作させ、ＤＣリンク部１２を介してコンバータ１１から供給される直流電力を、モータ３を駆動するための所望の電圧及び所望の周波数の交流電力に変換し、出力する（逆変換動作）。これにより、モータ３は、供給された電圧可変及び周波数可変の交流電力に基づいて動作することになる。また、モータ３の減速時には回生電力が発生するが、モータ制御部１０から受信したスイッチング指令に基づき内部のスイッチング素子をスイッチング動作させ、モータ３で発生した交流の回生電力を直流電力へ変換し、ＤＣリンク部１２へ戻す（順変換動作）。スイッチング素子の例としては、ＩＧＢＴ、サイリスタ、ＧＴＯ、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 inverter 13 is connected in parallel to the DC link unit 12, converts the DC power in the DC link unit 12 into AC power for driving the motor 3, and outputs the power. The inverter 13 includes a switching element and a diode bridge circuit connected in antiparallel to the switching element. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, since the motor 3 has three phases as an example, the inverter 13 is configured as a three-phase bridge circuit. When the motor 3 is single-phase, it is composed of a single-phase bridge circuit. In the inverter 13, each switching element is on / off controlled based on the switching command received from the motor control unit 10, so that the DC power in the DC link unit 12 and the AC power which is the drive power or the regenerative power of the motor 3 are separated from each other. Convert power. More specifically, the inverter 13 switches the internal switching element based on the switching command received from the motor control unit 10, and drives the motor 3 with the DC power supplied from the converter 11 via the DC link unit 12. It is converted into AC power of a desired voltage and a desired frequency for output (inverter conversion operation). As a result, the motor 3 operates based on the supplied voltage-variable and frequency-variable AC power. Further, although regenerative power is generated when the motor 3 is decelerated, the internal switching element is switched based on the switching command received from the motor control unit 10, and the AC regenerative power generated by the motor 3 is converted into DC power. Return to the DC link unit 12 (forward conversion operation). Examples of the switching element include an IGBT, a thyristor, a GTO, a transistor, and the like, but the type of the switching element itself is not limited to this embodiment, and other switching elements may be used.

短絡判定部１４は、インバータ１３の出力の値と予め規定された第１の閾値ｔｈ₁とを比較するとともにコンバータ１１を介して交流電源２からＤＣリンク部１２へ流れる電力の値と予め規定された第２の閾値ｔｈ₂とを比較し、この比較の結果、インバータ１３の出力が第１の閾値ｔｈ₁を下回った状態（インバータ１３が電力変換動作を行っていない状態）において、コンバータ１１を介して交流電源２からＤＣリンク部１２へ流れる電力の値が第２の閾値ｔｈ₂を上回ったことを検知した場合は、ＤＣリンク部１２内の複数のコンデンサＣ₁〜Ｃ_nのうち少なくとも１つが短絡したと判定する。短絡判定部１４の判定処理の詳細については後述する。 Short determination unit 14 is pre-defined as a first value of the power flowing from the AC power source 2 via the converter 11 to the DC link part 12 while comparing with the threshold th ₁ defined in advance the value of the output of the inverter 13 the second compares the threshold value th ₂ was the result of this comparison, in a state where the output falls below the first threshold th ₁ of the inverter 13 (a state where the inverter 13 is not performing a power conversion operation), the converter 11 When it is detected that the value of the power flowing from the AC power supply 2 to the DC link unit 12 via the AC power supply 2 _{exceeds the second} threshold value th 2, at least one _{of the plurality of capacitors C 1 to} C _n in the DC link unit 12 is detected. It is determined that one is short-circuited. The details of the determination process of the short circuit determination unit 14 will be described later.

停止部１５は、短絡判定部１４が複数のコンデンサＣ₁〜Ｃ_nのうち少なくとも１つが短絡したと判定した場合、モータ駆動装置１への交流電源２からの電力供給を遮断し、交流電源２からＤＣリンク部１２へのコンバータ１１を介した電力の流入を停止させる。停止部１５は、図１に示すように例えばモータ駆動装置１と交流電源２との間の電路を開閉するために一般的に設けられる電磁接触器１６に対して遮断指令（開指令）を出力して、電磁接触器１６の接点を開離させ、モータ駆動装置１に交流電源２からの電力供給を遮断する。 When the short-circuit determination unit 14 determines that _{at least one of the plurality of capacitors C 1 to} C _n is short-circuited, the stop unit 15 cuts off the power supply from the AC power supply 2 to the motor drive device 1 and cuts off the power supply from the AC power supply 2. The inflow of electric power from the DC link unit 12 through the converter 11 is stopped. As shown in FIG. 1, the stop unit 15 outputs a cutoff command (open command) to, for example, an electromagnetic contactor 16 generally provided for opening and closing an electric circuit between the motor drive device 1 and the AC power supply 2. Then, the contact of the magnetic contactor 16 is opened, and the power supply from the AC power source 2 to the motor drive device 1 is cut off.

短絡判定部１４の判定処理に用いられるインバータ１３の出力の値は、インバータ１３の値とモータ３の回転速度とに基づいて計算される。このため、第１の実施形態によるモータ駆動装置１は、インバータ電流測定部２１と、回転速度測定部２２と、インバータ出力計算部２３とを備える。 The output value of the inverter 13 used for the determination process of the short-circuit determination unit 14 is calculated based on the value of the inverter 13 and the rotation speed of the motor 3. Therefore, the motor drive device 1 according to the first embodiment includes an inverter current measuring unit 21, a rotation speed measuring unit 22, and an inverter output calculating unit 23.

インバータ電流測定部２１は、インバータ１３とモータ３の間を流れるインバータ電流の値を測定する。インバータ電流測定部２１は、例えばインバータ１３の電力変換動作を制御するためにモータ制御部１０にフィードバックされるインバータ電流を測定するために一般的に設けられる電流測定器を流用してもよい。図１では、インバータ電流測定部２１はモータ制御部１０の外部に設けられているが、モータ制御部１０の内部に設けられてもよい。なお、図１では、一例としてモータ３を三相としたのでインバータ１３は三相のブリッジ回路として構成され、インバータ電流測定部２１は、インバータ１３から出力される三相電流のうちの少なくとも二相分を、上記インバータ電流として測定すればよい。 The inverter current measuring unit 21 measures the value of the inverter current flowing between the inverter 13 and the motor 3. The inverter current measuring unit 21 may use, for example, a current measuring device generally provided for measuring the inverter current fed back to the motor control unit 10 in order to control the power conversion operation of the inverter 13. In FIG. 1, the inverter current measuring unit 21 is provided outside the motor control unit 10, but may be provided inside the motor control unit 10. In FIG. 1, since the motor 3 is three-phase as an example, the inverter 13 is configured as a three-phase bridge circuit, and the inverter current measuring unit 21 is at least two phases of the three-phase current output from the inverter 13. Minutes may be measured as the above inverter current.

回転速度測定部２２は、モータ３の回転速度（回転角速度）を測定する。回転速度測定部２２は、例えばモータ３の回転動作を制御するためにモータ制御部１０にフィードバックされる回転速度を測定するために一般的に設けられるアブソリュートエンコーダなどの回転速度測定器を流用してもよく、この場合、ハードウェアとしての回転速度測定器を新たに設ける必要はない。 The rotation speed measuring unit 22 measures the rotation speed (rotation angular velocity) of the motor 3. The rotation speed measuring unit 22 uses, for example, a rotation speed measuring device such as an absolute encoder generally provided for measuring the rotation speed fed back to the motor control unit 10 to control the rotation operation of the motor 3. In this case, it is not necessary to newly provide a rotation speed measuring device as hardware.

インバータ出力計算部２３は、インバータ電流測定部２１によって測定されたインバータ電流の値と回転速度測定部２２によって測定されたモータ３の回転速度とに基づいて、インバータ１３の出力の値を計算する。すなわち、インバータ出力計算部２３は、インバータ電流測定部２１によって測定されたインバータ電流の値と回転速度測定部２２によって測定されたモータ３の回転速度とモータ３について規定されたトルク定数とを乗算して得られる値を、「インバータ１３の出力の値」として算出する。なお、モータ制御部１０が、インバータ１３の電力変換動作及び／またはモータ３の回転動作の制御のためにインバータ出力計算機能を既に有している場合は、モータ制御部１０のインバータ出力計算機能を用いてインバータ１３の出力の値を求めてもよい。図１では、インバータ出力計算部２３はモータ制御部１０の外部に設けられているが、モータ制御部１０の内部に設けられてもよい。またあるいは、インバータ出力計算部２３は、インバータ電流とインバータ１３の出力電圧とを乗算して得られる瞬時電力を、インバータ１３の出力の値として算出してもよい。この場合、インバータ１３の出力電圧は、例えばインバータ１３の電力変換動作を制御するためにインバータ１３に一般的に設けられる電圧測定器によって測定される。またあるいは、インバータ出力計算部２３は、モータ３の回転速度の値とモータ３のトルクとを乗算して得られるモータ３の出力を、インバータ１３の出力の値として算出してもよい。この場合、モータ３のトルクは、例えばトルクセンサによって測定される。 The inverter output calculation unit 23 calculates the output value of the inverter 13 based on the value of the inverter current measured by the inverter current measurement unit 21 and the rotation speed of the motor 3 measured by the rotation speed measurement unit 22. That is, the inverter output calculation unit 23 multiplies the value of the inverter current measured by the inverter current measurement unit 21, the rotation speed of the motor 3 measured by the rotation speed measurement unit 22, and the torque constant defined for the motor 3. The value obtained is calculated as the "value of the output of the inverter 13". If the motor control unit 10 already has an inverter output calculation function for controlling the power conversion operation of the inverter 13 and / or the rotation operation of the motor 3, the inverter output calculation function of the motor control unit 10 is used. You may use it to obtain the value of the output of the inverter 13. In FIG. 1, the inverter output calculation unit 23 is provided outside the motor control unit 10, but may be provided inside the motor control unit 10. Alternatively, the inverter output calculation unit 23 may calculate the instantaneous power obtained by multiplying the inverter current and the output voltage of the inverter 13 as the output value of the inverter 13. In this case, the output voltage of the inverter 13 is measured by, for example, a voltage measuring device generally provided in the inverter 13 for controlling the power conversion operation of the inverter 13. Alternatively, the inverter output calculation unit 23 may calculate the output of the motor 3 obtained by multiplying the value of the rotation speed of the motor 3 and the torque of the motor 3 as the value of the output of the inverter 13. In this case, the torque of the motor 3 is measured by, for example, a torque sensor.

短絡判定部１４の判定処理に用いられるコンバータ１１を介して交流電源２からＤＣリンク部１２へ流れる電力は、第１の実施形態では、交流電源２からコンバータ１１へ入力される電力として計算される。このため、第１の実施形態によるモータ駆動装置１は、コンバータ入力電流測定部３１と、コンバータ入力電圧測定部３２と、コンバータ電力計算部３３とを備える。 In the first embodiment, the power flowing from the AC power supply 2 to the DC link unit 12 via the converter 11 used for the determination process of the short-circuit determination unit 14 is calculated as the power input from the AC power supply 2 to the converter 11. .. Therefore, the motor drive device 1 according to the first embodiment includes a converter input current measuring unit 31, a converter input voltage measuring unit 32, and a converter power calculating unit 33.

コンバータ入力電流測定部３１は、交流電源２からコンバータ１１へ流れる入力電流の値を測定する。なお、図１では、一例として交流電源２を三相としたのでコンバータ１１は三相のブリッジ回路として構成され、コンバータ入力電流測定部３１は、交流電源２からコンバータ１１へ入力される三相電流のうちの少なくとも二相分を、上記入力電流として測定できればよい。 The converter input current measuring unit 31 measures the value of the input current flowing from the AC power supply 2 to the converter 11. In FIG. 1, since the AC power supply 2 is three-phase as an example, the converter 11 is configured as a three-phase bridge circuit, and the converter input current measuring unit 31 is a three-phase current input from the AC power supply 2 to the converter 11. It suffices if at least two of these phases can be measured as the input current.

コンバータ入力電圧測定部３２は、交流電源２によってコンバータ１１の交流入力側に印加される入力電圧を測定する。 The converter input voltage measuring unit 32 measures the input voltage applied to the AC input side of the converter 11 by the AC power supply 2.

コンバータ電力計算部３３は、コンバータ入力電流測定部３１によって測定された入力電流の値とコンバータ入力電圧測定部３２によって測定された入力電圧の値とを乗算することによって、交流電源２からコンバータ１１へ入力される電力を算出する。このように、第１の実施形態では、コンバータ電力計算部３３によって算出された交流電源２からコンバータ１１へ入力される電力を、コンバータ１１を介して交流電源２からＤＣリンク部１２へ流れる電力の値として利用する。 The converter power calculation unit 33 transfers the AC power supply 2 to the converter 11 by multiplying the value of the input current measured by the converter input current measurement unit 31 and the value of the input voltage measured by the converter input voltage measurement unit 32. Calculate the input power. As described above, in the first embodiment, the power input from the AC power supply 2 calculated by the converter power calculation unit 33 to the converter 11 is the power flowing from the AC power supply 2 to the DC link unit 12 via the converter 11. Use as a value.

なお、例えばコンバータ１１がＰＷＭスイッチング制御方式の整流回路である場合は、コンバータ入力電流測定部３１、コンバータ入力電圧測定部３２及びコンバータ電力計算部３３は、コンバータ１１の電力変換動作を制御するために一般的に設けられるコンバータ入力電流測定器、コンバータ入力電圧測定器及びコンバータ電力計算部を流用してもよい。図１では、コンバータ入力電流測定部３１、コンバータ入力電圧測定部３２及びコンバータ電力計算部３３はモータ制御部１０の外部に設けられているが、モータ制御部１０の内部に設けられてもよい。 For example, when the converter 11 is a rectifier circuit of the PWM switching control method, the converter input current measuring unit 31, the converter input voltage measuring unit 32, and the converter power calculation unit 33 control the power conversion operation of the converter 11. A commonly provided converter input current measuring instrument, converter input voltage measuring instrument, and converter power calculation unit may be diverted. In FIG. 1, the converter input current measuring unit 31, the converter input voltage measuring unit 32, and the converter power calculating unit 33 are provided outside the motor control unit 10, but may be provided inside the motor control unit 10.

このように第１の実施形態では、短絡判定部１４の判定処理に用いられるコンバータ１１を介して交流電源２からＤＣリンク部１２へ流れる電力を、交流電源２からコンバータ１１へ入力される電力として計算した。次に説明する第２の実施形態では、短絡判定部１４の判定処理に用いられるコンバータ１１を介して交流電源２からＤＣリンク部１２へ流れる電力を、コンバータ１１からＤＣリンク部１２へ出力される電力として計算される。 As described above, in the first embodiment, the power flowing from the AC power supply 2 to the DC link unit 12 via the converter 11 used for the determination process of the short circuit determination unit 14 is used as the power input from the AC power supply 2 to the converter 11. Calculated. In the second embodiment described below, the power flowing from the AC power supply 2 to the DC link unit 12 is output from the converter 11 to the DC link unit 12 via the converter 11 used for the determination process of the short circuit determination unit 14. Calculated as electric power.

図２は、本開示の第２の実施形態によるモータ駆動装置を示す図である。第２の実施形態によるモータ駆動装置１は、コンバータ１１からＤＣリンク部１２へ出力される電力を計算するために、コンバータ出力電流測定部４１と、コンバータ出力電圧測定部４２と、コンバータ電力計算部４３とを備える。すなわち、第２の実施形態によるモータ駆動装置１は、第１の実施形態におけるコンバータ入力電流測定部３１、コンバータ入力電圧測定部３２及びコンバータ電力計算部３３に代えて、コンバータ出力電流測定部４１、コンバータ出力電圧測定部４２及びコンバータ電力計算部４３を備えるものである。なお、これ以外の回路構成要素については図１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。 FIG. 2 is a diagram showing a motor drive device according to a second embodiment of the present disclosure. The motor drive device 1 according to the second embodiment has a converter output current measuring unit 41, a converter output voltage measuring unit 42, and a converter power calculating unit in order to calculate the power output from the converter 11 to the DC link unit 12. It includes 43. That is, in the motor drive device 1 according to the second embodiment, the converter output current measuring unit 41, instead of the converter input current measuring unit 31, the converter input voltage measuring unit 32, and the converter power calculating unit 33 in the first embodiment, It includes a converter output voltage measuring unit 42 and a converter power calculating unit 43. Since the other circuit components are the same as those shown in FIG. 1, the same circuit components are designated by the same reference numerals and detailed description of the circuit components will be omitted.

第２の実施形態において、コンバータ出力電流測定部４１は、コンバータ１１からＤＣリンク部１２へ流れる出力電流の値を測定する。コンバータ出力電流測定部４１は、例えばＤＣリンク部１２のコンデンサＣ1〜Ｃ_nの電圧制御あるいはコンバータ１１（特にコンバータ１１がＰＷＭ制御方式の整流回路の場合）の電力変換制御に用いられるコンバータ１１の出力電流の値を測定するために一般的に設けられる電流測定器を流用してもよい。コンバータ出力電流測定部４１は、コンバータ１１とＤＣリンク部１２との間を流れるコンバータ出力電流の値を測定できる位置に設けられればよく、例えば図２のＡ−１に示す位置（正極側）またはＡ−２の位置（負極側）に設けられる。 In the second embodiment, the converter output current measuring unit 41 measures the value of the output current flowing from the converter 11 to the DC link unit 12. Converter output current measuring unit 41, for example, the output of the converter 11 to voltage control or converter 11 (in particular, the converter 11 is the case of the rectifier circuit of the PWM control method) of the capacitor C1～C _n of the DC link part 12 used in the electric power conversion control of the A current measuring device generally provided for measuring the value of the current may be diverted. The converter output current measuring unit 41 may be provided at a position where the value of the converter output current flowing between the converter 11 and the DC link unit 12 can be measured. For example, the position shown in A-1 of FIG. 2 (positive electrode side) or It is provided at the position A-2 (negative electrode side).

コンバータ出力電圧測定部４２は、コンバータ１１の直流出力側に出力される出力電圧を測定する。コンバータ出力電圧測定部４２は、例えばＤＣリンク部１２のコンデンサＣ1〜Ｃ_nの電圧制御あるいはコンバータ１１（特にコンバータ１１がＰＷＭ制御方式の整流回路の場合）の電力変換制御に用いられるコンバータ１１の出力電圧の値を測定するために一般的に設けられる電圧測定器を流用してもよい。 The converter output voltage measuring unit 42 measures the output voltage output to the DC output side of the converter 11. Converter output voltage measuring unit 42, for example, the output of the converter 11 to voltage control or converter 11 (in particular, the converter 11 is the case of the rectifier circuit of the PWM control method) of the capacitor C1～C _n of the DC link part 12 used in the electric power conversion control of the A voltage measuring instrument generally provided for measuring a voltage value may be diverted.

コンバータ電力計算部４３は、コンバータ出力電流測定部４１によって測定された出力電流の値とコンバータ出力電圧測定部４２によって測定された出力電圧の値とを乗算することによって、コンバータ１１からＤＣリンク部１２へ出力される電力を算出する。第２の実施形態では、コンバータ１１からＤＣリンク部１２へ出力される電力を、コンバータ１１を介して交流電源２からＤＣリンク部１２へ流れる電力として利用する。 The converter power calculation unit 43 multiplies the value of the output current measured by the converter output current measurement unit 41 and the value of the output voltage measured by the converter output voltage measurement unit 42 from the converter 11 to the DC link unit 12. Calculate the power output to. In the second embodiment, the electric power output from the converter 11 to the DC link unit 12 is used as the electric power flowing from the AC power supply 2 to the DC link unit 12 via the converter 11.

なお、例えばコンバータ１１がＰＷＭスイッチング制御方式の整流回路である場合は、コンバータ出力電流測定部４１、コンバータ出力電圧測定部４２及びコンバータ電力計算部４３は、コンバータ１１の電力変換動作を制御するために一般的に設けられるコンバータ入力電流測定器、コンバータ入力電圧測定器及びコンバータ電力計算部を流用してもよい。図２では、コンバータ出力電流測定部４１、コンバータ出力電圧測定部４２及びコンバータ電力計算部４３はモータ制御部１０の外部に設けられているが、モータ制御部１０の内部に設けられてもよい。 For example, when the converter 11 is a rectifier circuit of the PWM switching control method, the converter output current measuring unit 41, the converter output voltage measuring unit 42, and the converter power calculation unit 43 control the power conversion operation of the converter 11. A commonly provided converter input current measuring instrument, converter input voltage measuring instrument, and converter power calculation unit may be diverted. In FIG. 2, the converter output current measuring unit 41, the converter output voltage measuring unit 42, and the converter power calculation unit 43 are provided outside the motor control unit 10, but may be provided inside the motor control unit 10.

以上説明したように、短絡判定部１４の判定処理に用いられる「コンバータ１１を介して交流電源２からＤＣリンク部１２へ流れる電力」は、第１の実施形態では「交流電源２からコンバータ１１へ入力される電力」であり、第２の実施形態では「コンバータ１１からＤＣリンク部１２へ出力される電力」である。 As described above, the "power flowing from the AC power supply 2 to the DC link unit 12 via the converter 11" used in the determination process of the short circuit determination unit 14 is "from the AC power supply 2 to the converter 11" in the first embodiment. It is "the power that is input", and in the second embodiment, it is "the power that is output from the converter 11 to the DC link unit 12".

続いて、第１及び第２の実施形態における短絡判定部１４の判定処理について、より詳細に説明する。 Subsequently, the determination process of the short-circuit determination unit 14 in the first and second embodiments will be described in more detail.

ＤＣリンク部１２内の複数のコンデンサＣ₁〜Ｃ_nのいずれも短絡故障がない正常な状態において、インバータ１３が電力変換動作を行っていない場合は、インバータ１３からの出力はなくすなわち略ゼロであり、なおかつ、コンバータ１１を介した交流電源２からＤＣリンク部１２への電力の流入はなくすなわち略ゼロである。このとき、ＤＣリンク部１２のコンデンサＣ₁〜Ｃ_nは満充電の状態で安定している。しかし、複数のコンデンサＣ₁〜Ｃ_nのうちいずれか１つが短絡すると、短絡したコンデンサ以外の正常なコンデンサの充電が上昇し、これに伴い、コンバータ１１を介して交流電源２からＤＣリンク部１２へ流れる電力が発生する。そこで、第１及び第２の本実施形態では、インバータ１３が電力変換動作を行っていない状態において、コンバータ１１を介した交流電源２からＤＣリンク部１２への電力の流入があったか否かを判定しコンバータ１１を介した交流電源２からＤＣリンク部１２への電力の流入があったと判定された場合は、複数のコンデンサＣ₁〜Ｃ_nのうち少なくとも１つが短絡したと判定する。 _{If none of the plurality of capacitors C 1 to} C _n in the DC link portion 12 is in a normal state without a short circuit failure and the inverter 13 is not performing a power conversion operation, there is no output from the inverter 13, that is, it is almost zero. Moreover, there is no inflow of electric power from the AC power supply 2 to the DC link unit 12 via the converter 11, that is, it is substantially zero. At this time, the capacitors C _{1 to} C _n of the DC link portion 12 are stable in a fully charged state. _{However, if any one of} the plurality of capacitors C 1 to C _n is short-circuited, the charging of normal capacitors other than the short-circuited capacitor increases, and along with this, the AC power supply 2 to the DC link unit 12 via the converter 11. Power flows to. Therefore, in the first and second embodiments, it is determined whether or not the power has flowed from the AC power supply 2 to the DC link unit 12 via the converter 11 in a state where the inverter 13 is not performing the power conversion operation. When it is determined that the power has flowed from the AC power supply 2 to the DC link unit 12 via the converter 11, it is determined that _{at least one of the plurality of capacitors C 1 to} C _n is short-circuited.

このため、第１及び第２の実施形態では、インバータ１３が電力変換動作を行っておらずインバータ１３の出力がないことを、インバータ１３の出力の値が略ゼロである（すなわちインバータ１３からモータ３への電力の供給はない）ことをもって検知する。すなわち、第１の閾値ｔｈ₁としてゼロに近い電力値を予め設定しておき、短絡判定部１４により、インバータ１３の出力の値が第１の閾値ｔｈ₁を下回った状態であるか否かを判定する。 Therefore, in the first and second embodiments, the value of the output of the inverter 13 is substantially zero (that is, the motor from the inverter 13) that the inverter 13 is not performing the power conversion operation and there is no output of the inverter 13. There is no power supply to 3). That is, a power value close to zero is set in advance as the first threshold value th ₁ , and the short-circuit determination unit 14 determines whether or not _{the output value of the inverter 13 is below the first threshold value th 1.} judge.

またさらに、第１及び第２の実施形態では、インバータ１３が電力変換動作を行っていない状態においてコンバータ１１を介した交流電源２からＤＣリンク部１２への電力の流入があったことを、コンバータ１１を介して交流電源２からＤＣリンク部１２へ流れる電力の値がゼロではなくなったことをもって検知する。すなわち、第２の閾値ｔｈ₂としてある大きさの電力値を予め設定しておき、短絡判定部１４により、インバータ１３の出力の値が第１の閾値ｔｈ₁を下回った状態において、コンバータ１１を介して交流電源２からＤＣリンク部１２へ流れる電力の値が第２の閾値ｔｈ₂を上回ったか否かを判定する。第２の閾値ｔｈ₂については、電力値がゼロではなくなったことさえ検知できれば十分であるので、例えばゼロよりも大きい任意の値に設定すればよい。 Furthermore, in the first and second embodiments, the fact that power has flowed from the AC power supply 2 to the DC link unit 12 via the converter 11 in a state where the inverter 13 is not performing the power conversion operation is determined by the converter. It is detected when the value of the electric power flowing from the AC power supply 2 to the DC link unit 12 via 11 is no longer zero. That is, a power value of a certain magnitude is set in advance as the second threshold value th ₂ , and the converter 11 is operated in a state _{where the output value of the inverter 13 is lower than the first threshold value th 1 by the short circuit determination unit 14.} It is determined whether or not the value of the electric power flowing from the AC power source 2 to the DC link unit 12 via the AC power source 2 _{exceeds the second threshold value th2.} As for the second threshold value th _2, it is sufficient to detect that the power value is no longer zero, and therefore, for example, it may be set to an arbitrary value larger than zero.

このように、短絡判定部１４は、インバータ１３の出力の値と予め規定された第１の閾値ｔｈ₁とを比較するとともにコンバータ１１を介して交流電源２からＤＣリンク部１２へ流れる電力の値と予め規定された第２の閾値ｔｈ₂とを比較し、比較の結果、インバータ１３の出力の値が第１の閾値ｔｈ₁を下回った状態（すなわちインバータ１３が電力変換動作を行っていない状態）において、コンバータ１１を介して交流電源２からＤＣリンク部１２へ流れる電力の値が第２の閾値ｔｈ₂を上回った場合、ＤＣリンク部１２内の複数のコンデンサＣ₁〜Ｃ_nのうち少なくとも１つが短絡したと判定する。第１の閾値ｔｈ₁は、インバータ１３の出力はないことを検知するために略ゼロに設定される。第２の閾値ｔｈ₂は、コンバータ１１を介して交流電源２からＤＣリンク部１２へ流れる電力の値がゼロではなくなったことを検知するためにゼロより大きい任意の値に設定される。 In this way, the short-circuit determination unit 14 compares the output value of the inverter 13 with the predetermined first threshold value th ₁ and the value of the power flowing from the AC power supply 2 to the DC link unit 12 via the converter 11. When predefined second comparing the threshold th _2, the state the result of the comparison, the condition (i.e. the inverter 13 the value of the output is below the first threshold th ₁ of the inverter 13 is not performing a power conversion operation ), When the value of the power flowing from the AC power supply 2 to the DC link unit 12 via the converter 11 _{exceeds the second} threshold value th 2, at least among _{the plurality of capacitors C 1 to} C _n in the DC link unit 12. It is determined that one is short-circuited. The first threshold value th ₁ is set to substantially zero in order to detect that there is no output of the inverter 13. The second threshold value th ₂ is set to an arbitrary value larger than zero in order to detect that the value of the power flowing from the AC power supply 2 to the DC link unit 12 via the converter 11 is no longer zero.

次に、第１及び第２の実施形態によるモータ駆動装置１と従来のモータ駆動装置とにおいて、互いに直列接続された複数のコンデンサのうちのいずれか１つが短絡故障した場合の挙動を比較する。 Next, in the motor drive device 1 according to the first and second embodiments and the conventional motor drive device, the behavior when any one of the plurality of capacitors connected in series with each other is short-circuited is compared.

図３は、第１及び第２の実施形態によるモータ駆動装置における短絡判定処理を例示する図である。図３において、上段はＤＣリンク部の電圧を例示し、中段はインバータ１３の出力の値を例示し、下段はコンバータを介して交流電源からＤＣリンク部へ流れる電力を例示する。また、図４は、従来のモータ駆動装置におけるＤＣリンク部のコンデンサ短絡発生時を例示する図である。図４において、上段は１つのコンデンサの電圧を例示し、中段はＤＣリンク部とインバータとの間を流れる直流電流を例示し、下段はコンバータを介して交流電源からＤＣリンク部へ流れる入力電流を例示する。 FIG. 3 is a diagram illustrating short circuit determination processing in the motor drive device according to the first and second embodiments. In FIG. 3, the upper stage exemplifies the voltage of the DC link portion, the middle stage exemplifies the value of the output of the inverter 13, and the lower stage exemplifies the electric power flowing from the AC power supply to the DC link portion via the converter. Further, FIG. 4 is a diagram illustrating a time when a capacitor short circuit occurs in the DC link portion in the conventional motor drive device. In FIG. 4, the upper stage exemplifies the voltage of one capacitor, the middle stage exemplifies the direct current flowing between the DC link part and the inverter, and the lower stage exemplifies the input current flowing from the AC power supply to the DC link part via the converter. Illustrate.

第１及び第２の実施形態によるモータ駆動装置１において、インバータ１３が電力変換動作を行っていない状態では、図３に示すように、インバータ１３の出力の値は、第１の閾値ｔｈ₁を下回っている（図３の中段の波形）。例えば時刻ｔ₁において複数のコンデンサのうちのいずれか１つのコンデンサに短絡故障が発生したとすると、ＤＣリンク部１２の電圧は一時的に低下するが、その後、ＤＣリンク部１２の電圧は、短絡事故発生前のＤＣリンク部１２の電圧まで回復する（図３の上段の波形）。ただし、短絡故障していないコンデンサには時刻ｔ₁以前のときよりも高電圧が印加されることになる。このとき、交流電源２からＤＣリンク部１２へのコンバータ１１を介した電力の流入が発生する（図３の下段の波形）。短絡判定部１４により、コンバータ１１を介して交流電源２からＤＣリンク部１２へ流れる電力の値が第２の閾値ｔｈ₂を上回ったことが検知され、この結果、ＤＣリンク部１２内の複数のコンデンサＣ₁〜Ｃ_nのうち少なくとも１つが短絡したと判定される。短絡判定部１４の後段には、短絡判定部１４が複数のコンデンサＣ₁〜Ｃ_nのうち少なくとも１つが短絡したと判定した場合にモータ駆動装置１への交流電源２からの電力供給を遮断するために電磁接触器１８に対して遮断指令（開指令）を出力する停止部１５が設けられており、例えば時刻ｔ₂でモータ駆動装置１に交流電源２からの電力供給を遮断することにより、交流電源２からＤＣリンク部１２へのコンバータ１１を介した入力電流の流入が停止するので、短絡故障していないコンデンサは高電圧状態から解放されて電圧が徐々に低下し、破損や発火といったさらなる故障を回避することができる。 In the motor drive device 1 according to the first and second embodiments, when the inverter 13 is not performing the power conversion operation, the output value of the inverter 13 has the first threshold value th ₁ as shown in FIG. It is below (the waveform in the middle of FIG. 3). For example, _{if a short-circuit failure occurs in any one} of the plurality of capacitors at time t 1, the voltage of the DC link unit 12 temporarily drops, but then the voltage of the DC link unit 12 is short-circuited. It recovers to the voltage of the DC link unit 12 before the accident occurred (the waveform in the upper part of FIG. 3). However, a higher voltage is applied to the capacitor that has not failed due to a short circuit _{than when the time t 1 or earlier.} At this time, an inflow of electric power from the AC power supply 2 to the DC link unit 12 via the converter 11 occurs (waveform in the lower part of FIG. 3). The short-circuit determination unit 14 detects that the value of the power flowing from the AC power supply 2 to the DC link unit 12 via the converter 11 _{exceeds the second} threshold value th2, and as a result, a plurality of power sources in the DC link unit 12 are detected. It is determined that at least one of the capacitors C _{1 to} C _{n is short-circuited.} In the subsequent stage of the short-circuit determination unit 14, when the short-circuit determination unit 14 determines that _{at least one of the plurality of capacitors C 1 to} C _n is short-circuited, the power supply from the AC power supply 2 to the motor drive device 1 is cut off. by blocking the power supply from the AC power source 2 stops 15 which outputs cutoff command (open command) to the electromagnetic contactor 18 is provided with, in the motor driving apparatus 1, for example, time t ₂ in order, Since the inflow of the input current from the AC power supply 2 to the DC link unit 12 via the converter 11 is stopped, the capacitor that has not failed in the short circuit is released from the high voltage state and the voltage gradually drops, resulting in further damage or ignition. Failure can be avoided.

一方、従来のモータ駆動装置においては、図４に示すように、インバータが電力変換動作を行っていない状態では、ＤＣリンク部に設けられた直列接続された複数のコンデンサのうち、例えば時刻ｔ₁においていずれか１つのコンデンサに短絡故障が発生すると、短絡故障していないコンデンサには時刻ｔ₁以前のときよりも高電圧が印加され、交流電源からコンバータへ入力電流が流れ込み（図４の下段の波形）、短絡故障していないコンデンサの電圧が上昇する（図４の上段の波形）。その後、短絡故障していないコンデンサの高電圧印加状態がしばらく続き、時刻ｔ₂で当該短絡故障していなかったコンデンサについても破損または発火が発生して短絡し（図４の上段の波形）、また短絡故障していなかった全てのコンデンサについても同様に短絡し、コンデンサ電圧はゼロになり大電流が流れる（図４の下段の波形）。 On the other hand, in the conventional motor drive device, as shown in FIG. 4, when the inverter is not performing the power conversion operation, among a plurality of capacitors connected in series provided in the DC link portion, for example, time t ₁ When a short-circuit failure occurs in any one of the capacitors, a _{higher voltage is applied to the capacitor that has not been short-circuited than before time t 1,} and an input current flows from the AC power supply to the converter (lower part of FIG. 4). Waveform), the voltage of the capacitor that has not failed in the short circuit rises (the waveform in the upper part of FIG. 4). Then, followed by a high voltage applied state of the capacitor which is not short-circuited while, even short-circuited occurred damage or fire the capacitors that were not the short-circuit failure at time t ₂ (upper waveform in FIG. 4), also All the capacitors that did not have a short-circuit failure are also short-circuited in the same way, the capacitor voltage becomes zero, and a large current flows (the waveform in the lower part of FIG. 4).

図５は、第１及び第２の実施形態によるモータ駆動装置の動作フローを示すフローチャートである。 FIG. 5 is a flowchart showing an operation flow of the motor drive device according to the first and second embodiments.

ステップＳ１０１において、短絡判定部１４は、インバータ１３が電力変換動作を行っていない状態であるか否かを判別するために、インバータ１３の出力の値と第１の閾値ｔｈ₁とを比較し、ＤＣリンク部１２とインバータ１３との間を流れる直流電流の値が第１の閾値ｔｈ₁を下回った状態であるか否かを判定する。上述のように第１の閾値ｔｈ₁はゼロに近い値に設定される。ステップＳ１０１において短絡判定部１４によりインバータ１３の出力の値が第１の閾値ｔｈ₁を下回った状態であると判定された場合、ステップＳ１０２へ進む。 In step S101, the short circuit determination unit 14, to the inverter 13 determines whether or not the state not subjected to power conversion operation, compares the threshold value th ₁ value and the first output of the inverter 13, It is determined whether or not the value of the direct current flowing between the DC link unit 12 and the inverter 13 is _{below the first threshold value th1.} As described above, the first threshold value th ₁ is set to a value close to zero. If the short-circuit determination unit 14 determines in step S101 that the value of the output of the inverter 13 _{is below the first} threshold value th1, the process proceeds to step S102.

ステップＳ１０２において、短絡判定部１４は、コンバータ１１を介して交流電源２からＤＣリンク部１２へ流れる電力の値が第２の閾値ｔｈ₂を上回ったか否かを判定する。ステップＳ１０２において短絡判定部１４により入力電流の値が第２の閾値ｔｈ₂を上回ったと判定されなかった場合はステップＳ１０１へ戻る。 In step S102, the short-circuit determination unit 14 determines whether or not the value of the power flowing from the AC power supply 2 to the DC link unit 12 via the converter 11 _{exceeds the second threshold value th2.} If the short-circuit determination unit 14 does _{not determine in step S102 that the value of the input current exceeds the second} threshold value th2, the process returns to step S101.

ステップＳ１０２において短絡判定部１４によりコンバータ１１を介して交流電源２からＤＣリンク部１２へ流れる電力の値が第２の閾値ｔｈ₂を上回ったと判定された場合はステップＳ１０３へ進む。ステップＳ１０３へ進んだ場合は、インバータ１３の出力の値が予め規定された第１の閾値ｔｈ₁を下回った状態（すなわちインバータ１３が電力変換動作を行っていない状態）において、コンバータ１１を介して交流電源２からＤＣリンク部１２へ流れる電力の値が第２の閾値ｔｈ₂を上回った場合であるので、短絡判定部１４は、ＤＣリンク部１２内の複数のコンデンサＣ₁〜Ｃ_nのうち少なくとも１つが短絡したと判定する。 If the short-circuit determination unit 14 determines in step S102 that the value of the power flowing from the AC power supply 2 to the DC link unit 12 via the converter 11 _{exceeds the second} threshold value th2, the process proceeds to step S103. When the process proceeds to step S103, the output value of the _{inverter 13 is below the predetermined first} threshold value th 1 (that is, the inverter 13 is not performing the power conversion operation) via the converter 11. Since the value of the power flowing from the AC power supply 2 to the DC link unit 12 _{exceeds the second} threshold value th 2, the short-circuit determination unit 14 is among the plurality of capacitors C _{1 to} C _{n in the DC link unit 12.} Determine that at least one is short-circuited.

ステップＳ１０４において、停止部１５は、モータ駆動装置１への交流電源２からの電力供給を遮断し、交流電源２からＤＣリンク部１２へのコンバータ１１を介した入力電流の流入を停止させる。これにより、短絡故障していないコンデンサは高電圧状態から解放されて電圧が徐々に低下し、破損や発火といったさらなる故障を回避することができる。 In step S104, the stop unit 15 cuts off the power supply from the AC power supply 2 to the motor drive device 1 and stops the inflow of the input current from the AC power supply 2 to the DC link unit 12 via the converter 11. As a result, the capacitor that has not failed due to a short circuit is released from the high voltage state, the voltage gradually drops, and further failure such as breakage or ignition can be avoided.

モータ制御部１０、短絡判定部１４、停止部１５、インバータ出力計算部２３、並びにコンバータ電力計算部３３及び４３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。この場合、例えばＡＳＩＣやＤＳＰなどの演算処理装置にこのソフトウェアプログラムを動作させて各部の機能を実現することができる。上述した実施形態では、短絡判定部１４及び停止部１５をモータ制御部１０内に設けたが、これに代えてモータ制御部１０の外部のＡＳＩＣやＤＳＰなどの演算処理装置に上記ソフトウェアプログラムを実行させることで各部の機能を実現させてもよく、あるいは、短絡判定部１４及び停止部１５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。 The motor control unit 10, the short circuit determination unit 14, the stop unit 15, the inverter output calculation unit 23, and the converter power calculation units 33 and 43 may be constructed, for example, in the form of a software program, or various electronic circuits and software programs. It may be constructed in combination. In this case, for example, this software program can be operated on an arithmetic processing unit such as an ASIC or DSP to realize the functions of each part. In the above-described embodiment, the short-circuit determination unit 14 and the stop unit 15 are provided in the motor control unit 10, but instead, the software program is executed in an arithmetic processing device such as an ASIC or DSP outside the motor control unit 10. The functions of the respective parts may be realized by making them, or they may be realized as a semiconductor integrated circuit in which a software program for realizing the functions of the short-circuit determination unit 14 and the stop unit 15 is written.

また、上述したように、インバータ電流測定部２１、回転速度測定部２２、コンバータ入力電流測定部３１、コンバータ入力電圧測定部３２、コンバータ出力電流測定部４１、及びコンバータ出力電圧測定部４２は、例えばインバータ１３の電力変換動作、モータ３の回転動作、及びＰＷＭ制御方式の整流回路からなるコンバータ１１の電力変換動作などを制御するために様々な測定値を得るために一般的に設けられている各種測定器を流用すればよく、新規の測定器を別途設けなくてもよい。なお、これらインバータ電流測定部２１、回転速度測定部２２、コンバータ入力電流測定部３１、コンバータ入力電圧測定部３２、コンバータ出力電流測定部４１、及びコンバータ出力電圧測定部４２についても、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。この場合、各種電子回路と例えばＡＳＩＣやＤＳＰなどの演算処理装置とを接続し、演算処理装置にこのソフトウェアプログラムを動作させる。 Further, as described above, the inverter current measuring unit 21, the rotation speed measuring unit 22, the converter input current measuring unit 31, the converter input voltage measuring unit 32, the converter output current measuring unit 41, and the converter output voltage measuring unit 42 are described, for example. Various types generally provided to obtain various measured values for controlling the power conversion operation of the inverter 13, the rotation operation of the motor 3, the power conversion operation of the converter 11 including the rectifier circuit of the PWM control method, and the like. The measuring instrument may be diverted, and a new measuring instrument may not be provided separately. The inverter current measuring unit 21, the rotation speed measuring unit 22, the converter input current measuring unit 31, the converter input voltage measuring unit 32, the converter output current measuring unit 41, and the converter output voltage measuring unit 42 also have various electronic circuits. It may be built in combination with a software program. In this case, various electronic circuits are connected to an arithmetic processing unit such as an ASIC or DSP, and the arithmetic processing unit is made to operate this software program.

本実施形態によれば、モータ駆動装置内のコンバータとインバータとの間のＤＣリンク部に設けられた直列接続された複数のコンデンサの短絡故障を追加の回路を設けることなく低コストで検知することができる。 According to this embodiment, short-circuit failure of a plurality of capacitors connected in series in a DC link portion between a converter and an inverter in a motor drive device can be detected at low cost without providing an additional circuit. Can be done.

１モータ駆動装置
２交流電源
３モータ
１０モータ制御部
１１コンバータ
１２ＤＣリンク部
１３インバータ
１４短絡判定部
１５停止部
１６電磁接触器
２１インバータ電流測定部
２２回転速度測定部
２３インバータ出力計算部
３１コンバータ入力電流測定部
３２コンバータ入力電圧測定部
３３コンバータ電力計算部
４１コンバータ出力電流測定部
４２コンバータ出力電圧測定部
４３コンバータ電力計算部
Ｃ₁〜Ｃ_n コンデンサ 1 Motor drive device 2 AC power supply 3 Motor 10 Motor control unit 11 Converter 12 DC link unit 13 Inverter 14 Short circuit judgment unit 15 Stop unit 16 Electromagnetic contact 21 Inverter current measurement unit 22 Rotation speed measurement unit 23 Inverter output calculation unit 31 Converter input Current measurement unit 32 Converter input voltage measurement unit 33 Converter power calculation unit 41 Converter output current measurement unit 42 Converter output voltage measurement unit 43 Converter power calculation unit C _{1 to} C _n Condenser

Claims

A converter that converts AC power input from an AC power supply into DC power and outputs it.
A DC link unit having a plurality of capacitors connected in parallel to the DC output side of the converter and connected in series with each other.
An inverter that is connected in parallel to the DC link unit and converts the DC power in the DC link unit into AC power for driving the motor and outputs it.
The output value of the inverter is compared with the predetermined first threshold value, and the value of the electric power flowing from the AC power source to the DC link portion via the converter is compared with the predetermined second threshold value. However, as a result of comparison, when the value of the electric power flowing from the AC power supply to the DC link portion via the converter exceeds the second threshold value in a state where the output of the inverter is lower than the first threshold value. A short-circuit determination unit that determines that at least one of the plurality of capacitors in the DC link unit has been short-circuited, and a short-circuit determination unit.
A motor drive device.

The motor drive device according to claim 1, wherein the first threshold value is set to substantially zero in order to detect that there is no output of the inverter.

The second threshold value is set to a value larger than zero in order to detect that the value of the electric power flowing from the AC power supply to the DC link unit via the converter is no longer zero, according to claim 2. Motor drive.

1 The motor drive device according to any one of 3 to 3.

An inverter current measuring unit that measures the value of the inverter current flowing between the inverter and the motor,
A rotation speed measuring unit that measures the rotation speed of the motor,
An inverter output calculation unit that calculates the output value of the inverter based on the value of the inverter current measured by the inverter current measurement unit and the rotation speed of the motor measured by the rotation speed measurement unit.
The motor driving device according to any one of claims 1 to 4.

A converter input current measuring unit that measures the value of the input current flowing from the AC power supply to the converter,
A converter input voltage measuring unit that measures the input voltage applied to the AC input side of the converter,
From the AC power supply to the DC link unit via the converter based on the value of the input current measured by the converter input current measuring unit and the value of the input voltage measured by the converter input voltage measuring unit. The converter power calculation unit that calculates the value of the flowing power,
The motor driving device according to any one of claims 1 to 5.

A converter output current measuring unit that measures the value of the output current flowing from the converter to the DC link unit, and a converter output current measuring unit.
A converter output voltage measuring unit that measures the output voltage output to the DC output side of the converter,
From the AC power supply to the DC link unit via the converter based on the value of the output current measured by the converter output current measuring unit and the value of the output voltage measured by the converter output voltage measuring unit. The converter power calculation unit that calculates the value of the flowing power,
The motor driving device according to any one of claims 1 to 5.