(57)【要約】【課題】運転時において地絡と相間短絡とを区別して検出することが可能なモータ駆動装置を、コストの増加を最低減に抑えて提供する。【解決手段】３相交流電源２０からＡＣ／ＤＣ変換部１８へ供給される３相交流の電流の総和を電流センサ２２で検出する、過電流検出部２８において過電流が検出されるとき、電流センサ２２で検出される電流の総和がゼロであれば相間短絡と判定し、ゼロでなければ地絡と判定する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相交流電源からの３相交流を直流に変換するＡＣ／ＤＣ変換部と、ＡＣ／ＤＣ変換部が出力する直流を３相交流に変換してモータへ供給するＤＣ／ＡＣ変換部とを具備するモータ駆動装置であって、
前記３相交流電源から前記ＡＣ／ＤＣ変換部を経て前記ＤＣ／ＡＣ変換部への電流の総和を検出する総和電流検出部と、
前記ＤＣ／ＡＣ変換部の出力電流における過電流を検出する過電流検出部と、
前記過電流検出部が過電流を検出するとき、前記総和電流検出部が検出する電流の総和がゼロでないと判定できれば地絡の発生と判定し、前記総和電流検出部が検出する電流の総和がゼロであると判定できれば相間短絡の発生と判定する判定部とをさらに具備するモータ駆動装置。
【請求項２】
前記総和電流検出部は、前記３相交流電源から前記ＡＣ／ＤＣ変換部へ３相交流を供給する３本の線に流れる電流の総和を検出する電流センサを含む請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記総和電流検出部は、前記３相交流電源から前記ＡＣ／ＤＣ変換部へ３相交流を供給する３本の線に流れる電流をそれぞれ検出する３つの電流センサと、
前記３つの電流センサが検出する電流の総和を算出する総和手段とを含む請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記総和電流検出部は、前記ＡＣ／ＤＣ変換部から前記ＤＣ／ＡＣ変換部へ直流を供給する２本の線に流れる電流の総和を検出する電流センサを含む請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記過電流検出部は、前記ＤＣ／ＡＣ変換部から前記モータへ３相交流を供給する３本の線のうちの２つに流れる電流をそれぞれ検出することによって前記過電流を検出する２つの電流センサを含む請求項１〜４のいずれか１項記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記過電流検出部は、前記ＡＣ／ＤＣ変換部から前記ＤＣ／ＡＣ変換部へ直流を供給する２本の線の一方に流れる電流を検出することによって前記過電流を検出する電流センサを含む請求項１〜４のいずれか１項記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記ＤＣ／ＡＣ変換部は、直流を３相交流に変換して複数のモータへそれぞれ供給する複数のインバータを含み、
前記ＡＣ／ＤＣ変換部は３相交流から変換した直流を前記複数のインバータに並列に供給する請求項１〜６のいずれか１項記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、故障診断機能を有するモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
３相交流電源に接続され、３相交流電源からの３相交流を直流に変換するＡＣ／ＤＣ変換部と、ＡＣ／ＤＣ変換部が出力する直流を周波数可変の３相交流に変換してモータへ供給するＤＣ／ＡＣ変換部とを具備するモータ駆動装置において、ＤＣ／ＡＣ変換部で過電流が発生したとき、３相出力電流を独立に検出する３個の電流センサが備えられていれば、過電流の発生を確実に検出することができ、その原因が地絡であるのか相間短絡であるのかを区別することも可能である。すなわち、ＤＣ／ＡＣ変換部で地絡または相間短絡により過電流が発生すれば３個のセンサのいずれかでそれを検出することができ、３個の電流センサが検出する電流の総和がゼロでなければ地絡であると判定され、ゼロであれば相間短絡であると判定される。
【０００３】
しかしながら、一般的には、コストを下げる目的で２個のセンサを使用し、残りの１相については３相電流の総和がゼロであることを前提として計算で求められる。そのため、２個の出力電流センサを持つ一般的なＤＣ／ＡＣ変換部では、後に詳述するように、地絡を原因とする過電流が検出できない場合があり、過電流が検出できてもその原因が地絡であるのか相間短絡であるのかを区別することができない。
【０００４】
このため、２個の出力電流センサを持つＤＣ／ＡＣ変換部の場合、過電流アラーム発生時に、その原因が地絡によるものか、相間の短絡によるものか判別するためには、装置を停止させ、モータや動力線の絶縁抵抗を確認する必要がある。また、地絡が間歇的な場合、原因を特定することが困難である。
【０００５】
一方、前述したように電流センサを追加して３個の出力電流センサを用いる場合、ＡＣ／ＤＣ変換部が出力する直流を複数のＤＣ／ＡＣ変換部に供給して複数のモータを駆動する構成のモータ駆動装置では、複数のＤＣ／ＡＣ変換部の各々に電流センサを追加しなければならず、そのためのコストの増加が著しい。
【０００６】
下記特許文献１には、１個または２個の電流センサを用い、運転開始前にＡＣ／ＤＣ変換部に地絡検出用の制御信号を与えて地絡を判定することにより、地絡から保護することが記載されている。地絡か相間短絡かの判定については記載されていない。
【０００７】
特許文献２には、三相交流電源と装置の交流入力端子の間に零相変流器を設け、地絡を検出したときにインバータ装置の動作を停止することが記載されている。相間短絡の検出については記載されていない。
【０００８】
特許文献１において引用されている特許文献３には、インバータ装置へ入力される直流の電流を検出する検出器を設け、運転開始前にテスト用の制御信号をインバータ装置へ与えた時の電流検出パターンを既知のパターンと比較することにより地絡および短絡を検出することが記載されている。しかしながら、特許文献１においても述べられているように（段落０００４）検出される電流にはインバータ装置の還流ダイオードに流れる無効電流も含まれている、という欠点があるほか、運転開始後に発生する地絡や相間短絡、或いは運転中に間欠的に発生する地絡を検出することができない、という問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平７−２３９３５９号公報
【特許文献２】実開平４−１０５３６号公報
【特許文献３】特開昭６３−８５３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって本発明の目的は、運転時において、地絡と相間短絡を区別して検出することが可能な故障診断機能を有するモータ駆動装置を、コストの増加を最低減に抑えて実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、３相交流電源からの３相交流を直流に変換するＡＣ／ＤＣ変換部と、ＡＣ／ＤＣ変換部が出力する直流を３相交流に変換してモータへ供給するＤＣ／ＡＣ変換部とを具備するモータ駆動装置であって、前記３相交流電源から前記ＡＣ／ＤＣ変換部を経て前記ＤＣ／ＡＣ変換部への電流の総和を検出する総和電流検出部と、前記ＤＣ／ＡＣ変換部の出力電流における過電流を検出する過電流検出部と、前記過電流検出部が過電流を検出するとき、前記総和電流検出部が検出する電流の総和がゼロでないと判定できれば地絡の発生と判定し、前記総和電流検出部が検出する電流の総和がゼロであると判定できれば相間短絡の発生と判定する判定部とをさらに具備するモータ駆動装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
電流の総和を検出することにより運転中に過電流が発生した時にその原因が地絡か相間短絡かの判定をすることができる。
【００１３】
判定のために追加される総和電流検出部と判定部はＡＣ／ＤＣ変換部の側に設けられるので、複数のモータを駆動するためにＤＣ／ＡＣ変換部が複数のインバータを含む構成においては、地絡／相間短絡の判定のためにインバータごとに電流センサを追加する場合と比べてコストの増加が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】相間短絡を説明する図である。
【図２】相間短絡による過電流を説明する波形図である。
【図３】地絡を説明する図である。
【図４】地絡による過電流を説明する図である。
【図５】本発明の一実施例に係るモータ駆動装置の構成を示す図である。
【図６】本発明の他の実施例に係るモータ駆動装置の構成を示す図である。
【図７】本発明のさらに他の実施例に係るモータ駆動装置の構成を示す図である。
【図８】本発明のさらに他の実施例に係るモータ駆動装置の構成を示す図である。
【図９】本発明のさらに他の実施例に係るモータ駆動装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１に示すようにＤＣ／ＡＣ変換部１０の出力側の例えばＳ相とＴ相の間で短絡（相間短絡）が瞬間的に発生すると、図２に示すようにＳ相の電流ＩSとＴ相の電流ＩTに過電流１２，１４が現われる。相間短絡の場合、接地を介する電流の戻りはないので各相の電流ＩR，ＩS，ＩTの間には
ＩR＋ＩS＋ＩT＝０          （１）
の関係が保たれている。
【００１６】
一方、図３に示すように、ＤＣ／ＡＣ変換部１０の出力側の例えばＴ相において接地との短絡（地絡）が瞬間的に発生すると、図４に示すように、Ｔ相の電流ＩTに過電流１６が現われる。この場合に、接地を介する電流の戻りの存在のために（１）式の関係は維持されず
ＩR＋ＩS＋ＩT≠０          （２）
となる。
【００１７】
ＤＣ／ＡＣ変換部１０の出力側に３個の電流センサを設けて３相に流れる電流を独立に検出している場合、電流の総和をとることで、（１）式の関係が維持されているか否かにより、地絡か相間短絡かの判別は可能である。しかしながら、一般的にはコストを下げる目的で２個の電流センサを使用し、残りの１相は３相電流の総和がゼロであることを前提として計算で求める。そのため、２個の電流センサを用いた場合には地絡と相間短絡の区別をすることができない。図１に示した例（Ｓ相とＴ相の間で相間短絡が発生した場合）では、Ｒ相に電流センサがなくＳ相とＴ相に電流センサが設けられていれば双方の電流センサにおいて過電流が検出されたことをもって相間短絡の検出とすることができる。しかしながら、Ｒ相に電流センサが設けられており、Ｓ相とＴ相のいずれかに電流センサがない場合には相間短絡または地絡を原因とする過電流は検出できてもその原因が相間短絡であるのか地絡であるのかの判断はできない。また図３に示した例（Ｔ相において地絡が発生した場合）では、Ｔ相に電流センサがなければ地絡による過電流の発生すら検出することができない。
【００１８】
図５は本発明の第１の実施例に係る過電流検出時にその原因が相間短絡か地絡かの判定をする機能を有するモータ駆動装置の構成を示す。ＡＣ／ＤＣ変換部１８は３相交流電源２０からの３相交流を直流に変換して出力する。ＤＣ／ＡＣ変換部１０はＡＣ／ＤＣ変換部１８が出力する直流を周波数可変の３相交流に変換して出力する。ＤＣ／ＡＣ変換部１０およびＡＣ／ＤＣ変換部１８内のトランジスタを制御する部分については図示が省略されている。
【００１９】
零相変換器２２は３相交流電源からＡＣ／ＤＣ変換部１８へ供給される３相交流の電流の総和を検出する。電流センサ２４，２６はＤＣ／ＡＣ変換部１０から出力される３相交流の３相のうちの２相の電流をそれぞれ検出する。過電流検出部２８は電流センサ２４，２６が検出する電流に基づき過電流を検出する。地絡・短絡判定部３０は過電流検出部２８が過電流を検出するとき、零相変流器２２が検出する電流に基づき、過電流の原因が地絡であるのか相間短絡であるのかを判定する。
【００２０】
相間短絡により過電流となるとき、前述したＤＣ／ＡＣ変換部１０の出力側と同様に、ＡＣ／ＤＣ変換部１８の入力側の３相についても、相間短絡の場合には接地を介する電流の戻りがないので（１）式と同様な関係が維持され、零相変流器２２において電流が検出されない。一方、地絡により過電流となるときは、地絡電流が流れ、それが零相変流器２２により検出される。したがって、地絡・相間短絡判定部３０は過電流検出部２８において過電流が検出されるとき、零相変流器２２において検出される電流の総和がゼロであると判定されるほどに小さければ過電流の原因を相間短絡と判定し、電流の総和がゼロでないと判定されるほどに大きければ過電流の原因を地絡と判定する。
【００２１】
なお、図５の例では、ＤＣ／ＡＣ検出部１０の出力の３相のうちの２相において過電流を検出しているので、電流センサが設けられていない相において地絡が発生したとき、過電流検出部２８では検出できない。しかしながら零相変流器２２において地絡電流が検出されるので、地絡・相間判定部３０は地絡の発生を検出することができる。
【００２２】
入力側の電流の総和を検出するものとして、零相変流器２２以外にも、ホール素子により電流の周囲の磁界を検出することで電流を検出するクランプオンセンサなども使用可能である。すなわち、零相変流器の場合と同様に、クランプオンセンサの検出部のリングに３本の電力線のすべてを通すことにより、電流の総和を検出することができる。
【００２３】
図６は、零相変流器２２で入力側の２相交流の電流の総和を検出する代わりに、入力側の３相交流の各相の電流を電流センサ３２，３４，３６で独立に検出し、加算部３８においてそれらを加算することで電流の総和を得る例を示す。
【００２４】
図７は、入力側の電流の総和を検出するものとして、ＡＣ／ＤＣ変換部１８からＤＣ／ＡＣ変換部１０へ直流を供給する２本の線に流れる電流の総和を前述したようなクランプオンセンサ４０により検出する例を示す。
【００２５】
図８は、図５の例における電流センサ２４，２６に代えて、ＡＣ／ＤＣ変換部１８から、ＤＣ／ＡＣ変換部１０内の平滑コンデンサ４２を経て直流を供給する２本の線の一方に流れる電流を電流センサ４４により検出することで過電流を検出する例を示す。電流の総和を検出する方式としては、図５を参照して説明した電流センサ２２以外にも、図６または図７を参照して説明したものが使用できる。
【００２６】
図９はＤＣ／ＡＣ変換部１０が、複数のモータを駆動するために複数のインバータ１０−１，１０−２，・・・で構成される例を示す。この場合に、地絡／相間短絡の判定のための電流センサ２２および地絡・相間短絡判定部３０はＡＣ／ＤＣ変換部１８の側に設けられるので、各インバータに電流センサを追加する場合と比べてコストの増加は少ない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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