JP2000270577A - ダイナミックブレーキ回路と半導体インバータ装置 - Google Patents

ダイナミックブレーキ回路と半導体インバータ装置

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JP2000270577A JP11074159A JP7415999A JP2000270577A JP 2000270577 A JP2000270577 A JP 2000270577A JP 11074159 A JP11074159 A JP 11074159A JP 7415999 A JP7415999 A JP 7415999A JP 2000270577 A JP2000270577 A JP 2000270577A
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resistor
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 インバータで生ずる電圧変化dv/dtが直
接半導体制動スイッチを誤点弧させ、運転中のインバー
タを短絡することがあったのを防止する。 【解決手段】 交流1・整流3・平滑6・インバータ部
7の諸回路によって駆動されるインバータ駆動モータ1
0を制動する時に、半導体制動スイッチ14を点弧して
前記モータ10の給電線間を短絡して制動抵抗器15に
よってエネルギーを吸収するダイナミックブレーキ回路
において、平滑コンデンサ6の正極側と半導体制動スイ
ッチ14の正極側との間に高抵抗器20を配置し、半導
体制動スイッチ14と並列接続されているスナバ回路1
8のスナバコンデンサ17をインバータ運転前にこの高
抵抗器20を介して充電しておくようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体スイッチ
ング素子で構成されたインバータ装置によって駆動され
るモータのダイナミックブレーキ回路の誤動作防止に関
する。
【0002】
【従来の技術】永久磁石式同期電動機等によって代表さ
れるインバータ駆動モータを非常時に停止させるために
は、インバータの動作を停止させ、慣性で回転するモー
タの給電線に発生する電力を制動抵抗器で短絡して熱エ
ネルギーとして消費させ、エネルギー吸収させて制動を
かけるダイナミックブレーキ等と称される方式が用いら
れている。図5は、従来のインバータ駆動モータのブレ
ーキ装置の回路図である。図において、6個のダイオー
ド25を3相交流電源に接続したブリッジ回路の出力の
正極26には平滑抵抗器27の一端が接続され、この平
滑抵抗器27の他端とブリッジ回路の出力の負極28と
の間には平滑コンデンサ29が接続されている。この平
滑コンデンサ29とは並列に、トランジスタやサイリス
タ等の半導体スイッチング素子30を2個直列接続した
組が3組接続されている。この半導体スイッチング素子
30の中間接続点は、モータ31の給電線32に接続さ
れ、モータ31は半導体スイッチング素子30のスイッ
チングタイミングに応じた位相で駆動される。一方、こ
のモータ31に制動をかけるため、給電線32に接続さ
れたダイオード33の3相ブリッジ整流回路と半導体制
動スイッチであるサイリスタ34と制動抵抗器35との
直列回路が設けられている。スナバ抵抗器36とスナバ
コンデンサ37を直列接続したスナバ回路がこのサイリ
スタ34と並列に接続されている。図において、38は
点弧用限流抵抗器、39はフォトダイオードとフォトサ
イリスタから成るフォトカプラー、40はバイアスコン
デンサ、41はバイアス抵抗器で、いずれもサイリスタ
34の点弧制御回路を構成している。このような従来装
置において、モータ31を非常停止させるためには、例
えば半導体スイッチング素子30の導通を停止させてモ
ータ31への給電を停止すると共に、フォトカプラー3
9の一方のフォトダイオードを発光させてフォトサイリ
スタを電気絶縁的に点弧させれば、サイリスタ34のゲ
ートに信号が印加されるため、サイリスタ34が点弧し
導通する。これによって、モータ31から発電されて給
電線32に送られた電気は、ダイオード33、サイリス
タ34、制動抵抗器35、ダイオード33、給電線32
と流れ、制動抵抗器35で発熱吸収される。これによっ
てモータ31は急速に制動されることとなる。しかしな
がら、従来装置においては、インバータ運転時における
半導体スイッチング素子30のスイッチング動作におい
て、電圧変化率dv/dtがあまりに大きいとサイリス
タの臨界オフ電圧上昇率を超えてしまい、フォトカプラ
ー39のフォトサイリスタやサイリスタ34を誤点弧さ
せてしまい、制動を要求しないのにインバータ出力間
を、すなわち、給電線32間を短絡してしまうことがあ
った。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来装
置によれば、インバータの半導体スイッチング素子の動
作によって大きな電圧変化dv/dtを生じてしまい、
その大きな電圧変化dv/dtの印加によって半導体制
動スイッチを誤点弧してしまい、インバータ出力線間を
短絡してしまうことがあった。これを防ぐためには、ス
ナバ回路の容量を電圧変化dv/dtを抑制するに十分
なものとしたり、臨界オフ電圧上昇率の十分大きな半導
体制動スイッチを選択しなければならなかった。このた
め、回路が大型化・複雑化し、部品コストが上昇したり
するという不都合があった。そこでこの発明は、インバ
ータの半導体スイッチング素子の動作によって生ずる電
圧変化dv/dtが直接半導体制動スイッチに印加され
ることの無い安全なインバータ駆動モータのブレーキ装
置を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項1記載の発明によれば、負荷の電気エネルギ
ーを熱に変換する抵抗と半導体スイッチング素子との直
列接続回路と、該半導体スイッチング素子に並列接続さ
れるコンデンサを含むスナバ回路と、を有するダイナミ
ックブレーキ回路において、前記負荷を駆動するに先立
って前記コンデンサにあらかじめ充電する充電回路を備
えたことを特徴としている。また、請求項2記載の発明
によれば、交流を整流する第1整流部と、該第1整流部
の出力を平滑する平滑部と、該平滑部の出力を所望のタ
イミングで第1半導体スイッチング素子によってスイッ
チングするインバータ部と、を有する半導体インバータ
装置であって、さらに、前記インバータ部の出力を整流
する第2整流部と、該第2整流部の出力端子間に接続さ
れる第1抵抗と第2半導体スイッチング素子の直列接続
回路と、から成るダイナミックブレーキ回路と、該第2
半導体スイッチング素子に並列接続されるコンデンサを
含むスナバ回路と、を有するインバータ装置において、
前記インバータ部がインバータ動作を開始する前に前記
コンデンサにあらかじめ充電する充電回路を備えたこと
を特徴としている。さらに、請求項3記載の発明によれ
ば、前記充電回路が、前記平滑部の正極側と前記ダイナ
ミックブレーキ回路の正極側との間に接続された第2抵
抗と、第3のスイッチング素子によって構成されること
を特徴としている。また、請求項4記載の発明によれ
ば、前記第3のスイッチング素子の代わりに、前記第1
半導体スイッチング素子の1部を兼用することを特徴と
している。そして、請求項5記載の発明によれば、前記
第1半導体スイッチング素子と逆並列接続されたフライ
ホイールダイオードを有する請求項2記載のインバータ
装置において、前記第2整流部の一方のアームを構成す
るダイオードの代わりに、前記フライホイールダイオー
ドを兼用することを特徴としている。
【0005】
【発明の実施の形態】次に、図1〜図4によってこの発
明の実施の形態を更に詳細に説明する。図1〜図4は、
いずれもスナバ回路18のスナバコンデンサ17を充電
する充電回路を設けた例を示す回路図である。図1にお
いて、3相交流電源1に6個のダイオード2を接続した
ブリッジ回路3の出力の正極4と負極5には平滑コンデ
ンサ6の正極と負極とが接続されている。この平滑コン
デンサ6と並列にサイリスタ、トランジスタ等の半導体
スイッチング素子7を2個直列接続した組を3組接続し
てインバータ部を形成する。各半導体スイッチング素子
7にはそれぞれフライホイールダイオード8が逆接続さ
れ、半導体スイッチング素子7の中間接続点9は各相の
出力点となされ、モータ10の各相の給電線11が接続
されている。モータ10は半導体スイッチング素子7の
スイッチングタイミングに応じた特性で位相制御等がな
される。このモータ10に制動をかけるため、給電線1
1に接続されたダイオード12の3相ブリッジ回路13
と半導体制動スイッチであるサイリスタ14と制動抵抗
器15とを直列接続したダイナミックブレーキ回路が設
けられている。また、サイリスタ14と並列にスナバ抵
抗器16とスナバコンデンサ17を直列接続したスナバ
回路18が接続されている。サイリスタ14のゲート電
極には、パルストランス19を用いた点弧回路が接続さ
れている。そして、サイリスタ14の正極側と平滑コン
デンサ6の正極側との間には、本発明による高抵抗値の
充電抵抗器20からなる充電回路21が接続されてい
る。以上の回路において、いま、インバータ部の運転に
先立ってスナバコンデンサ17を充電する場合は、イン
バータ部の負側アームの何れかの半導体スイッチング素
子7を点弧すればよい。そうすると、平滑コンデンサ6
の正極→充電回路21の充電抵抗器20→スナバ回路1
8のスナバ抵抗器16→スナバコンデンサ17→制動抵
抗器15→3相ブリッジ回路13の負側アームダイオー
ド→給電線11→半導体スイッチング素子7→平滑コン
デンサ6の負極の閉じた充電回路が形成され、平滑コン
デンサ6のチャージがスナバコンデンサ17に充電され
る。充電終了後のスナバコンデンサ17の両端の電圧、
すなわち、サイリスタ14の両端の電圧は、平滑コンデ
ンサ6の電圧と等しくなる。この場合の充電時定数τ
(t)は式(1)となる。 τ(t)=(R15+R16+R20)/C17 (1) このように、本発明によれば、抵抗値の大きな充電抵抗
器20とスナバコンデンサ17の時定数で急激な電圧変
化率dv/dtが抑制された状態でスナバコンデンサ1
7が充電され、スナバコンデンサ17が充電された後
に、インバータ動作を開始しても、インバータ部の入力
である平滑コンデンサ6と同じ電圧がすでにスナバコン
デンサ17には充電されているので、インバータ部を構
成するトランジスタのスイッチングによるdv/dtが
ダイナミックブレーキ回路のスイッチとして機能するサ
イリスタ14に全く印加されないので、サイリスタ14
の誤点弧が阻止される。また、誤点弧防止するためのサ
イリスタ14をdv/dt耐量の大きな物とする必要も
無くなり、またスナバ回路18も容量の小さなものに簡
略化できる。ダイナミックブレーキ回路のスイッチング
素子として、本発明の実施の形態ではサイリスタを用い
たが、サイリスタに限定されるものではなく、トライア
ック、トランジスタ等の半導体スイッチング素子はもち
ろんのこと、機械的スイッチ(例えば、リレー)でもよ
い。さらに、これらの半導体スイッチング素子等のドラ
イブ方法はフォトカプラーの他に、パルストランス、や
リレーコイルに電流を流す方法でもよい。充電回路上の
抵抗器はこの回路内であればどこにあってもよく、ま
た、充電手段による電流制御によって充電時間が調節可
能であれば、この抵抗器は無くてもよい。また、本発明
の実施の形態では充電回路の開閉用スイッチとして、イ
ンバータ部のトランジスタ(第1半導体スイッチング素
子)で兼用させているが、もちろん充電回路の開閉専用
の第3のスイッチング素子を別に外部に設けてもよい。
【0006】図2は、図1に示す例の点弧回路を変更し
た場合の例を示している。図2において、3相交流電源
1に6個のダイオード2を接続したブリッジ回路3の出
力の正極4と負極5には平滑コンデンサ6の正極と負極
とが接続されている。この平滑コンデンサ6と並列に半
導体スイッチング素子7を2個直列接続した組を3組接
続してインバータ部を形成する。各半導体スイッチング
素子7にはそれぞれフライホイルダイオード8が接続さ
れ、半導体スイッチング素子7の中間接続点9は各相の
出力点となされ、モータ10の各相の給電線11が接続
されている。モータ10は半導体スイッチング素子7の
スイッチングタイミングに応じた特性で位相制御等がな
される。このモータ10に制動をかけるためには、給電
線11に接続されたダイオード12の3相ブリッジ回路
13とサイリスタ14と制動抵抗器15とを直列接続し
たダイナミックブレーキ回路が設けられている。サイリ
スタ14と並列にスナバ抵抗器16とスナバコンデンサ
17を直列接続したスナバ回路18が接続されている。
サイリスタ14のゲート電極には、フォトトランジスタ
とフォトサイリスタの対から成るフォトカプラー22を
用いた点弧回路が接続されている。フォトカプラー22
を用いる理由は、低圧の点弧電源側と高圧のサイリスタ
側との信号をいったん光に置き換えて電気絶縁を行なう
ためである。そして、サイリスタ14の正極側と平滑コ
ンデンサ6の正極側との間には、本発明に係る高抵抗値
の充電抵抗器20からなる充電回路21が接続されてい
る。これによって、インバータ部の動作時には前もって
スナバコンデンサ17を常時充電しておくようにしてい
る。以上の回路において、いま、インバータ部の運転に
先立ってスナバコンデンサ17を充電する場合は、イン
バータ部の負側アームの何れかの半導体スイッチング素
子7を点弧すればよい。そうすると、平滑コンデンサ6
の正極→充電回路21の充電抵抗器20→スナバ回路1
8のスナバ抵抗器16→スナバコンデンサ17→制動抵
抗器15→3相ブリッジ回路13の負側アームダイオー
ド→給電線11→半導体スイッチング素子7→平滑コン
デンサ6の負極の閉じた充電回路が形成され、平滑コン
デンサ6のチャージがスナバコンデンサ17に充電され
る。充電終了後のスナバコンデンサ17の両端の電圧、
すなわち、サイリスタ14の両端の電圧は、平滑コンデ
ンサ6の電圧と等しくなる。このように構成された本発
明によれば、抵抗値の大きな充電抵抗器20とスナバコ
ンデンサ17の時定数で急激な電圧変化率dv/dtが
抑制された状態でスナバコンデンサ17が充電され、ス
ナバコンデンサ17が充電された後に、インバータ動作
を開始しても、インバータ部の入力である平滑コンデン
サ6と同じ電圧がすでにスナバコンデンサ17には充電
されているので、インバータ部を構成するトランジスタ
のスイッチングによるdv/dtがダイナミックブレー
キ回路のスイッチとして機能するサイリスタ14および
フォトサイリスタ22にまったく印加されないので、サ
イリスタ14とフォトサイリスタ22の誤点弧が阻止さ
れる。また、誤点弧防止するためのサイリスタ14およ
びフォトサイリスタ22をdv/dt耐量の大きな物と
する必要も無くなり、またスナバ回路18も容量の小さ
なものに簡略化できる。
【0007】図3は、発電制動回路の素子とモータ給電
線のエネルギー吸収回路の素子とを共用した形態の回路
を示している。図3において、3相交流電源1に6個の
ダイオード2を接続したブリッジ回路3の出力の正極4
と負極5には平滑コンデンサ6の正極と負極とを接続
し、この平滑コンデンサ6と並列にトランジスタ等の半
導体スイッチング素子7を2個直列接続した組を3組接
続してインバータ部を形成し、各半導体スイッチング素
子7にはそれぞれフライホイルダイオード8を逆接続
し、半導体スイッチング素子7の中間接続点9は各相の
出力点とし、モータ10の各相の給電線11を接続する
点については、図1、図2の場合と同じである。この例
の場合、平滑コンデンサ6の正極側に一端が接続される
充電抵抗器20と、この充電抵抗器20の他端に正極側
が接続されるサイリスタ14と、このサイリスタ14の
陰極側に一端が接続される制動抵抗器15と、この制動
抵抗器15の他端に正極側が接続されて陰極側が前記モ
ータの各相の給電線11に接続される3個のダイオード
23とを備え、サイリスタ14のゲート電極にはパルス
トランス19を用いた点弧回路が接続されている。この
回路において、モータ10の制動が必要な場合は、イン
バータ部の半導体スイッチング素子7の点弧を中止して
インバータ動作を停止した後にサイリスタ14の点弧回
路をオンさせると、サイリスタ14が導通するため、給
電線11→中間接続点9→フライホイルダイオード8→
充電抵抗器20→サイリスタ14→制動抵抗器15→ダ
イオード23→給電線11の回路が形成され、制動抵抗
器15が発熱してエネルギー吸収し、モータ10にブレ
ーキがかかる。このように、本実施の形態によれば、図
1の第2の整流部13の正極側アームのダイオード群1
2を正極側アームの第1の半導体スイッチング素子7の
フライホイルダイオード8で代用させたので、小型化・
低コスト化に寄与することとなる。また、この回路も前
記説明のとおり、充電抵抗器20を介してスナバコンデ
ンサ17が常に充電されて、インバータ部のdv/dt
を抑制すると共に、ダイオード23がインバータ部から
のdv/dtの直接進入を阻止するため、インバータ動
作中にダイナミックブレーキ回路による不良短絡は生じ
なくなる。
【0008】図4は、図3の回路のサイリスタ14の点
弧回路として、パルストランス19を用いた回路に代え
て、フォトダイオードとフォトサイリスタとから成るフ
ォトカプラー22を用いた例を示し、その他は同一であ
るので、同一部分に同一符号を付して説明は省略する。
【0009】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、交流を
整流して平滑コンデンサで平滑した電流のスイッチング
出力によって駆動されるインバータ駆動モータの制動時
に、半導体制動スイッチを点弧して前記モータの給電線
間を短絡して制動抵抗器によってエネルギーを吸収する
インバータ駆動モータのブレーキ装置に、平滑コンデン
サの正極側と半導体制動スイッチの正極側との間にスナ
バコンデンサを常時充電する充電回路を設けたことによ
り、インバータ部の電圧変化dv/dtが半導体制動ス
イッチに印加されることが無くなり、半導体制動スイッ
チの誤動作を防止することができる。したがって、スナ
バ回路を簡略化でき、dv/dt耐量の低い部品を使用
することができるので装置の価格低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるダイナミックブレーキ回路付き半
導体インバータ装置の1実施の形態を示す回路図であ
る。
【図2】図1とは異なるサイリスタ点弧回路を有する半
導体インバータ装置を示す図である。
【図3】図1の変形例を示す回路図である。
【図4】図2の変形例を示す回路図である。
【図5】従来装置の回路図である。
【符号の説明】
1 3相交流電源 2、12、23 ダイオード 3 3相ブリッジ回路 4 3相ブリッジ回路の出力の正極 5 3相ブリッジ回路の出力の負極 6 平滑コンデンサ 7 半導体スイッチング素子(パワートランジスタ) 8 フライホイールダイオード 9 中間接続点 10 モータ 11 給電線 13 3相ブリッジ回路 14 半導体制動スイッチ(サイリスタ) 15 制動抵抗器 16 スナバ抵抗器 17 スナバコンデンサ 18 スナバ回路 19 パルストランス 20 充電抵抗器 21 充電回路 22 フォトダイオードとフォトサイリスタから成るフ
ォトカプラー

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 負荷の電気エネルギーを熱に変換する抵
    抗と半導体スイッチング素子との直列接続回路と、 該半導体スイッチング素子に並列接続されるコンデンサ
    を含むスナバ回路と、を有するダイナミックブレーキ回
    路において、 前記負荷を駆動するに先立って前記コンデンサにあらか
    じめ充電する充電回路を備えたことを特徴とするダイナ
    ミックブレーキ回路。
  2. 【請求項2】 交流を整流する第1整流部と、該第1整
    流部の出力を平滑する平滑部と、該平滑部の出力を所望
    のタイミングで第1半導体スイッチング素子によってス
    イッチングするインバータ部と、を有する半導体インバ
    ータ装置であって、さらに、 前記インバータ部の出力を整流する第2整流部と、該第
    2整流部の出力端子間に接続される第1抵抗と第2半導
    体スイッチング素子の直列接続回路と、から成るダイナ
    ミックブレーキ回路と、 該第2半導体スイッチング素子に並列接続されるコンデ
    ンサを含むスナバ回路と、 を有するインバータ装置において、 前記インバータ部がインバータ動作を開始する前に前記
    コンデンサにあらかじめ充電する充電回路を備えたこと
    を特徴とする半導体インバータ装置。
  3. 【請求項3】 前記充電回路が、前記平滑部の正極側と
    前記ダイナミックブレーキ回路の正極側との間に接続さ
    れた第2抵抗と、第3のスイッチング素子によって構成
    されることを特徴とする請求項2記載の半導体インバー
    タ装置。
  4. 【請求項4】 前記第3のスイッチング素子の代わり
    に、前記第1半導体スイッチング素子の1部を兼用する
    ことを特徴とする請求項3記載の半導体インバータ装
    置。
  5. 【請求項5】 前記第1半導体スイッチング素子と逆並
    列接続されたフライホイールダイオードを有する請求項
    2記載のインバータ装置において、 前記第2整流部の一方のアームを構成するダイオードの
    代わりに、前記フライホイールダイオードを兼用するこ
    とを特徴とする請求項2記載の半導体インバータ装置。
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