WO1996034450A1 - Method and device for protecting regenerating resistor of servo motor for driving inverter - Google Patents

Description

明 細 書

サーボモー タを駆動するィ ンバー 夕 の回生抵抗の保護方 法及び装置

技 術 分 野

本発明は、 サーボモー タを駆動制御する イ ンバー 夕 に 関 し、 特に、 イ ンバー夕 に接続された回生抵抗を保護す る方法及び装置に関する。

背 景 技 術

図 1 2 は従来から知られているサー ボモー タ のイ ンバ 一 夕 式制御装置を示す。 図 1 2 に於いて、 D C リ ン ク 1 0 は、 交流電源か らの交流を整流して直流電力を供給 する電源装置 3 0 と、 電源装置 3 0 か らの直流電圧を切 換えてモー タ Mに供給するィ ンバー タ 2 0 との間を接続 する。 イ ンバー タ 2 0 は、 例えば ト ラ ン ジス タ P W M制 御回路 2 1 によ って制御される。

ィ ンバー タ 2 0 によ るサーボモー タの制御においては、 D C リ ン ク 1 0 に平滑用のコ ンデ ンサ 4 が接続されてい る。 コ ンデ ンサ 4 に印加される電圧は、 モー タ の加速時、 定速時及び減速時によ り 変化する。 例えば、 加速時にお いては、 電源装置からモー タ に電力の供給が行なわれる ため電圧は低下 し、 逆に減速時においては、 モー タ から 電源装置にエネルギーが戻されるため電圧は上昇する。

平滑用 コ ンデ ンサ 4 と して、 例えば電界コ ンデンサが 使用 されるが-、 使用 される コ ンデンサは所定の耐圧 レべ ノレを有 している。 こ のよ う な コ ンデンサに耐圧 レベル以 上の電圧が印加される場合には、 コ ンデ ン サに故障が生 じ る こ と になる。

そ こで、 コ ンデンサ 4 に並列に回生抵抗 5 を接続する こ と によ って、 コ ンデンサ 4 の保護を行な っている。 図 1 2 において、 レベル検出回路 7 は、 D C リ ン ク 1 0 の 電圧が設定電圧以上にな つ た こ と を検出 して ト ラ ン ジス タ 1 4 をオ ン させ、 回生抵抗 5 を D C リ ン ク に接続する。 こ れによ つて、 回生抵抗 5 に電流を流 して コ ンデンサ 4 にかかる電圧を低下させている。 回生抵抗 5 は流れた電 力に応 じた熱を発生 し、 過剰な電圧を消費 している。

回生抵抗 5 によ る過剰電圧の消費が過大とな って過回 生の状態とな る と、 回生抵抗 5 自体が熱破壊されて溶断 し、 回生抵抗によ る コ ンデンサの保護が行なわれな く な る。 そ こで、 回生抵抗が溶断する前に過回生である こ と を検知 して、 回生抵抗を保護する と共に、 サーボモータ への電力供給回路を遮断 してモー タ及び供給回路を保護 する必要があ る。

回生抵抗 5 に充分に大き な容量 （ヮ ッ ト数） の ものを 用いれば D C リ ン ク の電圧及びその変動に充分対応する こ とができ るが、 回生抵抗の容量を大き く する と、 大き な発熱に耐え られる よ う に、 大き な体積を必要とする こ と にな る。 しか しながら、 回生抵抗の実装スペースゃコ ス ト の点か ら、 イ ンバー 夕の回生抵抗は可能な限り 小容 量の ものが望まれている。 ま た、 一般に、 回生抵抗は図 1 3 に示すよ う なの溶断特性を備えており 、 大き な電力 が印加された場合には短時間で溶断 して し ま う 。

そ こで、 従来においては、 例えば以下のよ う な方法に よ って回生抵抗を保護 している。

( 1 ) サーモス タ ツ ト によ る保護方法。 図 1 4 は従来 のサーモス タ ツ ト によ る回生抵抗の保護を説明する図で あ る。 図 1 4 において、 D C リ ン ク 1 0 に接続された回 生抵抗 5 にサーモス タ ツ ト 2 を取付ける。 サーモス タ ツ ト 2 は回生抵抗 5 が発生する熱によ って開閉する。 検出 回路 3 は、 こ のサーモス タ ツ ト 2 の開閉を検出 し、 過回 生の場合にはアラームを発して回生抵抗への電圧印加を 停止する と共に、 直流電源装置の遮断を行な って、 回生 抵抗 6 及びサーボモー タ の保護を行な う。

( 2 ) アナロ グシ ミ ュ レー シ ョ ン回路によ る保護方法 < 図 1 5 は従来のアナロ グシ ミ ユ レー シ ョ ン回路によ る回 生抵抗の保護を説明する図である。 図 1 5 において、 レ ベル検出回路 7 から出力された回生パルス信号をフ ォ ト 力ブラ等の絶縁素子 9 を介 してアナロ グシ ミ ユ レー シ ョ ン回路 2 2 に導く 。 アナロ グシ ミ ュ レー シ ョ ン回路 2 2 は、 図 1 6 に示すよ う に、 回生回路 6 に供耠される回生 パルス信号のパルス幅及び供耠時間を検出 して回生回路 6 における回生量を推定 し、 回生量が設定量以上と な つ た場合に、 アラ ームを発 して回生抵抗 5 への電圧印加を 停止する と と も に、 D C リ ン クを遮断 して、 回生抵抗 5 及びサーボモー タの保護を行な う 。

し力、 しな力《ら、 従来のサー ボモー タ用イ ンバー 夕の回 生抵抗の保護方法では、 過回生によ る熱破壊か ら回生抵 抗を充分に保護する こ とができないと いう 問題点がある。

例えば、 サーモス タ ツ ト によ る保護方法では、 小さな 回生電力が比較的長時間続いた場合の過回生によ る熱破 壌については、 その過回生を検出 して回生抵抗を保護す る こ とができ るが、 大き な回生電力が短時間の間に発生 した場合の熱破壊については応答する こ とがで きず、 回 生抵抗を保護する こ とができ ない。

ま た、 逆に、 アナ ロ グシ ミ ュ レ ー シ ョ ン回路によ る保 護方法では、 大き な回生電力が短時間の間に発生した場 合の過回生によ る熱破壊については、 その過回生を検出 して回生抵抗を保護する こ とができ るが、 小さ な回生電 力が比铰的長時間铳いた場合の熱破壊については応答す る こ とができず、 回生抵抗を保護する こ とができない。

図 1 7 は、 従来の回生抵抗の保護方法の保護領域を説 明する図である。 図 1 7 において、 横軸は回生電力 W d を示 し、 縦軸は各保護方法によ ってア ラ ームを発生する までのアラ ーム動作時間 T s を示 している。 ま た、 破線 は回生抵抗の溶断曲線を示 し、 一点鎖線及び一点鎖線か ら引かれた斜線はサーモ スタ ツ ト によ る保護領域を示 し、 実線及び実線か ら引かれた斜線はアラ ームカーブ及びァ ナロ グシ ミ ユ レ一 シ ョ ン回路によ る保護領域を示 してい る o

図 1 7 に示すよ う に、 回生抵抗が溶断する前にア ラー ムを発生で き る保護領域は、 サーモス タ ツ 卜 については 回生電力が小さ く アラーム動作時間が長い場合であ り 、 アナロ グシ ミ ユ レー シ ョ ン回路については回生電力が大 き く アラーム動作時間が短い場合であ る。 そのため、 各 保護方法では、 それぞれ回生抵抗を保護する こ とができ ない領域を含んでいる。

そ こで、 両保護方法を併用する こ と によ って、 回生抵 抗の保護領域を拡大する こ と も考え られるが、 単に併用 する場合には、 図 1 7 中の Aで示す回生抵抗の溶断曲線 の部分のよ う に両保護方法によ って も保護でき ない領域 が発生する場合があ り 、 この領域の回生動作が発生 した 場合には、 回生抵抗が熱破壊を起こす障害が生 じ る。

そのため、 回生抵抗の溶断曲線全般にわた って保護を 行な う ためには、 図 1 8 に示すよ う なアラ ームカーブと な るよ う調整する必要がある。 こ の調整 したアラームで は回生抵抗の溶断曲線を保護でき る ものの、 回生抵抗の 持つ溶断曲線よ り も回生電力及びアラ ーム動作時間が小 さ い範囲でアラ ームが動作するため、 サー ボモー タ は定 格よ り も低い範囲で動作する こ と にな り 、 サーボモー タ の特性を低下させて しま う と いう 問題点が生 じ る。

ま た、 従来のアナ ログシ ミ ュ レー シ ョ ン回路のパラ メ 一 夕の調整は複雑であ り 、 回生抵抗毎の微調整が困難で あ る と い う 問題 もあ る。

発 明 の 開 示

本発明は、 過回生によ る熱破壊から回生抵抗を充分に 保護する こ とができ るサーボモー タ用ィ ンバー 夕の回生 抵抗保護方法及び保護回路を提供する こ とを目的とする。 よ り 具体的には、 サーモス タ ツ ト によ る回生抵抗の保 護とアナロ グシ ミ ュ レー シ ョ ン回路によ る回生抵抗の保 護とを併用 した場合において、 両者の保護領域の協調を と る こ とができ るサーボモー タ用イ ンバー 夕の回生抵抗 保護方法及び保護回路を提供する こ とを目的とする。

本発明の第 1 の態様によれば、 回生抵抗の保護装置は、 サーボモー タか らの回生電力によ って D C リ ン ク に生 じ る電圧を検出 し、 検出された電圧が第 1 の基準電圧を越 えたと き に回生パルス信号を出力する レベル検出手段と、 回生パルス信号に応 じて回生抵抗に D C リ ン ク電圧を印 加するスィ ツ チ ング手段と、 回生抵抗の温度が所定値以 上に上昇 したと き に D C リ ン クへの電力の供給を停止し て回生抵抗を保護する第 1 の保護手段と、 レベル検出手 段から出力される回生パルス信号に応 じて充放電を行な ぅ 充放電回路及び充放電回路の電圧を第 2 の基準電圧と 比較する比較回路を有 し、 充放電回路の電圧が第 2 の基 準値を越えたと き に D C リ ン クへの電力の供給を停止 し て前記回生抵抗を保護する第 2 の保護手段とを備え、 回 生抵抗の溶断領域は、 第 1 の保護手段によ る保護領域と 第 2 の保護手段によ る保護領域の少な く と も一方の保護 領域内にあ る よ ό調整されている。

第 1 の保護手段は、 例えば、 熱応答性開閉装置と して のサーモス タ ツ ト によ り 実現する こ とができ る。

第 2 の保護手段は、 アナロ グシ ミ ュ レー シ ョ ン手段の 保護領域は、 充放電回路の充放電の時定数によ り 調整す る こ とができ、 さ ら に、 充放電回路の充電の時定数の調 整は、 充放電回路を構成する コ ンデ ンサに直列接続され る抵抗の抵抗値の変更する こ とによ り 達成される。

本発明の第 2 の態様によれば、 回生抵抗の保護方法は、 回生抵抗の温度が第 1 の所定値以上に上昇 した と き に D C リ ン クへの電力の供耠を停止する第 1 の保護動作を行 な う ステ ッ プと、 回生パルス信号に応 じて充放電を行な ό充放電回路によ り 回生抵抗に蓄積される熱量を推定 し、 推定された熱量が第 2 の所定値を越えたと き に D C リ ン クへの電力の供給を停止する第 2 の保護動作を行な う ス テ ツ ブと、 第 1 の保護動作及び第 2 の保護動作が回生抵 抗の溶断領域を連続 して保護するよ う充放電回路を調整 するステ ッ プとを備える。

本発明の第 3 の態様によれば、 回生抵抗の保護方法は、 回生抵抗の温度が第 1 の所定値以上に上昇 した と き に D C リ ン クへの電力の供給を停止する第 1 の保護手段の保 護領域を設定するステ ッ プと、 回生パルス信号に応 じて 充放電を行な う 充放電回路によ り 回生抵抗に蓄積される 熱量を推定 し、 推定された熱量が第 2 の所定値を越えた と きに D C リ ン クへの電力の供給を停止する第 2 の保護 手段の保護領域を、 第 1 の保護手段によ る保護領域で力 バー されない回生抵抗の溶断領域をカバーする よ う に設 定するステ ッ プと、 設定された保護領域を有する充放電 回路の回路定数を定めるステ ッ プとを備え る。 本出願の第 4 の態様によれば、 回生抵の抗保護方法は、 回生抵抗の温度が第 1 の所定値以上に上昇 し た と き に D C リ ンク への電力の供給を停止する第 1 の保護手段を 設けるステ ッ プと、 コ ンデンサと コ ンデンサに直列接続 された抵抗とを有し、 回生パ ルス信号に応 じて充放電を 行な う充放電回路によ り 回生抵抗に蓄積される熱量を推 定 し、 推定された熱量が第 2 の所定値を越えた と き に D C リ ン クへの電力の供給を停止する第 2 の保護手段を設 けるステ ッ プと、 第 2 の保護手段の コ ン デ ン サ の容量と 抵抗の抵抗値とをパラ メ ー タ と して充放電回路の複数の 充放電特性を定め、 これら複数の充放電特性の中から、 第 1 の保護手段によ る保護領域でカバー されない回生抵 抗の溶断領域をカバーする充放電特性を選択する ス テ ツ ブと、 選択された充放電特性に応 じたバラ メ ー タの値を 求めて充放電回路を決定するステ ッ プとを備え る。

図面の簡単な説明

図 1 は、 本発明の一実施例に係るサーボモー タ用イ ン バー 夕 の回生抵抗保護装置を示すプロ ッ ク 図、

図 2 は、 本発明のアナ ロ グシ ミ ュ レ ー シ ョ ン回路の一 構成例を示すブロ ッ ク図、

図 3 は、 本発明のサ一ボモー タ用イ ンバー タの回生抵 抗保護方法のフ ローチ ヤ一 ト、

図 4 は、 回生動作におけるデューテ ィ ー フ ァ ク タを説 明する図、

図 5 は、 充放電回路の回生動作によ る充放電特性を示 す図、

図 6 は、 アラ ームカーブの回生動作のデューティ ーフ ァ ク 夕 に対する依存状態を説明する図、

図 7 は、 アナロ グシ ミ ュ レー シ ョ ン回路によ るア ラー ム カ ー ブの設定を説明する図、

図 8 は、 アナロ グシ ミ ユ レー シ ョ ン回路を用いた回生 抵抗の保護領域を説明する図、

図 9 は、 本発明のアナロ グシ ミ ュ レ ー シ ョ ン回路によ るアラ ームカーブの調整を説明する図、

図 1 0 は、 本発明のアナロ グシ ミ ュ レ ー シ ョ ン回路の 他の構成例、

図 1 1 は、 本発明のアナロ グシ ミ ュ レー シ ョ ン回路の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン結果、

図 1 2 は、 従来か ら知 られているサーボモー タのイ ン バー タ制御を示す図、

図 1 3 は、 回生抵抗の溶断特性を示す図、

図 1 4 は、 従来のサーモス タ ツ 卜 によ る回生抵抗の保 護を示す図、

図 1 5 は、 従来のアナログシ ミ ユ レー シ ヨ ン回路によ る回生抵抗の保護を示す図、

図 1 6 は、 アナロ グシ ミ ュ レ ー シ ョ ン回路の動作を示 す図、

図 1 7 は、 従来の回生抵抗の保護方法の保護領域を示 す図、

図 1 8 は、 従来のアナロ グシ ミ ュ レ ー シ ョ ン回路によ るアラ ームカーブの調整を示す図であ る。

発明を実施するための最良の形態

図 1 に於いて、 D C リ ン ク 1 0 は直流電源装置 3 0 と イ ンバー タ 2 0 との間を接続 し、 サーボモー タ に電力を 供給する。 D C リ ンク 1 0 には、 電界コ ンデンサ等の平 滑用の コ ンデンサ 4 が接続され、 過回生時においてこの コ ンデンサ 4 を保護するために回生回路 6 が、 コ ンデン サ 4 と並列に直流電源装置 1 0 に接続されてい る。 こ の 回生回路 6 と しては、 例えば、 I G B Tによ り 構成する こ とができ、 過回生時のエネルギーを回生抵抗 5 に よ つ て熱に変換する。

レベル検出回路 7 は、 D C リ ン ク 1 0 の電圧を検出 し、 検出された D C リ ン ク電圧が所定の基準値を越える と き に回生パルス信号を出力する。 回生回路 6 は、 レベル検 出回路 7 か らの回生パルス信号を受け、 こ れに応じて回 生抵抗 5 に通電を行な う。 レベル検出回路 7 の レベル判 定の基準値と して、 D C リ ン ク基準電圧源 8 か ら入力さ れる電圧 V reiLを用いる こ とができ る。

本発明の回生抵抗保護装置においては、 回生抵抗 5 に 取付け られた熱応答性開閉装置と してのサーモス タ ッ ト 2 を含む第 1 の保護装置を設ける。 サーモス タ ツ ト 2 は、 回生動作によ って回生抵抗 5 に発生する熱によ る温度変 化に応 じて接点の開閉を行な う。 サーモス タ ツ ト 2 の開 閉動作を検出回路 3 によ って検出 し、 例えば設定温度以 上の場合にアラ ーム等の信号を出力する。 こ のアラ ーム によ っ て、 D C リ ン ク 1 0 への電力を遮断 して回生抵抗 の保護を行な う と共に、 モー タの停止等の処理を行な う。 電力の供給源と しては、 例えば 3 相 2 0 0 Vの交流源か ら ダイ ォー ドブ リ ッ ジを通 じて電力を供給する直流電源 3 0 と、 モータの回生エネルギーによ る電力とがあ り 、 過回生時のアラ ーム状態では、 こ の両者の供給源を D C リ ンク 1 0 から回路的に切り 離すこ と によ って、 D C リ ン ク 1 0への電力を遮断する。 そ して、 こ の状態では、 D C リ ン ク 1 0 の コ ンデ ンサ 4 に蓄積されたエネルギー のみが回生抵抗 5 を通 じて放電される。

ま た、 本発明の回生抵抗保護装置においては、 回生回 路 6 から出力される回生パルス信号が、 フ ォ ト カブラ等 の絶縁素子 9 を介 して第 2 の保護装置であ るアナロ グシ ミ ュ レー シ ヨ ン回路 1 に入力される。 アナ ロ グシ ミ ュ レ ー シ ヨ ン回路 1 は、 回生回路 6 に供給される回生パルス 信号のパルス幅及び供袷時間を検出 して回生回路 6 にお ける回生量を推定し、 推定された回生量が設定量以上と な っ た場合に、 アラ ームを発 して、 D C リ ン ク 1 0 への 電力を遮断 して回生抵抗の保護を行な う と共に、 モー タ の停止等の処理を行な う 。

図 2 に示す如 く 、 アナロ グシ ミ ュ レー シ ョ ン回路 1 は レベル検出回路 7 か らの回生パルス信号に応 じて充放電 を行な う充放電回路 1 2 と、 充放電回路 1 2 に よ り 充電 さ れた電圧を基準電圧 V re f Aと比較す る コ ンパ レー タ 1 1 と を備えている。 充放電回路 1 2 は、 例えば、 コ ンデ ンサ C 1 と抵抗 R 2及び R 3 とを直列接続し、 一方の端部を接地し、 他 方の端部に所定電圧 V c c を印加する こ と によ り構成さ れる充電回路部分と、 コ ンデ ン サ C 1 と抵抗 R 2 と の接 点と接地との間に接続された抵抗 R 1 によ り構成される 放電回路部分とを含む。 コ ンデンサ C 1 と抵抗 R 2 との 接点及び抵抗 R 1 の一端に は ト ラ ン ジ ス タ T rlの出力端 が接続され、 回生パ ルス信号を ト リ ガと して、 充放電回 路 1 2 の充電及び放電を行な う。

コ ン パ レー タ 1 1 には、 コ ン デ ン サ C 1 の電圧が逆接 続のダイ ォー ド 1 5 を介 して入力され、 基準電圧 V refA を し き い値と して電圧比較を行ない、 コ ン デ ン サ C 1 に 充電された電圧が基準電圧 V refAを超えた場合にア ラー ム信号を出力する 。

充電回路部分の抵抗 R 3 にはスィ ッ チ S W 1 を並列接 続する こ とができ る。 こ のスィ ッ チ S W 1 の開閉によ つ て、 充放電の時定数を変更する こ とができ る。

図 3 は、 本発明の実施例の動作を説明する フ ロ ー チ ヤ ー トであ り 、 図 4 から図 9 は本発明の実施例の動作を説 明するための図であ る。 以下、 図 3 のフ ロ ーチ ヤ一 ト に 従って説明する。 本発明では、 サーモ ス タ ツ ト によ る第 1 の保護装置と、 アナロ グシ ミ ュ レ ー シ ョ ン回路によ る 第 2 の保護装置とを併用 し、 アナロ グシ ミ ュ レ ー シ ョ ン 回路の回路特性を調整する こ とによ って、 回生抵抗の保 護領域を連続 して保護する。 ステ ッ プ S I ： 第 2の保護装置と してのアナ ロ グ シ ミ ユ レー シ ヨ ン回路の回路構成を設定する。 以下、 アナ口 グシ ミ ユ レー シ ョ ン回路と して図 2 に示 した回路構成を 採用 し た ものについて説明する。

ステ ッ プ S 2 : 採用 したア ナ ロ グシ ミ ュ レー シ ョ ン回 路の充放電回路の回路構成から、 充放電特性を表わす関 係式を求める。 こ の充放電特性の関係式を f lによ っ て 表わす。

充放電特性の関係式 f 1は、 例えば、 充放電回路を構 成する コ ンデ ンサ C l 、 抵抗 R l、 R 2、 R 3及びァラ ーム動作基準電圧 V ref A, 回生動作のデューテ ィ 一 Dを パラ メ ー タ と し、 アラー ム動作時間 T s を求める関数に よ って以下の式 （ 1 ) で表わすこ とができ る。

T s = f 1 ( V ref A. C 1. R 1.R 2.R 3.D ) … （ 1 ) こ こ で、 回生動作のデューティ ーフ ァ ク タ Dは、 図 4 に示すよ う に、 回生動作における 1周期 Tに対する回生 時間 T onの比 （ = T onZ T ) で表わされる。

図 2 に お い て 、 レ べ ノレ検出器 7 力、 ら ト ラ ン ジ ス タ T r l に入力される回生パルス信号に応 じて、 ト ラ ン ジ ス タ T r 1 がオ フ す る と、 V c c の電圧がコ ンデ ンサ C 1 に印加され、 抵抗 R 2 (又は、 抵抗 R 2 と抵抗 R 3 の直列抵抗） と コ ンデンサ C 1 と によ って定ま る時定数 で充電が行なわれ （図 2中の破線の矢印） 、 逆に、 ト ラ ン ジス タ T r l がオ ンする と、 コ ンデ ンサ C 1 に蓄積さ れた電荷が抵抗 R 1 及び ト ラ ン ジス タ T rlを介 して、 抵 抗 R lと コ ンデンサ C Iと によ って定ま る時定数で放電が 行なわれる （図 2 中の一点鎖線の矢印） 。

充放電回路の回生動作によ る充放電特性は、 例えば図 5 に示すよ う な特性で表わすこ とがで き る。 図 5 におい て、 実線は、 コ ンデンサ C 1 の充放電特性曲線を示 して お り、 回生動作における回生時間 T onの問に充電さ れて コ ンデ ンサ C 1 の両端電圧は上昇 し、 回生動作における 非回生時間 T oi fの間に放電されてコ ンデンサ C 1の両端 電圧は下降する。 回生動作が続行される と、 こ の電圧の 上昇及び下降を繰り 返すこ と によ って、 コ ンデ ンサ C 1 の両端電圧は徐々 に上昇する。 コ ンデ ンサ C 1 の電圧は、 回生回路 6 に供給される回生パルス信号によ る回生回路 6 の回生量を表わす。 アナロ グシ ミ ュ レー シ ョ ン回路 1 は、 コ ンデ ンサ C 1 の両端電圧をア ラ ー ム動作基準電圧 V re f Aと比較 し、 ア ラーム動作基準電圧 V reiAを超えた 時点をアラ ーム動作時間 T s と してア ラ ームを発生する。

したがって、 アラーム動作時間 T s は、 式 （ 1 ) で示 される よ う に、 充放電回路を構成する コ ンデンサ C 1、 抵抗 R l、 抵抗 R 2及び抵抗 R 3の値と、 回生動作のデュ 一ティ 一フ ァ ク タ D及びアラ ーム動作基準電圧 V re iAに よ って変化する こ と にな る。

ステ ッ プ S 3 ： 次に、 ステ ッ プ S 2 で求めた充放電特 性を表わす関係式 （ 1 ) を変形してアナロ グシ ミ ュ レ一 シ ョ ン回路がア ラ ー ムを発生する特性を示すア ラ ー ム力 ーブを表わす関係式を求める。 以下、 こ のアラ ームカ ー ブの関係式を f 2によ って表わす。

回生動作によ って回生抵抗で消費される回生電力 W d は、 以下の式 （ 2 ) によ って表わすこ とができ る。

W d = ( V _DC ²/ R cl ) - D - ( 2 ) こ こ で、 V _{D C}は回生抵抗 5 に印加 さ れる D C リ ン ク 1 0 の電圧であ り 、 R d は回生抵抗 5 の抵抗値であ る。 回生電力 W d の式 （ 2 ) と式 （ 1 ) とか ら、 ア ラ ーム 動作時間 T s は、 変数と してデューテ ィ ー フ ァ ク タ Dを 持つ回生電力 W d の関数と して、 以下の式 （ 3 ) で表わ すこ とがで き る。

T s = f 2 { W d (D )} … ( 3 ) 例えば、 図 2 に示すアナロ グシ ユ レー シ ヨ ン回路に おいて、 アラーム動作時間 T s は 以下の式 （ 4 ) によ て表わされる。

1 a

T s = L n

(1 - D)/(R1-C) + D/(R0-C) a - V ref A = f 2 {W d (D ) } … ( 4 ) こ で、

R 0= R 2 + R 3

V 0 exp一 D T / ( R

a =

1 ― exp 卜 ( 1 - D ) Ύ / ( R C ) ( D T / R 0 ) 1 = ( D )

であ る。

従って、 式 （ 3 ) において、 f 2は W d の関数であ り、 R 0 ( = R 2 + R 3) をパラ メ ー タ と して変化する こ と に な る。

ま た、 W d はデューテ ィ ーフ ァ ク タ D に対 して単なる 比例関係であるため、 関数 f 2は D の関数で もあ る。 つ ま り 、 図 6 において、 横軸をそのま ま デューテ ィ ーフ ァ ク タ D に置き換える こ とができ る。 した力《つて、 ア ラー ムカーブの移動は、 パラ メ ー タ R 0を変化さ せるによ つ て可能とな り 、 パラ メ ー タ R 0が大き く な るにつれてァ ラ ームカーブは原点から遠ざかる こ と にな る。

ステ ッ プ S 4 、 S 5 ： 次に、 回生抵抗の溶断特性を示 す溶断曲線及びサーモス タ ツ 卜 の動作曲線に対 して、 ァ ナロ グシ ミ ユ レー シ ョ ン回路によ るアラームカ ーブ C A の設定を行な う 。 図 7 は、 アナロ グシ ミ ュ レー シ ョ ン回 路 1 のアラームカーブ C Aの設定を説明する図である。 回生抵抗 5 の溶断特性は、 回生抵抗 5 自体が備えた特性 であ り 、 採用 した回生抵抗によ り その溶断特性は一義的 に定ま る。 図 7 では、 こ の回生抵抗の溶断特性を破線の 曲線で示 している。

また、 サーモスタ ツ ト 2 を用いた第 1 の保護装置の動 作特性 も、 サーモス タ ツ ト 2 自体が備えた特性であ り 、 採用 したサーモスタ ッ ト によ り その動作特性は一義的に 定ま る。 図 7 では、 こ のサーモス タ ツ 卜 の動作特性を一 点鎖線の曲線で示 している。

これに対 して、 本発明の回生抵抗保護に使用する第 2 の保護手段であ るアナロ グシ ミ ユ レー シ ョ ン回路の特性 は前述の如 く 調整する こ とができ、 こ れに よ つて、 第 1 の保護装置によ り保護する こ とができ ない回生抵抗の溶 断領域を保護領域とする よ う調整する こ とがで き る。

図 7 において、 実線で示す複数本のア ラ ー ムカ ー ブ C Aの内で、 サーモス タ ツ ト動作曲線によ っ てカバー さ れない回生抵抗の溶断曲線の領域をカバーする こ とがで き るアラームカ ーブ C Aを選択する。 図 7 では、 4本の アラームカーブ C Aの内で縦軸に近い 3 本が選択可能な アラームカーブ C Aであ る。

こ の例では、 サーモス タ ツ ト動作曲線がカバーで き な い回生抵抗の溶断曲線の領域からある程度のマー ジ ン分 を含めた図中のアラ ームカーブ C A 0によ って設定を行な ό ο

そ して、 設定されたアラームカーブ C A Oが適切なァラ ームカ ーブであ るか否かを判定し、 適切なアラ ームカー ブ C A が選択できない場合には、 ステ ッ プ S 1 に戻って 異な る アナロ グシ ミ ユ レー シ ヨ ン回路の回路構成を設定 し、 前述のステ ッ プ S 2 からステ ッ プ S 5 の処理を行な ラ 0

ステ ッ プ S 6 ： アラームカ ーブ C A Oが設定された後は、 こ のア ラ ームカ ーブ C A 0に対応するア ラームカ ーブの関 係式 f 2から、 関係式 f 2を定めているパラ メ ー タである 合成抵抗 R 0 ( = R 2 + R 3 ) を求める。

ステ ッ プ S 7 ： 回生抵抗を保護するアラ ーム動作時間 T s Oを設定す—る。 こ のア ラー ム動作時間 T s 0は、 回生抵 抗の保護を行な う特性を定める ものであ る。 なお、 ァラ ーム動作電圧 V refAは予め設定さ れた値を用い る。

ステ ッ プ S 8 ： ステ ッ プ S 6で求めた R 0と、 ステ ツ ブ S 7 で設定 したアラーム動作時間 T sOか ら、 アラ ーム カ ーブ C AOの特性で、 ア ラ ー ム動作時間 T sOでア ラ ー ム 動作を行な ό充放電回路の回路定数を求める。

充放電回路の回路定数を求めるには、 前記充放電特性 の関係式 f 1 中の D及び T s に D 0及び T sOの値を代入 す る こ と に よ っ て、 コ ンデ ンサ C 1 、 抵抗 R 1 、 抵抗 R 2 及び抵抗 R 3 を定める。

ステ ッ プ S 9 ： 前記ステ ッ プ S 8 で定めたコ ンデンサ

C l 、 抵抗 R l 、 抵抗 R 2 、 抵抗 R 3 等のアナロ グシ ミ ユ レー シ ヨ ン回路の回路定数が適切で、 実用に適 した値 であ るかの判定を行な う 。

設定 した回路定数が不適当な値であ る場合には、 ス テ ッ ブ S 1 に戻って、 異な るア ナ ロ グ シ ミ ュ レ ー シ ョ ン回 路の回路構成を設定 し、 前記のステ ッ プ S 2 か らステ ツ ブ S 9 を行な う 。

ステ ッ プ S 1 0 ： 設定 した回路定数が適当な値である 場合には、 この回路定数によ ってア ナ ロ グ シ ミ ュ レー シ ヨ ン回路を構成する。

なお、 ステ ッ プ S 5及びステ ッ プ S 9 において、 アナ ロ グシ ミ ユ レー シ ョ ン回路を異な る構成に変更する場合 には、 図 2 に示すス ィ ッ チ S Wを切り 換えて、 充電の時 定数を変更する こ と によ り行な う こ とがで き る。

図 8 は、 前記フ ロ ー チ ャ ー ト によ り 設定 したアナロ グ シ ミ ュ レー シ ョ ン回路を用いた回生抵抗の保護領域の例 を示 している。 図 8 において、 回生抵抗の溶断曲線は、 サーモ スタ ツ ト によ る保護領域、 或いはアナロ グシ ミ ュ レー シ ヨ ン回路によ る保護領域の少な く と も一方の保護 領域内にあ り 、 回生抵抗は、 サーモス タ ツ ト及び 又は アナロ グシ ミ ユ レー シ ョ ン回路によ って連続的に保護さ れる こ とにな る。

また、 本発明のアナロ グシ ミ ユ レ一 シ ョ ン回路構成に よれば、 ア ラ ームカ ーブ C Aは R O ( - R 2+ R 3) をパラ メ ー タ と して調整する こ とができ、 その調整によるァラ ームカ ーブ C Aの図 9 上におけ る移動は、 回生電力 W d 及びア ラ ーム動作時間 T s の両軸に対 して同時に行な う こ とができ る。 これは、 本発明のアナ ロ グシ ミ ュ レー シ ョ ン回路の構成とする こ と によ って可能と な る ものであ る。

こ の こ と は、 本発明のアナロ グシ ミ ユ レー シ ョ ン回路 は、 そ の特性の調整を、 図 9 に示すよ う に、 回生電力 W d及びア ラ ーム動作時間 T s の両方の軸に対 して可能 である こ とを示 しており 、 アナロ グシ ミ ュ レ ー シ ョ ン回 路の特性調整を回生抵抗の溶断特性に対 して容易に行な え る こ とを示 している。

図 1 0は、 本発明のアナロ グシ ミ ユ レー シ ョ ン回路の 他の構成例であ り 、 充放電回路 1 3 において、 抵抗 R 2 に複数個の抵抗尺 3 (1)〜 1^ 3 ( ₁1 )を直列接続 し、 スィ ツ チ S W (l)〜 S W ( n )の切り 換えによ って、 充放電の 時定数を変更する こ とができ る。

こ のアナロ グシ ミ ユ レー シ ョ ン回路の動作は、 図 2 に 示すアナロ グシ ミ ユ レー シ ョ ン回路と ほぼ同様であ り 、 充放電回路 1 3の充電の時定数が異な る。

図 1 1 は、 R l = 7 5 0 k Q . R 2 = R 3 = 3 9 0 k Ω . R 4 = 8 2 k Ω C l = 3 3 / F、 V ref Α= 1 0 V、 V c c = 1 5 Vの場合の シ ミ ユ レー シ ョ ン結果を示 している。

本発明によれば、 過回生によ る熱破壊か ら回生抵抗を 充分に保護する こ とができ るサーボモータ用ィ ンバー夕 の回生抵抗保護方法及び保護回路を提供する こ とができ る。 さ らに、 サーモ ス タ ツ ト によ る回生抵抗の保護とァ ナ ロ グシ ミ ュ レー シ ョ ン回路によ る回生抵抗の保護とを 併用 した場合において、 両者の保護領域の協調をと る こ とができ るサーボモー タ用ィ ンバ一 夕の回生抵抗保護方 法及び保護回路を提供するができ る。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 直流電源と、 サーボモー タを駆動制御する イ ンバー 夕 との間を接続する D C リ ン ク に設け られた回生抵抗を 保護する装置であ つて、

前記サ一 ボモー タ からの回生電力によ っ て前記 D C リ ン ク に生 じ る電圧を検出 し、 検出された電圧が第 1 の基 準電圧を越えた と き に回生パルス信号を出力する レベル 検出手段と、

前記回生パルス信号に応 じて前記回生抵抗に D C リ ン ク電圧を印加するス イ ッ チ ン グ手段と、

前記回生抵抗の温度が所定値以上に上昇 した と き に前 記 D C リ ン クへの電力の供給を停止 して前記回生抵抗を 保護する第 1 の保護手段と、

前記レベル検出手段か ら出力される前記回生パルス信 号に応 じて充放電を行な う充放電回路と、 前記充放電回 路の電圧を第 2 の基準電圧と比較する比較回路とを有 し、 前記充放電回路の電圧が前記第 2 の基準電圧を越えたと き に前記 D C リ ン ク への電力の供铪を停止 して前記回生 抵抗を保護する第 2 の保護手段とを備え、

前記回生抵抗の溶断領域は、 前記第 1 の保護手段によ る保護領域と前記第 2 の保護手段によ る保護領域の少な く と も一方の保護領域内にあ るよ う調整さ れている、 回 生抵抗の保護装置。

2 . 直流電源と、 サーボモー タを駆動制御する イ ンバー 夕 との間を接続する D C リ ン ク に設け られた回生抵抗を 保護する装置であ って、

前記サーボモー タからの回生電力によ って前記 D C リ ン ク に生 じ る電圧を検出 し、 検出された電圧が第 1 の基 準電圧を越えた と き に回生パルス信号を出力する レベル 検出手段と、

前記回生パルス信号に応じて前記回生抵抗に D C リ ン ク電圧を印加するスィ ツ チ ン グ手段と、

前記レベル検出手段か ら出力される前記回生パルス信 号に応 じて充放電を行な う充放電回路と、 前記充放電回 路の電圧を第 2 の基準電圧と比較する比铰回路とを有 し、 前記充放電回路の電圧が前記第 2 の基準電圧を越えたと き に前記 D C リ ン ク への電力の供給を停止 して前記回生 抵抗を保護する回生抵抗保護手段とを備え、

前記回生抵抗の溶断領域は、 前記回生抵抗保護手段の 保護領域内にあ るよ う調整さ れている、 回生抵抗の保護 装置。

3 . 前記充放電回路の充電の時定数を変更する こ と によ り 前記第 2 の保護手段の保護領域が調整さ れる、 請求の 範囲第 1 項に記載の回生抵抗の保護装置。

4 . 前記充放電回路は、 コ ンデ ンサ と前記コ ンデ ンサに 直列に接続さ れた抵抗とを有 し、 前記抵抗の抵抗値を変 更する こ と によ り前記充電の時定数が調整される、 請求 の範囲第 3 項に記載の回生抵抗の保護装置。

5 . 直流電源と、 サ一ボモー タを駆動制御する イ ンバー タ との間を接続する D C リ ン ク に設け られた回生抵抗を 保護する方法であって、

( a ) 前記回生抵抗の温度が第 1 の所定値以上に上昇 したと き に前記 D C リ ン クへの電力の供給を停止する第 1 の保護動作を行な う ステ ッ プと、

( b ) 前記回生パルス信号に応 じて充放電を行な う充 放電回路によ り 前記回生抵抗に蓄積される熱量を推定 し、 推定された熱量が第 2 の所定値を越えたと き に前記 D C リ ン ク への電力の供給を停止する第 2 の保護動作を行な う ステ ッ プと、

( c ) 前記第 1 の保護動作及び前記第 2 の保護動作が 回生抵抗の溶断領域を連続して保護するよ う前記充放電 回路を調整するステ ッ プとを備える、 回生抵抗の保護方

6 . 直流電源と、 サーボモー タを駆動制御する イ ンバー 夕 との間を接続する D C リ ン ク に設け られ、 回生パルス 信号に応 じて D C リ ン ク電圧が印加さ れる回生抵抗を保 護する方法であ って、

( a ) 前記回生抵抗の温度が第 1 の所定値以上に上昇 した と き に前記 D C リ ン クへの電力の供給を停止する第 1 の保護手段の保護領域を設定するステ ッ プと、

( b ) 前記回生パルス信号に応 じて充放電を行な う充 放電回路によ り 前記回生抵抗に蓄積さ れる熱量を推定 し、 推定された熱量が第 2 の所定値を越えたと き に前記 D C リ ン ク への電力の供給を停止する第 2 の保護手段の保護 領域を、 前記第 1 の保護手段によ る保護領域でカバ一 さ れない前記回生抵抗の溶断領域をカバーするよ う に設定 するステ ッ プと、

( c ) 前記保護領域を有する前記充放電回路の回路定 数を定めるステ ッ プとを備えた、 回生抵抗の保護方法。

7 . 直流電源と、 サーボモー タを駆動制御する イ ンバー 夕 との間を接続する D C リ ン ク に設け られた回生抵抗を 保護する方法であ つて、

( a ) 前記回生抵抗の温度が第 1 の所定値以上に上昇 したと き に前記 D C リ ン クへの電力の供給を停止する第 1 の保護手段を設け るステ ッ プと、

( b ) コ ンデ ンサ と前記コ ンデ ンサに直列接続さ れた 抵抗とを有 し、 前記回生パルス信号に応 じて充放電を行 な う充放電回路によ り前記回生抵抗に蓄積される熱量を 推定 し、 推定された熱量が第 2 の所定値を越えたと きに 前記 D C リ ン クへの電力の供耠を停止する第 2 の保護手 段を設けるステ ッ プと、

( c ) 前記第 2 の保護手段の前記コ ンデ ンサの容量と 前記抵抗の抵抗値とをパラ メ 一夕 と して前記充放電回路 の複数の充放電特性を定め、

( d ) 前記複数の充放電特性の中か ら、 前記第 1 の保 護手段によ る保護領域でカバ一 されない前記回生抵抗の 溶断領域をカバーする充放電特性を選択するステ ッ プと、 ( e ) 前記選択された充放電特性に応じた前記パラ メ 一 夕の値を求めて前記充放電回路を決定するステ ッ プと を備える、 回生抵抗の保護方法。