電動モーター ドライブは、可変周波数の出力を電動モーターに提供する電気システムで、暖房と空調、換気、ポンプ、コンプレッサ、エレベータなどの産業用ロード、またコンベヤ ベルト、鉱業、製紙機器などのファクトリ オートメーション ロードも該当します。

産業環境で使用される電動モーター ドライブは、高温や高湿度、AC 電源ラインの変動、機械的過負荷などの条件にさらされます。ユーザーは、効率の向上と信頼性の向上を求めています。IGBT (絶縁型ゲート バイポーラ トランジスタ) などのパワー半導体デバイスのスイッチング速度は継続的に向上しており、スイッチング速度を高速化する SiC (シリコン カーバイド) や GaN (窒化ガリウム) などのワイド バンドギャップ技術がますます採用されています。スイッチング速度の高速化とシステムの信頼性向上のニーズが高まっている現状で、最新のモーター ドライブ システムは産業用機器のダウンタイムを最小化するために、複数の障害イベントを検出して対処する必要があります。

この記事では、さまざまな障害イベントの優先レベルと影響、およびそれらを検出してモーター ドライブ回路の損傷を防止する方法を解説します。

図 1 に示すように、電動モーター ドライブ システムは AC 商用電源から電力を取り込み、DC 電圧に整流し、複雑な帰還制御アルゴリズムによる負荷の要求に応じて DC を可変の振幅と周波数で AC に逆変換します。

モーター ドライブ システムには通常、「高電圧」ドメインと「低電圧」ドメインという 2 つの電圧ドメインがあります。マイコンまたはデジタル信号プロセッサは、通常は低電圧ドメインに配置され、3 相 IGBT 電力段から帰還信号 (電圧、電流、温度など) を受信し、パワー スイッチング トランジスタや他のハイサイド電源回路を制御するためのパルス幅変調信号を生成します。このようなシステムは、高電圧回路を低電圧回路から絶縁するために、回復力が高く信頼性の高いガルバニック絶縁を必要とします。絶縁アーキテクチャにより、モーター ドライブ システムの信頼性の高い動作が可能になり、高電圧回路と低電圧回路の間のグランド ・ループを切断することで高価な回路の損傷を防止し、高電圧から人間のオペレータを保護することができます。

図 1 AC 入力電動モーター ドライブのブロック図