CN102386844B - 具有稳定dc连接电压的功能的电动机驱动装置 - Google Patents

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Abstract

一种电动机驱动装置，具有AC/DC变换部和DC/AC变换部，前者对功率开关元件进行PWM开关控制，把从交流电源供给的交流电压变换为直流电压，后者把直流电压变换为频率可变的交流电压，驱动控制电动机。AC/DC变换部包含：控制部，其根据直流电压与直流电压指令值的偏差生成用于对功率开关元件进行PWM开关控制的PWM信号；以及频率/增益变更部，其在DC/AC变换部的负载变动的期间、使控制部生成的PWM信号的频率以及控制部中的控制的增益高于通常水平。

Description

具有稳定DC连接电压的功能的电动机驱动装置
技术领域
本发明涉及一种具有稳定DC连接(link)电压的功能的电动机驱动装置，其在电动机加减速时DC/AC变换部中的负载急剧变化时，通过稳定AC/DC变换部中的控制来实现上述稳定。
背景技术
在驱动机床、产业机械、机器人等的电动机控制装置中，在用于把交流电压变换为直流电压的AC/DC变换动作中，有时使用通过功率开关元件的PWM(Pulse Width Modulation)控制，使用把输入电流的形状变换为近似正弦波的方法(PWM变换器)。
该PWM变换器方式，有“随PWM开关频率的上升能够大幅降低输入电流中包含的高频成分”、“能够使直流输出电压可变”等优点。
在日本特开平10-257773号公报(JP10-257773A)中记载了在PWM变换器装置的直流输出电压达到上限电压值时，修正电流指令值的积分项的值使电流指令值成为零，以稳定直流输出电压的技术。
另外，在日本特开平8-149855号公报(JP8-149855A)中记载了向DC/AC变换部传递电动机的速度指令值之前，先行向AC/DC变换部传递电动机的速度指令值，由此抑制由于急剧的负载变动引起的DC连接电压的变动的技术。
但是，在PWM变换器方式中，如在日本特开平10-257773号公报(JP10-257773A)中记载的那样，存在在电动机加减速时由于DC/AC变换部的负载急剧变动引起输出直流电压(DC连接电压)变动而变得不稳定这样的缺点。
对于该问题，考虑通过提高电压控制增益或者电流控制增益等环路增益，提高PWM控制的响应特性，实现提高DC连接电压的稳定性。在该情况下，因为仅提高增益控制环会振动，所以同时也提高PWM开关频率。但是，因为当PWM开关频率提高时与其成比例功率开关元件发热，始终提高PWM开关频率是困难的。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有能够抑制功率开关元件的发热并稳定DC连接电压的功能的电动机驱动装置。
根据本发明，提供一种电动机驱动装置，其具有AC/DC变换部和DC/AC变换部，前者对功率开关元件进行PWM开关控制，把从交流电源供给的交流电压变换为直流电压，后者把所述直流电压变换为频率可变的交流电压，驱动控制电动机，所述AC/DC变换部包含根据所述直流电压与直流电压指令值的偏差生成对所述功率开关元件进行PWM开关控制的PWM信号的控制部；以及在所述DC/AC变换部的负载变动期间使所述控制部生成的PWM信号的频率以及所述控制部中的控制的增益高于通常的水平的频率/增益变更部。
所述频率/增益变更部，例如在所述DC/AC变换部驱动控制的电动机的开始加速或者减速之前，使所述频率以及增益高于通常的水平，在加速或者减速结束的同时使所述频率以及增益恢复到通常的水平。
通过仅在由于DC/AC变换部的负载变动导致DC连接电压有可能不稳定的期间提高频率以及增益而提高响应特性，来改善负载变动时的响应特性，同时把发热抑制到最小限度。
附图说明
通过关联附图对下面的实施方式的说明能够更加明了本发明的特征以及优点，在附图中，
图1是表示本发明的第一实施方式的电动机驱动装置的结构的框图。
图2是在AC/DC变换部中进行的控制的框图。
图3是表示本发明的第二实施方式的电动机驱动装置的结构的框图。
图4是表示本发明的第三实施方式的电动机驱动装置的结构的框图。
具体实施方式
下面参照附图详细说明本发明的实施方式。在附图中，对相同结构要素附以相同的参照符号。
参照附图，图1是表示本发明的第一实施方式的电动机驱动装置的结构的图。AC/DC变换部10通过功率开关元件12的开关控制把从交流电源14(在该情况下是三相交流电源)供给的交流电压变换为直流电压后输出。DC/AC变换部16通过根据来自NC装置17的速度指令对功率开关元件18进行开关控制，把从AC/DC变换部10输出的直流电压变换为与速度指令对应的频率的交流电压，驱动电动机20。
AC/DC变换部10包含控制部22和频率/增益变更部24。控制部22根据从AC/DC变换部10输出的直流电压即DC连接电压、与DC连接电压指令的偏差以及从电源14来的电流的值，生成用于功率开关元件12的PWM控制的PWM信号。频率/增益变更部24，当从DC/AC变换部16接受加减速开始信号时，高于通常的水平地设定控制部22中的控制的环路增益以及从控制部22输出的PWM信号的频率，当接受加减速结束信号时，使增益和频率恢复到通常的水平。
向频率/增益变更部24输入的加减速开始信号以及加减速结束信号例如在DC/AC变换部16中生成。如上所述，DC/AC变换部16输出与来自NC装置17的速度指令对应的频率的交流电压。DC/AC变换部16，在变更速度指令后，首先在向AC/DC变换部10输出加减速开始信号后开始电动机20的加速或者减速的控制。然后，DC/AC变换部16在加速或者减速的控制结束、电动机20的速度稳定后，输出加减速结束信号。
因此，因为DC/AC变换部16在正在进行加速或者减速，DC/AC变换部16的负载变动，导致DC连接电压可能变得不稳定的期间，较高地设定AC/DC变换部10中的控制的环路增益，所以提高了DC连接电压的稳定性。另外为防止由于较高地设定环路增益引起的振动，在该期间中也同时较高地设定PWM信号的频率，但是因为加减速的控制结束后恢复到原来的水平，所以能够把功率开关元件的发热抑制到最小限度。
图2是在AC/DC变换部10中进行的控制的框线图。在节点30计算DC连接电压的值与DC连接电压指令值的偏差，在框32中进行PI运算，计算电源电流的指令值。在节点34计算电源电流的值和电源电流指令值的偏差，在框36中进行PI运算，计算PWM指令值。在框38中，比较PWM指令值和固定频率的三角波，输出比较结果，由此进行PWM调制。框40把电源模型化。框42把DC连接电容器19(图1)模型化。
在此，频率/增益变更部24(图1)在接收加减速开始信号后到接收加减速结束信号之间，比通常的水平高地设定框36中的增益。由此，提高从节点34起经由框36、框38、以及框40返回节点34的电流环路的增益，改善PWM控制的响应特性。另外，为防止由于较高地设定环路增益而产生的振荡，在该期间内同时较高地设定框38中的PWM信号的频率。因为较高地设定PWM信号的频率仅限于该期间内，所以能够把功率开关元件的发热抑制到最小限度。
图3表示本发明的第二实施方式的电动机驱动装置的结构。在本实施方式中，也把DC连接电压的实测值和指令值输入到频率/增益变更部24中。在频率/增益变更部24中，除根据加减速开始/结束信号变更频率和增益以外，或者代替此种操作，计算DC连接电压和DC连接电压指令值的偏差后与第一阈值比较，如果偏差超过第一阈值，则认为负载在变动，较高地设定控制部22中的增益和频率，在偏差变成比第一阈值还小的第二阈值以下时，使增益以及频率恢复到原来的水平。由此，因为仅在负载变动、连接电压变得不稳定的期间内较高地设定回路增益，所以能够使DC连接电压稳定，而且能够把发热抑制到最小限度。
图4表示本发明的第三实施方式。在本实施方式中，在功率开关元件12或者安装有功率开关元件12的发热板上设置温度检测部44，把温度检测部44检测的温度值输入到频率/增益变更部24。频率/增益变更部24，在温度检测部44检测的温度在预定值以上时，即使在负载变动的期间内也把频率以及增益维持在通常的水平，避免在那以上的发热。吹此之外的点与第一以及第二实施方式相同。
至此，关联本发明的优选的实施方式说明了本发明，但是本领域的技术人员理解，在不脱离后述的权利要求的公开范围内可以进行各种修正及变更。

Claims (3)

1.一种电动机驱动装置，其具有AC/DC变换部和DC/AC变换部，前者对功率元件进行PWM开关控制，把从电源供给的交流电压变换为直流电压，后者把所述直流电压变换为频率可变的交流电压，驱动控制电动机，该电动机驱动装置的特征在于，
所述AC/DC变换部包含：
控制部，其根据所述直流电压与直流电压指令值的偏差生成用于对所述功率元件进行PWM开关控制的PWM信号；以及
频率/增益变更部，其在所述DC/AC变换部的负载变动期间，使所述控制部生成的PWM信号的频率以及所述控制部中的控制的增益高于通常的水平，
所述频率/增益变更部在所述DC/AC变换部驱动控制的电动机开始加速或者减速之前，使所述频率以及增益高于通常的水平，在加速或者减速结束的同时使所述频率以及增益恢复到通常的水平。
2.根据权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于，
所述DC/AC变换部在所述电动机的指令速度发生了变更时，向所述频率/增益变更部发送加减速开始信号，在与所述电动机的指令速度的变更对应的所述电动机的加速或者减速的控制结束时，向所述频率/增益变更部发送加减速结束信号，
所述频率/增益变更部响应所述加减速开始信号，使所述频率以及增益高于通常水平，响应所述加减速结束信号，使所述频率以及增益恢复到通常的水平。
3.根据权利要求1或2所述的电动机驱动装置，其特征在于，
所述AC/DC变换部还包含检测所述功率元件的温度的温度检测部，
所述频率/增益变更部在所述温度检测部检测的温度在预定值以上时，即使在所述DC/AC变换部的负载变动的期间，也不高于通常水平地设定所述频率以及增益。
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