CN107302332B - 抑制dc链路电容器的电压变动的电动机驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种抑制DC链路电容器的电压变动的电动机驱动装置，其还能够实现低成本以及小型化。电动机控制部(14)在通过电压检测部(13)检测的直流电压值的每单位时间的增加量小于一定量时，将开始再生的电压的阈值设定为第一阈值(A)，在通过电压检测部(13)检测的直流电压值的每单位时间的增加量为一定量以上时，将开始再生的电压的阈值设定为大于第一阈值(A)的第二阈值(B)。

Description

抑制DC链路电容器的电压变动的电动机驱动装置

技术领域

本发明涉及一种抑制DC链路电容器的电压变动的电动机驱动装置。

背景技术

以前，控制伺服电动机等电动机的电动机驱动装置在变换器和逆变器之间具备DC链路电容器。在这样的电动机驱动装置中，已知抑制DC链路电容器的电压变动的技术(例如，参照专利文献1以及2)。

例如，专利文献1所记载的电动机驱动装置为了抑制DC链路电容器的电压变动，如图7所示在电动机驱动装置100的变换器的输入部分具备接地电容器C100。另外，已知通过如图7所示在DC链路电容器的两端连接DC/DC电源和电阻110等来抑制DC链路电容器的电压变动的技术。

另外，专利文献2所记载的电动机驱动装置在DC链路电容器的电压已上升时，由于在电动机中流过无效电流使得电动机的消耗能量增加，抑制了DC链路电容器的电压变动。

但是，如专利文献1等那样在电动机驱动装置中追加了接地电容器、DC/DC电源、电阻等部件时，制造成本增大，并且电动机驱动装置难以小型化。

另外，如专利文献2那样在增加了电动机的消耗能量时，电动机的热损失变大，所以随着电动机热损失的增加需要设置冷却电动机的装置。因此，即使专利文献2那样的电动机驱动装置，制造成本也会增大，并且电动机驱动装置难以小型化。

专利文献1：日本特开2007﹣325377号公报

专利文献2：日本特开2013﹣093957号公报

发明内容

因此，本发明的目的在提供一种可抑制DC链路电容器的电压变动，并且低成本以及小型化的电动机驱动装置。

本发明的电动机驱动装置(例如，后述的电动机驱动装置1)具备：变换器(例如，后述的变换器11)，其将来自电源的交流电力变换为直流电力；DC链路电容器(例如，后述的DC链路电容器C1)，其与所述变换器相连接；电压检测部(例如，后述的电压检测部13)，其检测所述DC链路电容器的直流电压值；逆变器(例如，后述的逆变器12)，其与所述DC链路电容器相连接，将所述直流电力变换为电动机的驱动电力，并且在通过所述电压检测部检测的所述直流电压值达到了开始所述电动机的再生的阈值时，将所述直流电力变换为三相交流电力；以及电动机控制部(例如，后述的电动机控制部14)，其在所述直流电压值的每单位时间的增加量小于一定量时，将所述阈值设定为第一阈值，在所述直流电压值的每单位时间的增加量为一定量以上时，将所述阈值设定为大于第一阈值的第二阈值。

所述电动机控制部也可以在所述直流电压值的每单位时间的增加量小于所述电动机减速时的直流电压值的每单位时间的增加量时，判断为所述直流电压值的每单位时间的增加量小于一定量，并将所述阈值设定为第一阈值。

所述电动机控制部也可以在将所述阈值设定为所述第一阈值的状态下，在所述直流电压值的每单位时间的增加量超过所述电动机驱动装置的最大允许值时，判断为所述直流电压值的每电位时间的增加量为一定量以上，并将所述阈值设定为所述第二阈值。

所述第一阈值、所述第二阈值以及所述电动机驱动装置的最大允许值可通过外部设备改写。

通过本发明，能够提供一种可抑制DC链路电容器的电压变动，并且低成本以及小型化的电动机驱动装置。

附图说明

图1表示本发明的实施方式的电动机驱动装置的电路结构。

图2表示本发明的实施方式的电动机驱动装置的再生动作时的电流的流动。

图3表示本发明的实施方式的电动机驱动装置的再生动作时的电流的流动。

图4表示DC链路电容器的电压变动。

图5表示本发明的实施方式的电动机驱动装置的DC链路电容器的电压变动。

图6是表示本发明的实施方式的电动机驱动装置的处理流程的流程图。

图7表示现有的电动机驱动装置的电路结构。

符号的说明

1：电动机驱动装置

2：交流电源

3：电动机

11：变换器

12：逆变器

13：电压检测部

14：电动机控制部

15：外部设备

C1：DC链路电容器

C2：浮动电容

具体实施方式

以下，对于本发明的实施方式的一个例子进行说明。

图1表示本发明的实施方式的电动机驱动装置1的电路结构。

电动机驱动装置1与商用三相交流电源2以及电动机3连接，使用来自交流电源2的电力来驱动以及控制电动机3。

此外，交流电源2并不限于三相交流，例如，可以是单相交流。

电动机驱动装置1具备：变换器11、逆变器12、DC链路电容器C1、电压检测部13、电动机控制部14。

变换器11将从交流电源2输入的交流电力变换为直流电力。

变换器11例如由具有功率半导体元件以及与功率半导体元件逆并联连接的二极管的桥电路的二极管整流变换器或PWM变换器构成。变换器11在向电动机3供给电力时，通过二极管将来自三相交流电源的交流电压进行全波整流来变换为直流电压。

逆变器12将直流电力变换为用于驱动电动机3的交流电力。另外，逆变器12将从电动机3再生的交流电力变换为直流电力。

逆变器12例如由具有功率半导体元件以及与该功率半导体元件逆并联连接的二极管的桥电路构成。然后，通过根据来自电动机控制部14的指令对这些功率半导体元件进行接通断开控制(例如，PWM控制)，将直流电压变换为期望的波形以及频率的交流电压。逆变器12将输出的交流电流提供给电动机3。

通过电动机控制部14来控制逆变器12的开关动作。即，电动机控制部14生成用于使电动机3以期望的速度(加速、减速、定速、停止等)、扭矩或转子的位置进行动作的指令。

然后，电动机控制部14根据该指令向逆变器12的功率半导体元件输出接通断开指令，使得逆变器12输出交流电流，该交流电流具有使电动机3进行动作所需要的波形和频率。向电动机3输入逆变器12输出的交流电流，由此电动机3进行旋转动作。

DC链路电容器C1将变换器11的直流侧与逆变器12的直流侧相连接，进行直流电力的转交。DC链路电容器C1使通过变换器11或逆变器12变换后的直流电力平滑化。

电压检测部13检测DC链路电容器C1的直流电压值。电压检测部13向电动机控制部14发送检测出的直流电压值。例如，能够使用已有的电压检测电路作为电压检测部13。

电动机控制部14与变换器11、逆变器12以及电压检测部13连接，进行预定的控制。电动机控制部14例如，由DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)、FPGA(FieldProgrammable Gate Array，现场可编程门阵列)等运算处理器构成。通过执行预定的软件(程序)来实现电动机控制部14的动作。

另外，电动机控制部14例如与具备计算机等的外部设备15连接。

接着，对本发明实施方式的电动机驱动装置1的DC链路电容器C1的电压变动进行说明。

图2以及图3表示本发明实施方式的电动机驱动装置1再生动作时的电流的流动。图4表示DC链路电容器C1的电压变动。

在电动机3停止仅励磁的状态时，如果接通逆变器12的功率半导体元件S1，则如图2所示，从交流电源2针对浮动电容C2在路线X的路径中流动充电电流，在浮动电容C2中积蓄电荷。

接着，如果断开功率半导体元件S1，则如图3所示，在浮动电容C2中积蓄的电荷通过路线Y的路径流入DC链路电容器C1，DC链路电容器C1的电压增加。

通过功率半导体元件S1的接通/断开，DC链路电容器C1的电压增加。然后，如图4所示，在DC链路电容器C1的电压达到开始再生的电压(阈值)时，开始再生。但是，由于DC链路电容器C1的电压增加不是由于在电动机3减速时产生的再生电力导致的电压增加，因此立即消除DC链路电容器C1的电压增加，再生也结束。

如此，通过浮动电容C2的电荷的充放电以及再生的开始/结束的重复，重复DC链路电容器C1的电压增加和电压增加的消除，所以DC链路电容器C1的电压变动变大。

因此，为了抑制DC链路电容器C1的电压变动，本发明的实施方式的电动机驱动装置1进行以下那样的控制。

图5表示本发明的实施方式的电动机驱动装置1的DC链路电容器C1的电压变动。

如图5所示，电动机控制部14在通过电压检测部13检测的直流电压值的每单位时间的增加量小于一定量时，将开始再生的电压的阈值设定为第一阈值A。

另外，电动机控制部14在通过电压检测部13检测的直流电压值的每单位时间的增加量为一定量以上时，将开始再生的电压的阈值设定为大于第一阈值A的第二阈值B。

如此，电动机控制部14即使在DC链路电容器C1的电压的每单位时间的增加量小时(第一阈值A)也可通过进行再生来抑制DC链路电容器C1的电压的大幅上升。由此，电动机驱动装置1能够抑制由于浮动电容C2的电荷的充放电以及再生的开始/结束的重复而产生的DC链路电容器C1的电压变动。

更具体地说，电动机控制部14在直流电压值的每单位时间的增加量小于电动机3减速时的直流电压值的每单位时间的增加量时，判断为直流电压值的每单位时间的增加量小于一定量，将开始再生的电压的阈值设定为第一阈值A。

另外，电动机控制部14也可以根据DC链路电容器C1的电压变化的斜率来求出，由此判断直流电压值的每单位时间的增加量是否小于一定值。

电动机控制部14在将阈值设定为第一阈值A的状态下，在直流电压值的每单位时间的增加量超过电动机驱动装置1的最大允许值时，判断为直流电压值的每单位时间的增加量为一定量以上，将阈值设定为第二阈值B。

第一阈值A、第二阈值B以及电动机驱动装置1的最大允许值优选能够通过与控制部14连接的外部设备15来改写。

图6是表示本发明的实施方式的电动机驱动装置1的处理流程的流程图。

此外，电动机控制部14在将开始再生的电压的阈值设定为第一阈值A或第二阈值B的状态下开始处理。

在步骤S1中，电动机控制部14通过判断直流电压值的每单位时间的增加量是否小于电动机3减速时的直流电压值的每单位时间的增加量，来判断通过电压检测部13检测的直流电压值的每单位时间的增加量是否小于一定量。在直流电压值的每单位时间的增加量不足一定量时(是)，前进到步骤S2。在直流电压值的每单位时间的增加量为一定量以上时(否)，前进到步骤S5。

在步骤S2中，电动机控制部14判断直流电压值的每单位时间的增加量是否小于电动机驱动装置1的最大允许值。在直流电压值的每单位时间的增加量小于电动机驱动装置1的最大允许值时(是)，前进到步骤S3。在直流电压值的每单位时间的增加量超过电动机驱动装置1的最大允许值时(否)，前进到步骤S6。

在步骤S3中，电动机控制部14将开始再生的电压的阈值设定为第一阈值A。

在步骤S4中，电动机控制部14通过第一阈值A开始再生，此后，处理返回到步骤S1。

在步骤S5中，电动机控制部14判断DC链路电容器C1的电压值，即通过电压检测部13检测的直流电压值是否达到了第二阈值B。在直流电压值达到了第二阈值B时(是)，前进到步骤S6。在直流电压值没有达到第二阈值B时(否)，返回到步骤S1。

在步骤S6中，电动机控制部14将开始再生的电压的阈值设定为第二阈值B。

在步骤S7中，电动机控制部14通过第二阈值B开始再生，此后，处理返回到步骤S1。

通过本实施方式，电动机驱动装置1根据由电压检测部13检测的直流电压值的每单位时间的增加量，将开始再生的电压的阈值设定为第一阈值A或第二阈值B。即使在DC链路电容器C1的电压的每单位时间的增加量小时(第一阈值A)也能够通过进行再生来抑制DC链路电容器C1的电压的大幅上升。由此，电动机驱动装置1能够抑制通过浮动电容C2的电荷的充放电以及再生的开始/结束的重复而生成的DC链路电容器C1的电压变动。

另外，电动机驱动装置1通过设定阈值来抑制DC链路电容器C1的电压变动，因此例如，不需要随着电动机热损失的增加而设置冷却电动机的装置等。由此，电动机驱动装置1能够抑制DC链路电容器C1的电压变动，并且降低制造成本以及实现小型化。

另外，电动机驱动装置1在直流电压值的每单位时间的增加量小于电动机3减速时的直流电压值的每单位时间的增加量时，将阈值设定为第一阈值A。如此，电动机驱动装置1通过电动机3减速时的直流电压值的每单位时间的增加量来判断直流电压值的每单位时间的增加量，由此能够根据电动机3的状态来适当地设定阈值。

另外，电动机驱动装置1在直流电压值的每单位时间的增加量超过电动机驱动装置1的最大允许值时，将阈值设定为大于第一阈值A的第二阈值B。由此，电动机控制装置1能够根据DC链路电容器C1的状态来适当地设定阈值，从而进行适当的再生。

另外，在电动机驱动装置1中，第一阈值A、第二阈值B以及电动机驱动装置1的最大允许值能够通过与电动机控制部14连接的外部设备15来改写，因此即使在暂时设定了值后，电动机驱动装置1也能够将第一阈值A、第二阈值B以及最大允许值变更为适当的值。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明并不限于上述的实施方式。另外，本实施方式所记载的效果只是举例说明了根据本发明产生的最佳效果，本发明的效果并不限于本实施方式所记载的效果。

例如，在上述的实施方式中，电动机3只为一个，但是也可以设置多个电动机3。在电动机3存在多个时，电动机控制部14例如可以将全部的电动机3已停止的状态判断为电动机3已停止。电动机控制部14可以根据向电动机3的旋转指令或速度指令来判断为电动机3已停止的状态，或者也可以根据电动机3的电流为0来判断为电动机3已停止的状态。

Claims (2)

1.一种电动机驱动装置，其特征在于，具备：

变换器，其将来自电源的交流电力变换为直流电力；

DC链路电容器，其与所述变换器相连接；

电压检测部，其检测所述DC链路电容器的直流电压值；

逆变器，其与所述DC链路电容器相连接，将所述直流电力变换为电动机的驱动电力；以及

电动机控制部，其与所述变换器、所述逆变器以及所述电压检测部相连接，进行预定的控制，

所述变换器在通过所述电压检测部检测的所述直流电压值达到了开始所述电动机的再生的阈值时，将所述DC链路电容器中的所述直流电力变换为三相交流电力，

所述电动机控制部在所述直流电压值的每单位时间的增加量小于一定量时，将所述阈值设定为第一阈值，在所述直流电压值的每单位时间的增加量为一定量以上时，将所述阈值设定为大于所述第一阈值的第二阈值，

所述电动机控制部在所述直流电压值的每单位时间的增加量小于所述电动机减速时的直流电压值的每单位时间的增加量时，判断为所述直流电压值的每单位时间的增加量小于一定量，将所述阈值设定为第一阈值，

所述电动机控制部在将所述阈值设定为所述第一阈值的状态下，在所述直流电压值的每单位时间的增加量超过所述电动机驱动装置的最大允许值时，判断为所述直流电压值的每电位时间的增加量为一定量以上，并将所述阈值设定为所述第二阈值。

2.根据权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于，

所述第一阈值、所述第二阈值以及所述电动机驱动装置的最大允许值可通过外部设备改写。

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