CN111758216A - 电动机驱动装置及电动机驱动系统 - Google Patents

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Abstract

接收从交流电源(3)供给的交流电力而对电动机(6)进行驱动的电动机驱动装置(50)具有：转换器电路(12)，其将交流电力转换为直流电力；逆变器电路(24)，其将从转换器电路(12)供给的直流电力转换为交流电力而对电动机进行驱动；以及电流检测器(16)，其检测在转换器电路(12)的交流侧流过的输入电流。电动机驱动装置(50)在转换器装置(1)中具有控制部(10)，该控制部(10)基于电流检测器(16)的检测值将输入电流或者向转换器电路(12)供给的输入功率抑制在上限值，在逆变器装置(2)中具有控制部(20)，该控制部(20)检测将转换器电路(12)与逆变器电路(24)连接的直流母线(7)的电压即母线电压，如果母线电压的检测值达到所设定的下限值，则对逆变器电路(24)的输出功率进行限制。

Description

电动机驱动装置及电动机驱动系统
技术领域
本发明涉及接收从交流电源供给的交流电力而对作为负载的电动机进行驱动的电动机驱动装置以及电动机驱动系统。
背景技术
在电动机驱动装置中，在对电动机进行驱动的逆变器装置的前级配置的转换器装置以及周边设备是考虑包含电动机驱动装置的电动机驱动系统的最大负荷而对它们的容量进行选定的。
但是，在实际的运转环境中，电动机驱动系统的负荷成为最大负荷的仅是某个特定的短暂的运转期间。因此，在电动机驱动系统中，考虑最大负荷对周边设备进行选定成为系统规模大型化、系统构建成本上升的主要原因。
针对上述课题，在下述专利文献1中公开了下面的技术。
(1)在从交流电源向转换器装置供给的输入电流或者输入功率落在规定的范围外的情况下，通过通信单元将该主旨的信息传达给后级的逆变器装置。
(2)接收到输入电流或者输入功率落在规定的范围外这一主旨的信息的逆变器装置，对驱动电动机时的扭矩或者转速进行限制，减小从逆变器装置向电动机供给的交流电力。由此，防止在转换器装置的交流侧流过超过容许值的过大的输入电流。
专利文献1：日本特开2013-153607号公报
发明内容
如上所述，在专利文献1的技术中，需要转换器装置和逆变器装置双方具有通信单元。因此，在采用了专利文献1的技术的情况下，需要专用的通信单元，并且需要用于铺设构成通信单元的通信电路以及通信线的工时。因此，产生系统构建的时间变长，系统构建的成本上升的课题。
另外，在具有专用的通信单元的结构的情况下，还担心会由于通信时的噪声的影响以及经由通信线绕入的噪声电流而引起设备的误动作。
并且，在具有通信单元的系统的情况下，有时转换器装置的检测信息被发送至逆变器装置时的延迟时间成为问题。例如，在转换器装置与逆变器装置之间的通信中，在为了进行精密控制而发送模拟值的情况下，为了应对噪声，经常追加冗余位。在这样的系统的情况下，发送的信息量变多，延迟时间的影响显著地出现。因此，针对电动机的扭矩限制或者转速限制的控制延迟，在转换器装置的输入侧即交流侧产生大于或等于所设想的输入电流或者输入功率，有可能使设备损坏。
本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于，得到一种无需在转换器装置和逆变器装置设置通信单元就能够抑制在转换器装置的交流侧产生大于或等于所设想的输入电流或者输入功率的电动机驱动装置以及电动机驱动系统。
为了解决上述课题而达成目的，本发明是接收从交流电源供给的交流电力而对电动机进行驱动的电动机驱动装置。电动机驱动装置具有：转换器电路，其将交流电力转换为直流电力；以及逆变器电路，其将从转换器电路供给的直流电力转换为交流电力而向电动机供给，由此对电动机进行驱动。另外，电动机驱动装置具有转换器控制部，该转换器控制部以使得在转换器电路的交流侧流过的输入电流或者向转换器电路供给的输入功率不超过上限值的方式进行控制。另外，电动机驱动装置具有逆变器控制部，该逆变器控制部对将转换器电路与逆变器电路连接的直流母线的电压即母线电压进行检测，如果母线电压的检测值达到所设定的下限值，则对逆变器电路的输出功率进行限制。
发明的效果
根据本发明，具有如下效果，即，无需在转换器装置和逆变器装置设置通信单元，就能够抑制在转换器装置的交流侧产生大于或等于所设想的输入电流或者输入功率。
附图说明
图1是包含实施方式1所涉及的电动机驱动装置的电动机驱动系统的结构图。
图2是用于说明实施方式1所涉及的电动机驱动装置的动作的图。
图3是表示实施方式1的转换器装置的动作流程的流程图。
图4是表示实施方式1的逆变器装置的动作流程的流程图。
图5是表示通过软件实现实施方式1中的转换器控制部以及逆变器控制部的各运算部的功能的硬件结构的一个例子的框图。
图6是表示通过软件实现实施方式1中的转换器控制部以及逆变器控制部的各运算部的功能的硬件结构的其他例子的框图。
图7是实施方式1的变形例所涉及的电动机驱动系统的结构图。
图8是用于说明实施方式2所涉及的电动机驱动装置的动作的图。
图9是包含实施方式3所涉及的电动机驱动装置的电动机驱动系统的结构图。
图10是用于说明实施方式3所涉及的电动机驱动装置的动作的图。
图11是用于说明实施方式4所涉及的电动机驱动装置的动作的图。
图12是表示实施方式5所涉及的电动机驱动系统的结构图。
图13是表示实施方式5的逆变器装置的动作流程的流程图。
图14是表示实施方式5的逆变器装置的动作流程的流程图。
图15是表示实施方式5的上位控制装置的动作流程的流程图。
图16是表示实施方式6所涉及的电动机驱动系统的结构图。
图17是表示实施方式6的逆变器装置的动作流程的流程图。
图18是表示实施方式6的逆变器装置的动作流程的流程图。
图19是表示实施方式6的上位控制装置的动作流程的流程图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式所涉及的电动机驱动装置详细地进行说明。此外，本发明不受下面的实施方式限定。另外，在下面的说明中，电动机例示了三相电动机，但也可以使用除了三相电动机以外的电动机。另外，电源例示了三相交流，但也可以使用除了三相以外的交流电源。另外，附图所记载的半导体元件是一个例子，也可以使用其他记号的半导体开关元件。另外，在下面的说明中，不对物理连接和电连接进行区分，单纯称为“连接”。
实施方式1.
图1是包含实施方式1的电动机驱动装置50的电动机驱动系统100的结构图。如图1所示，实施方式1所涉及的电动机驱动系统100具有配线用断路器4、电抗器5、电动机驱动装置50以及电动机6。另外，电动机驱动装置50具有被从交流电源3供给交流电力的转换器装置1和被从转换器装置1供给直流电力的逆变器装置2。在图1中，作为转换器装置1的一个例子，示出能够对交流侧的电流进行控制的三相脉宽调制(Pulse Width Modulation：下面记为“PWM”)转换器。
此外，在本实施方式中，作为转换器装置1的一个例子，说明使用了PWM转换器的情况，但是，只要是能够对交流侧的电流进行控制的转换器即可，不需要限定于PWM转换器。
在图1中，交流电源3是向转换器装置1供给交流电力的电力供给源。在交流电源3与转换器装置1之间配置有配线用断路器4以及电抗器5。电抗器5是包含临时蓄积电能的电路要素的装置。配线用断路器4是配置于将交流电源3与转换器装置1连接的电气配线，能够切断在交流电源3与转换器装置1之间流过的电流的装置。配线用断路器4的一个例子是MCCB(Molded Case Circuit Breaker)。电动机6是电动机驱动装置50的驱动对象。在未图示的负载是工作机械的情况下，电动机6是伺服电动机以及主轴电动机。
此外，在本实施方式中，作为周边设备示出了配线用断路器4和电抗器5，但也可以不具有配线用断路器4，也可以具有除这些以外的周边设备。
转换器装置1具有控制部10、转换器电路12以及平滑电容器14。在转换器电路12与电抗器5之间配置有电流检测器16。
在图1中，电流检测器16仅设置于一相，但也可以设置于全部三相。通过检测三相的电流，在电流检测值产生了不平衡的情况下能够使用平均值，因此得到在电压不平衡时健壮性高的优点。
转换器电路12使用多个将晶体管元件与二极管反向并联连接的开关元件12a而构成。此外，转换器电路12中的开关元件12a的配置以及连接是公知的，这里省略说明。
逆变器装置2具有控制部20、平滑电容器22以及逆变器电路24。
逆变器电路24是使用多个将晶体管元件与二极管反向并联连接的开关元件24a而构成的。此外，逆变器电路24中的开关元件24a的配置以及连接是公知的，这里省略说明。
转换器电路12与逆变器电路24使用直流母线7连接。直流母线7是将转换器电路12与逆变器电路24连接的电气配线。直流母线7具有高电位侧导体7P和低电位侧导体7N。在转换器电路12中，与直流母线7连接的一侧是直流侧，与交流电源3连接的一侧是交流侧。另外，在逆变器电路24中，与直流母线7连接的一侧是直流侧，与电动机6连接的一侧是交流侧。
转换器电路12经由配线用断路器4以及电抗器5接收从交流电源3供给的交流电力。转换器电路12将接收到的交流电力转换为直流电力而供给至逆变器电路24。逆变器电路24将从转换器电路12供给的直流电力转换为任意大小以及任意频率的交流电力而供给至电动机6，由此对电动机6进行驱动。
平滑电容器14在转换器电路12的后级并联连接于转换器电路12的两端。平滑电容器14的一端与直流母线7的高电位侧导体7P连接，平滑电容器14的另一端与直流母线7的低电位侧导体7N连接。通过转换器电路12转换后的直流电力被蓄电于平滑电容器14。
平滑电容器22在逆变器电路24的前级并联连接于逆变器电路24的两端。平滑电容器22的一端与直流母线7的高电位侧导体7P连接，平滑电容器22的另一端与直流母线7的低电位侧导体7N连接。
如上所述，平滑电容器14以及平滑电容器22都连接于直流母线7的高电位侧导体7P与直流母线7的低电位侧导体7N之间。因此，平滑电容器14的一端与平滑电容器22的一端是相同电位，平滑电容器14的另一端与平滑电容器22的另一端是相同电位。即，平滑电容器14与平滑电容器22相互并联连接。另外，通过转换器电路12转换后的直流电力也被蓄电于平滑电容器22。此外，在本实施方式中，说明了具有平滑电容器14、22的结构，但只要具有至少任意一方即可。
接下来，对控制部10的功能进行说明。控制部10具有输入电流判定部10a、转换器控制运算部10b以及驱动部10c。电流检测器16检测在电抗器5与转换器电路12之间流过的电流即输入电流I。电流检测器16的检测值Ia被输入至输入电流判定部10a以及转换器控制运算部10b。
输入电流判定部10a对电流检测器16的检测值Ia是否未超过电流上限值进行判定。输入电流判定部10a将作为该判定结果的信号向转换器控制运算部10b发送。
转换器控制运算部10b生成用于对转换器电路12进行PWM控制的PWM信号。转换器控制运算部10b在生成PWM信号时，以使输入电流I不超过电流上限值的方式调整PWM信号的脉宽。即，转换器控制运算部10b除了在以往的转换器控制中使用的信号以外，还使用从输入电流判定部10a发送来的信号，以使输入电流I不超过上限值的方式进行控制。
如上所述，输入电流I通过输入电流判定部10a以及转换器控制运算部10b的功能以不超过电流上限值的方式受到控制。电流上限值设定于控制部10的内部。电流上限值也可以从外部动态地输入。
另外，也可以使用功率上限值取代电流上限值。功率上限值可以是在内部保存的值，或者也可以是从外部输入的值。此外，使电动机驱动系统100动作时的交流电源3的输出电压通常是预先决定好的。因此，供给至转换器装置1的输入功率能够基于电流检测器16的检测值Ia进行计算。另外，为了进行高精度的控制，也可以设置对交流电源3的输出电压或者转换器装置1的输入电压进行检测的电压检测部。在该结构的情况下，向转换器装置1的输入功率是基于电压检测部的检测值和电流检测器16的检测值Ia而动态地求出的。
驱动部10c使用由转换器控制运算部10b生成的PWM信号，生成用于对转换器电路12的开关元件12a进行驱动的驱动信号。转换器电路12的开关元件12a由PWM信号进行PWM控制，由此调整输入电流I的大小。
接下来，对控制部20的功能进行说明。控制部20具有母线电压判定部20a、逆变器控制运算部20b以及驱动部20c。
母线电压判定部20a将直流母线7的电压即母线电压V与规定值进行比较。母线电压V是转换器装置1的输出电压，是逆变器装置2的输入电压。另外，在图1的电路结构的情况下，母线电压V与平滑电容器14以及平滑电容器22各自的电压相等。母线电压判定部20a的判定结果被输入至逆变器控制运算部20b。
逆变器控制运算部20b生成用于对逆变器电路24进行PWM控制的PWM信号。逆变器控制运算部20b在生成PWM信号时，以使电动机6的输出扭矩与扭矩指令一致的方式调整PWM信号的脉宽。或者，逆变器控制运算部20b在生成PWM信号时，以使电动机6的转速与转速指令一致的方式调整PWM信号的脉宽。
除了上述功能之外，在实施方式1的逆变器控制运算部20b中附加了基于母线电压V的判定结果对向电动机6的输出功率进行控制的功能。具体而言，在母线电压判定部20a的内部设定母线电压V的下限值。下限值也可以从外部动态地输入。母线电压判定部20a基于母线电压V和预先确定的下限值，对母线电压V的降低进行检测。在通过母线电压判定部20a判定为母线电压已达到预先确定的下限值的情况下，逆变器控制运算部20b限制向电动机6的输出功率。此时，逆变器控制运算部20b作为对逆变器电路24的输出功率进行限制的限制部进行动作。输出功率的限制能够通过将扭矩指令或者转速指令向下降方向控制而进行。逆变器控制运算部20b在生成PWM信号时，以母线电压V不低于下限值的方式调整PWM信号的脉宽。
驱动部20c使用由逆变器控制运算部20b生成的PWM信号，生成用于对逆变器电路24的开关元件24a进行驱动的驱动信号。通过对逆变器电路24的开关元件24a进行PWM控制，从而调整输出功率的大小。此外，逆变器电路24的输出电力被作为逆变器装置2的输出电力向电动机6输出。
此外，在以无标号的方式表示转换器装置1的控制部10和逆变器装置2的控制部20的情况下，将控制部10称为“转换器控制部”，将控制部20称为“逆变器控制部”。
接下来，参照图1及图2的图，说明实施方式1所涉及的电动机驱动装置50的动作。图2是用于说明实施方式1所涉及的电动机驱动装置50的动作的图。
在图2的上部示出了输入电流I的时间变化波形。在图2的中部示出了母线电压V的时间变化波形。在图2的下部示出了逆变器装置2的输出功率的时间变化波形。
如上所述，在实施方式1所涉及的转换器装置1中，以输入电流I不超过电流上限值的方式进行控制。在图2中，时刻t1是开始该控制的时刻。在时刻t1，如果通过波形进行观察，则输入电流I如图所示，峰侧的振幅被抑制为A1，谷侧的振幅被抑制为A2。如果波形是正负对称的，则是A2＝-A1。
如果对输入电流I施加限制，则如图所示，母线电压V从时刻t1的值K1起降低。母线电压V降低，另一方面，逆变器装置2的输出功率上升。母线电压V降低是因为尽管对输入电流I施加了限制，但逆变器装置2的输出功率仍在增加。逆变器装置2的输出功率与由电动机6消耗的功率等价。即，由于电动机6的消耗电力超过来自转换器装置1的供给电力，因此母线电压V逐渐降低。
在母线电压V的值达到K2的时刻t2，对逆变器装置2的输出功率施加限制。如上所述，逆变器装置2的输出功率的限制能够通过将扭矩指令或者转速指令向下降方向控制而进行。在图2的例子中，示出了在时刻t2逆变器装置2的输出功率达到P1，由于输出功率的限制，逆变器装置2的输出功率降低至P2的情况。通过该控制，母线电压V的降低停止。因此，能够维持系统所需要的最低限度的母线电压，因此系统不会因母线电压V的降低而停止，系统的动作继续。
此外，在图2中，示出了以母线电压V达到下限值K2时为触发，步进式地对扭矩指令或者转速指令进行切换的例子，但不限定于该例子。也可以在逆变器控制运算部20b中构成PID(Proportional Integral Differential)控制系统，根据母线电压V的检测值Vd与下限值K2的差值，连续地对扭矩指令或者转速指令进行变更。此外，如果步进式地实施，则能够比较简单地构成系统。另外，如果连续地实施，则能够使扭矩变化或者转速变化平滑。
图3是表示实施方式1的转换器装置1的动作流程的流程图。图4是表示实施方式1的逆变器装置2的动作流程的流程图。
首先，在图3中，输入电流判定部10a接收电流检测器16检测出的输入电流I的检测值Ia(步骤S101)，将检测值Ia与阈值Is进行比较(步骤S102)。该阈值Is对应于图2所示的A1或A2的值、即输入电流I的电流上限值。
在检测值Ia大于或等于阈值Is的情况下(步骤S103，Yes)，输入电流判定部10a对转换器控制运算部10b发送输入电流限制信号，转换器控制运算部10b使用输入电流限制信号对输入电流进行限制(步骤S104)。此时，输入电流判定部10a基于输入电流限制信号，以对输入电流进行限制的方式生成PWM信号。在步骤S104的处理结束后，返回至步骤S101，重复上述的处理。
另一方面，在检测值Ia小于阈值Is的情况下(步骤S103，No)，转换器控制运算部10b跳过步骤S104的处理，生成PWM信号，返回至步骤S101。之后，重复上述的处理。
此外，在上述步骤S103的判定处理中，将检测值Ia与阈值Is相等的情况判定为“Yes”而转移至步骤S104，但也可以判定为“No”而返回至步骤S101。即，可以将检测值Ia与阈值Is相等的情况判定为“Yes”或者“No”的任意者。
另外，在图4中，母线电压判定部20a接收母线电压V的检测值Vd(步骤S201)。此外，母线电压判定部20a也可以对母线电压进行检测。母线电压判定部20a将检测值Vd与阈值Vs进行比较(步骤S202)。该阈值Vs与图2所示的母线电压V的下限值K2对应。
母线电压判定部20a将检测值Vd是否小于阈值Vs的判定结果作为输出信号发送至逆变器控制运算部20b。在检测值Vd小于阈值Vs的情况下(步骤S203，Yes)，向逆变器控制运算部20b输出对扭矩指令或者转速进行限制的输出功率限制信号。逆变器控制运算部20b接收母线电压判定部20a的判定结果，进行对上述逆变器装置2的输出功率施加限制的处理(步骤S204)。具体而言，以对输出功率进行限制的方式生成PWM信号。在步骤S204的处理结束后，返回至步骤S201，重复上述的处理。
另一方面，在检测值Vd大于或等于阈值Vs的情况下(步骤S203，No)，逆变器控制运算部20b跳过步骤S204的处理，返回至步骤S201。之后，重复上述的处理。
此外，在上述的步骤S203的判定处理中，将检测值Vd与阈值Vs相等的情况判定为“No”而转移至步骤S204，但也可以判定为“Yes”而返回至步骤S201。即，可以将检测值Vd与阈值Vs相等的情况判定为“Yes”或者“No”的任意者。
如上所述，实施方式1中的转换器装置1具有基于输入电流I的检测值Ia以使得输入电流I或者输入功率不超过上限值的方式进行控制的功能。另外，实施方式1中的逆变器装置2具有检测因输入电流I或者输入功率的限制而引起的母线电压V的降低，限制向电动机6的输出功率的功能。因此，在实施方式1所涉及的电动机驱动装置50中，能够一边继续系统的动作，一边将输入电流I或者输入功率抑制为小于或等于设定的限制值，即能够进行输入电流或者输入功率的削峰(peak cut)。
由此，无需在转换器装置1和逆变器装置2设置通信单元，就能够抑制在转换器装置1的交流侧产生大于或等于所设想的输入电流I或者输入功率。其结果，能够避免电动机驱动系统100的负荷成为背景技术所说明的最大负荷，即能够避免以往那样仅在某个特定的短暂运转期间负荷变得过大。由此，逆变器装置2以及在逆变器装置2的前级配置的转换器装置1、配线用断路器4、电抗器5这样的周边设备不需要像以往那样考虑电动机驱动系统100的最大负荷进行选定。另外，由于不需要铺设通信电路以及通信线，因此能够抑制系统规模的大型化、系统构建的成本上升。并且，由于不使用通信单元，因此不用担心因噪声引起的误动作以及通信错误。另外，由于没有因通信引起的延迟，因此得到了控制的高速性。
此外，以往，在进行转换器控制以及逆变器控制的情况下，为了加强保护或者提高控制精度，通常进行使用了输入电流以及母线电压的检测信号的控制。根据本实施方式所涉及的电动机驱动装置，能够通过使用已在使用的检测信号来得到上述效果。
接下来，参照图5及图6的图，对用于通过软件实现实施方式1中的转换器控制运算部10b以及逆变器控制运算部20b的功能的硬件结构进行说明。图5是表示通过软件实现实施方式1中的转换器控制运算部10b以及逆变器控制运算部20b的功能的硬件结构的一个例子的框图。图6是表示通过软件实现实施方式1中的转换器控制运算部10b以及逆变器控制运算部20b的功能的硬件结构的其他例子的框图。
在通过软件实现实施方式1中的转换器控制运算部10b以及逆变器控制运算部20b的功能的情况下，如图5所示，能够设为包含进行运算的处理器200、对由处理器200读取的程序进行保存的存储器202以及进行信号的输入输出的接口204的结构。
处理器200也可以是运算装置、微处理器、微型计算机、CPU(Central ProcessingUnit)、或者DSP(Digital Signal Processor)这样的运算单元。另外，存储器202能够例示出RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、闪存、EPROM(ErasableProgrammable ROM)、EEPROM(注册商标)(Electrically EPROM)这样的非易失性或易失性的半导体存储器，磁盘、软盘、光盘、压缩盘、迷你盘、DVD(Digital Versatile Disc)、BD(Blu-ray(注册商标)Disk)。
在存储器202中，储存有执行转换器控制运算部10b以及逆变器控制运算部20b的功能的程序以及由处理器200参照的表。处理器200经由接口204收发所需的信息，处理器200执行在存储器202中储存的程序，处理器200参照在存储器202中储存的表，由此能够进行通过上述转换器控制运算部10b以及逆变器控制运算部20b实现的运算处理。处理器200的运算结果能够经由接口204输出至其他功能部。
图5所示的处理器200以及存储器202也可以如图6所示置换为处理电路203。处理电路203是单一电路、复合电路、ASIC(Application Specific IntegratedCircuit)、FPGA(Field-ProgrammableGate Array)或者它们的组合。此外，也可以是通过处理电路203实施转换器控制运算部10b以及逆变器控制运算部20b中的一部分处理，通过处理器200以及存储器202实施未通过处理电路203实施的处理。
图7是实施方式1的变形例所涉及的电动机驱动系统的结构图。在实施方式1中，在转换器装置1的交流侧设置了电流检测器16，但也可以如图7所示，在转换器装置1的直流侧设置对直流母线7的电流进行检测的电流检测器18。例如，想到在转换器装置1的直流侧正极端设置电流检测器18，对转换器电路12的输出电流进行检测的情况。由于转换器电路12的输入功率等于输出功率，因此如果对转换器电路12的输出电流进行检测，则能够计算向转换器电路12的输入电流。因此，在将电流检测器18设置于转换器装置1的直流侧的情况下，也能够应用基于向转换器电路12的输入电流I进行控制的实施方式1的方法。
实施方式2.
在实施方式2中，说明在转换器装置1中附加了母线电压的控制功能的情况下的控制例。图8是用于说明实施方式2所涉及的电动机驱动装置的动作的图。此外，实施方式2所涉及的电动机驱动装置的基本结构与实施方式1相同。
在图1的结构中，实施方式2的转换器控制运算部10b具有对母线电压V进行控制的功能。此时，转换器控制运算部10b作为对母线电压V进行控制的电压控制部进行动作。此外，在转换器装置1中，在将母线电压V控制为所决定的值的情况下，需要母线电压V的信息。在该情况下，转换器装置1的控制部10具有用于对母线电压V进行检测的母线电压检测部。
在图8的上部示出了输入电流I的时间变化波形。在图8的中部示出了母线电压V的2个时间变化波形。在2个波形中，粗虚线所示的波形与图2所示的相同，粗实线所示的波形是利用转换器装置1的母线电压控制功能，将母线电压V设定为比通常时的值K1高的值K3时的波形。此外，通常时的值K1通常是指在转换器装置1的控制部10进行电流控制所需要的最小限度的电压指令值。因此，值K3是比转换器装置1的控制部10进行电流控制所需要的最低电压值高的值。此外，通常时的值K1例如也可以设为标称值。
另外，在图8的下部示出了逆变器装置2的输出功率的2个时间变化波形。从时刻t2至时刻t3的期间所示的2个波形中，粗虚线所示的波形与图2所示的相同，粗实线所示的波形是与将母线电压V设定为K3时对应的波形。
在图8中，在时刻t1，如图2中说明的那样，对输入电流I施加限制，母线电压V逐渐降低。在图2的例子中，如图8的粗虚线所示，在逆变器装置2的输出功率达到P1的时刻t2，进行了对输出功率施加限制的控制。与此相对，在将母线电压V设定为K3的情况下，直至母线电压V达到下限值即K2为止的时间变长，能够延后对逆变器装置2的输出功率进行限制的开始时刻。在图8的例子中，示出了在时刻t3逆变器装置2的输出功率达到P3，由于输出功率的限制，逆变器装置2的输出功率降低至P2的情况。
根据实施方式2的控制，转换器装置1使用母线电压V的检测值，能够实现提高母线电压的控制。即，由于能够将用于对母线电压V进行控制的转换器控制运算部10b的电压指令值设定为比K1高的K3，因此能够确保直至母线电压V从K3的状态达到下限值即K2为止的电压幅度。由此，得到能够使逆变器装置2对输出功率进行限制的开始时刻延迟的效果。此外，通常，平滑电容器所蓄积的能量与电压的平方成正比。因此，提高母线电压的效果不是简单的正比，而是得到平方的效果。
实施方式3.
实施方式1、2是电动机驱动装置50对1台电动机6进行驱动的实施方式。在实施方式3中，说明电动机驱动装置50对多台电动机6进行驱动的实施方式。
图9是包含实施方式3所涉及的电动机驱动装置50A的电动机驱动系统100A的结构图。在图9中，在电动机驱动装置50A中示出了对电动机6A进行驱动的逆变器装置2A和对电动机6B进行驱动的逆变器装置2B。逆变器装置2A、2B是多个逆变器装置的例示。逆变器装置2A、2B相互并联地连接于共通的直流母线7。逆变器装置2A、2B各自的结构相同。电动机6A、6B是多个电动机的例示。此外，对于与图1的结构相同或者等同的结构部标注相同的标号以及相同的名称，省略重复的说明。
接下来，参照图9及图10的图，说明实施方式3所涉及的电动机驱动装置50A的动作。图10是用于说明实施方式3所涉及的电动机驱动装置50A的动作的图。
在图10的上部示出了输入电流I的时间变化波形。图10的上部所示的波形与图2的上部所示的波形等同。在图2的中上部示出了母线电压V的时间变化波形。图10的中上部所示的波形与图2的中部所示的波形等同。在图10的中下部示出了逆变器装置2A的输出功率的时间变化波形。在图10的下部示出了逆变器装置2B的输出功率的时间变化波形。
在图10中，示出了直至时刻t11为止仅逆变器装置2A动作，从时刻t11起逆变器装置2A与逆变器装置2B双方动作的状况。在时刻t11及其后，在逆变器装置2A的输出功率P11上加上逆变器装置2B的输出功率P21。因此，在时刻t11及其后，逆变器装置整体的输出功率变大，输入电流I逐渐变大。然后，在时刻t12时对输入电流I施加限制，母线电压V从时刻t12的值K1逐渐降低。逆变器装置2A、2B双方继续动作，从而母线电压V如图所示继续降低。然后，在母线电压V的值达到K2的时刻t13，对逆变器装置2A的输出功率施加限制。如上所述，逆变器装置2A的输出功率的限制通过将扭矩指令或者转速指令向下降方向控制而进行。在图10的例子中，示出了在时刻t13逆变器装置2A的输出功率从P11下降至P12的情况。通过该控制，母线电压V的降低停止。因此，系统不会因母线电压V的降低而停止，系统的动作继续。
此外，在图10的例子中，例示了对逆变器装置2A的输出功率施加限制的情况，但并不限定于该例子。既可以对逆变器装置2B的输出功率施加限制，也可以对逆变器装置2A、2B双方的输出功率施加限制。
另外，也可以仅对特定的逆变器装置赋予输出功率的限制功能。作为一个例子，举出如下例子，即，仅向对生产工序中的生产节拍时间影响小的逆变器装置赋予输出功率的限制功能，在赋予了该限制功能的逆变器装置中实施输出功率的限制。根据该例子，能够维持生产率并且实现输入电流以及输入功率的削峰。
为了对多个逆变器装置中的一个赋予输出功率的限制功能，可以预先存储于相应的逆变器装置的存储器202，也可以由用户从外部输入至相应的逆变器装置的逆变器控制运算部20b。
另外，作为另一例，举出在母线电压V的检测值Vd降低至预先设定的设定值的情况下，将一部分逆变器装置控制为再生状态的例子。此外，作为设定值，既可以是下限值K2，也可以选择比下限值K2大的值。根据该例子，与不将一部分逆变器装置控制为再生状态的情况相比，得到了延后对输出功率进行限制的开始时刻的效果，并且还得到了能够缩短电动机驱动装置50A成为限制动作的时间的效果。
实施方式4.
实施方式1至3是动力运行时的实施方式，但在实施方式4中对再生时的实施方式进行说明。在本实施方式中，以再生能量的削峰为目的，因此能量的流动方向与动力运行时相反，但其他与实施方式1至3相同。
在实施方式4中，转换器装置1的交流侧的输入电流与输入电压的功率因数的符号为负。即，在实施方式4中，成为如下相位关系，即，能量变为再生。
图11是用于说明实施方式4所涉及的电动机驱动装置的动作的图。在实施方式4中，如果对输入电流I的振幅进行限制，则母线电压V上升。这是由于没有限制来自电动机6的再生能量，而是限制在转换器装置1的交流侧再生的输入电流I或者输入功率。因此，在实施方式4中，设置母线电压V的上限值K4，如果母线电压V达到该上限值K4，则限制从电动机6经由逆变器装置2向转换器装置1再生的能量，使母线电压V停止上升。
如果逆变器控制运算部20b接收到由母线电压判定部20a判定为母线电压V已达到上限值K4的结果，则逆变器控制运算部20b为了限制来自电动机6的再生能量，调整来自逆变器电路24的再生输出功率。
根据实施方式4，除了实施方式1至3那样进行动力运行控制的情况以外，在进行再生控制的情况下，也能够抑制再生时的转换器装置1的交流侧的输入电流I或者输入功率的峰值。由此，得到了抑制周边设备的容量的效果。即，即使周边设备的容量小，也能够在动力运行控制的基础上实施再生控制。
实施方式5.
实施方式1～3是在由母线电压判定部20a判定为母线电压V已达到下限值K2即转换器装置1为过负荷状态的情况下，逆变器装置2A及2B逆变器控制运算部20b限制向电动机6～6B的输出电压的实施方式。在本实施方式5中，逆变器装置2A及2B经由通信路径38a及38b向上位控制装置500通知母线电压判定部20a的判定结果，由此，上位控制装置500对转换器装置1的过负荷状态进行识别，在是过负荷状态的情况下，经由对应的通信路径38a及38b，对逆变器装置2A及2B的至少任意一方生成、输出对对应的电动机6A及6B的输出进行了限制的电动机动作指令。而且，逆变器装置2A及2B中的至少任意一方基于电动机动作指令，以使对应的电动机6A及6B的输出降低的方式对输出功率进行控制。下面，对实施方式5进行详细叙述。
图12是表示实施方式5所涉及的电动机驱动系统100B的结构图。此外，在图12中，对与图9所示的实施方式3所涉及的结构要素相同或者等同的结构要素标注相同的标号，在下面的说明中，省略与实施方式3重复的说明。
电动机驱动系统100B具有与图9所示的实施方式3的电动机驱动系统100A相仿的结构。但是，电动机驱动系统100B具有电动机驱动装置50B和例如NC控制装置等上位控制装置500，构成该电动机驱动装置50B的逆变器装置2A及逆变器装置2B经由通信路径38a及38b分别与上位控制装置500连接。上位控制装置500经由通信路径38a及38b，对逆变器装置2A及2B发送电动机动作指令，逆变器装置2A及2B经由通信路径38a及38b，对上位控制装置500发送逆变器装置2A及2B自身的状态(例如，流过电动机的电流、电动机转速、母线电压等)。这样，逆变器装置2A及2B与上位控制装置500能够经由通信路径38a及38b相互收发信号。
此外，在实施方式5中，作为电动机6A，例如采用在工作机械的主轴中使用较多的主轴电动机，作为电动机6B，例如采用在工作机械的进给轴中使用较多的、与主轴电动机相比加减速所需的时间(下面，加减速时间)短的伺服电动机，但作为电动机6A及6B，也可以采用除了它们以外的电动机。
接下来，一并参照图13～图15说明实施方式5所涉及的电动机驱动系统100B的动作。其中，图13及图14是表示构成实施方式5所涉及的电动机驱动系统100B的逆变器装置2A及2B的动作流程的流程图。另外，图15是表示构成实施方式5所涉及的电动机驱动系统100B的上位控制装置500的动作流程的流程图。
如图13所示，逆变器装置2A及2B通过母线电压判定部20a接收母线电压的检测值Vd(步骤S301)。此外，也可以通过母线电压判定部20a对母线电压进行检测。母线电压判定部20a将检测值Vd与阈值Vs进行比较，对转换器装置1是否是过负荷状态(即，转换器装置1是否处于电流限制中)进行判定(步骤S302)。该阈值Vs与图2所示的母线电压V的下限值K2对应。如果检测值Vd小于阈值Vs，则母线电压判定部20a判定为转换器装置1是过负荷状态，正在以对输入电流I进行限制的方式进行动作，即，处于电流限制中。另一方面，如果检测值Vd大于或等于阈值Vs，则母线电压判定部20a判定为转换器装置1不是过负荷状态，没有进行对输入电流I进行限制这样的动作，即，并非处于电流限制中。然后，逆变器装置2A及2B经由对应的通信路径38a及38b将步骤S302中的判定结果通知给上位控制装置500(步骤S303)。如果步骤S303的处理结束，则逆变器装置2A及2B返回至步骤S301的处理，重复步骤S301～步骤S303的处理。步骤S301～步骤S303的处理是通过逆变器装置2A及2B的母线电压判定部20a对转换器装置1是否处于过负荷状态(即，转换器装置1是否处于电流限制中)进行判定，通知给上位控制装置500的处理。
如图15所示，上位控制装置500经由通信路径38a及38b接收逆变器装置2A及2B中的判定结果(步骤S304)。在从逆变器装置2A及2B发送的判定结果中的至少一方是转换器装置1处于电流限制中的判定结果的情况下(步骤S305，Yes)，上位控制装置500决定对电动机6A及6B双方的输出进行限制(步骤S306)，对驱动作为控制对象的电动机的逆变器装置2A及2B，输出使这些电动机6A及6B的输出总和降低的限制了电动机输出的电动机动作指令(步骤S307)。此外，在从逆变器装置2A及2B发送的判定结果为转换器装置1并非处于电流限制中的情况下(步骤S305，No)，上位控制装置500不进行步骤S306的处理，而是转移至步骤S307的处理。即，在从逆变器装置2A及2B发送的判定结果双方均为转换器装置1并非处于电流限制中的情况下，不对电动机6A及6B进行输出限制，输出通常的电动机动作指令(步骤S307)。以上的步骤S304～S307是上位控制装置500的处理，上位控制装置500反复执行步骤S304～S307的处理。
另外，如图14所示，逆变器装置2A及2B接收来自上位控制装置500的电动机动作指令(步骤S308)，以将与接收到的电动机动作指令相应的交流电力输出至电动机6A及6B的方式进行动作(步骤S309)。以上的步骤S308、S309是逆变器装置2A及2B基于从上位控制装置500接收到的电动机动作指令进行的处理，逆变器装置2A及2B反复执行上述步骤S308及S309的处理。
根据实施方式5，在转换器装置1对输入电流I进行限制这样的情况下，上位控制装置500向相应的逆变器装置输出对电动机6A及6B双方的输出进行限制的电动机动作指令，该逆变器装置2A及2B以使作为控制对象的电动机6A及6B的输出总和降低的方式对输出功率进行控制，因此能够消除转换器装置1的电流限制动作，无需使系统停止就能够消除转换器装置1的寿命劣化、破损这样的不良影响。
实施方式6
在实施方式5中，逆变器装置2A及2B分别经由通信路径38a及38b与上位控制装置500连接。实施方式6是逆变器装置2A及2B串联地通过所谓菊花链连接，经由通信路径39a1、39a2、39b1及39b2与上位控制装置500连接的实施方式。下面进行详细叙述。
图16是表示实施方式6所涉及的电动机驱动系统100C的结构图。此外，在图16中，对于与图12所示的实施方式5所涉及的结构要素相同或者等同的结构要素标注相同的标号，在下面的说明中，省略与实施方式5重复的说明。
电动机驱动系统100C具有与图12所示的实施方式5的电动机驱动系统100B相仿的结构。但是，在电动机驱动系统100C中，上位控制装置500与逆变器装置2B的逆变器控制运算部20b通过通信路径39b1及39b2连接，逆变器装置2B的逆变器控制运算部20b与逆变器装置2A的逆变器控制运算部20b通过通信路径39a1及39a2连接，上位控制装置500与逆变器装置2A的逆变器控制运算部20b不直接连接，而是间接连接(通过所谓菊花链连接进行连接)。在这样构成的电动机驱动系统100C中，例如，从上位控制装置500对逆变器装置2A输出的电动机动作指令经由逆变器装置2B的逆变器控制运算部20b被输入至逆变器装置2A的逆变器控制运算部20b。同样地，从逆变器装置2A对上位控制装置500输出的、转换器装置1是否处于电流限制中的判定结果经由逆变器装置2B的逆变器控制运算部20b被输入至上位控制装置500。
接下来，一并参照图17～图19说明实施方式6所涉及的电动机驱动系统100C的动作。其中，图17是表示构成实施方式6所涉及的电动机驱动系统100C的逆变器装置2B的动作流程的流程图，图18是表示构成实施方式6所涉及的电动机驱动系统100C的逆变器装置2B的动作流程的流程图。另外，图19是表示构成实施方式6所涉及的电动机驱动系统100C的上位控制装置500的动作流程的流程图。
如图16及图17所示，逆变器装置2A通过母线电压判定部20a接收母线电压的检测值Vd(步骤S401)。此外，也可以通过母线电压判定部20a对母线电压进行检测。母线电压判定部20a将检测值Vd与阈值Vs进行比较，对转换器装置1是否处于过负荷状态(即，转换器装置1是否处于电流限制中)进行判定(步骤S402)，将检测值Vd是否小于阈值Vs的判定结果作为输出信号发送至逆变器控制运算部20b。该阈值Vs与图2所示的母线电压V的下限值K2对应。在检测值Vd小于阈值Vs的情况下(步骤S403，Yes)，母线电压判定部20a向逆变器控制运算部20b输出对扭矩指令或者转速进行限制的输出功率限制信号。逆变器控制运算部20b接收母线电压判定部20a的判定结果，进行对上述逆变器装置2A的输出功率施加限制的处理(步骤S404)。具体而言，逆变器控制运算部20b以对输出功率进行限制的方式生成PWM信号。在步骤S404的处理结束后，母线电压判定部20a执行步骤S405的处理。另一方面，在检测值Vd大于或等于阈值Vs的情况下(步骤S403，No)，母线电压判定部20a不进行步骤S404的处理，而是执行步骤S405的处理。然后，母线电压判定部20a在步骤S405中经由通信路径39a1向逆变器装置2B通知逆变器装置2A是否正在对输出功率施加限制。以上的步骤S401～S405的处理是逆变器装置2A的处理，逆变器装置2A反复执行步骤S401～S405的处理。
如图16及图18所示，逆变器装置2B经由通信路径39a1接收逆变器装置2A是否正在进行输出功率的限制的判定结果(步骤S406)。另外，逆变器装置2B经由通信路径39b1，向上位控制装置500通知逆变器装置2A是否正在进行输出功率的限制的判定结果(步骤S407)。以上的步骤S406、S407的处理是逆变器装置2B的处理，逆变器装置2B反复执行步骤S406、S407的处理。
如图16及图19所示，上位控制装置500经由通信路径39b1接收逆变器装置2A是否正在进行输出功率的限制的判定结果(步骤S408)。在是逆变器装置2A正在进行输出功率的限制的判定结果的情况下(步骤S409，Yes)，上位控制装置500决定对电动机6A及6B双方的输出进行限制(步骤S410)，经由通信路径39b2对驱动作为控制对象的电动机的逆变器装置2A及2B输出使上述电动机6A及6B的输出总和降低的、限制了电动机输出的电动机动作指令(步骤S411)。另一方面，在是逆变器装置2A没有进行输出功率的限制的判定结果的情况下(步骤S409，No)，上位控制装置500不进行步骤S410的处理，而是转移至步骤S411的处理。即，上位控制装置500在是逆变器装置2A没有进行输出功率的限制的判定结果的情况下，判断为转换器装置1没有对输入电流I进行限制，不进行针对电动机6A及6B的输出限制，而是经由通信路径39b1对逆变器装置2A及2B输出通常的电动机动作指令(步骤S411)。以上的步骤S408～S411的处理是上位控制装置500的处理，反复执行步骤S408～S411的处理。
根据实施方式6，逆变器装置2A及2B串联地通过所谓菊花链连接经由通信路径39a1、39a2、39b1及39b2与上位控制装置500连接。由此，能够起到与实施方式5的作用效果相当的作用效果，并且能够简化配线，因此能够削减配线数、削减管理所耗费的工时。
此外，在实施方式5及实施方式6中，逆变器装置2A及2B双方经由通信路径38a及38b向上位控制装置500通知了母线电压判定部20a的判定结果，但不限于该结构。也可以仅由逆变器装置2A及2B的某一方将母线电压判定部20a的判定结果经由对应的通信路径38a及38b通知给上位控制装置500。
另外，在实施方式5或者实施方式6中，在是转换器装置1处于电流限制中的判定结果的情况下，上位控制装置500决定对电动机6A及6B双方的输出进行限制，对驱动作为控制对象的电动机的逆变器装置2A及2B输出限制了电动机输出总和的电动机动作指令，但不限于此。在工作机械这样的使用多个电动机的产业机械中，优选一边维持循环时间不变长，一边输出电动机动作指令，消除转换器装置1的电流限制动作。因此，在是转换器装置1处于电流限制中的判定结果的情况下，上位控制装置500可以输出不对作为主轴电动机的电动机6A的电动机输出进行限制的电动机动作指令，输出对作为伺服电动机的电动机6B的电动机输出进行限制的电动机动作指令。由于不使加减速时间长的主轴电动机即电动机6A的电动机输出变化，限制加减速时间短的伺服电动机即电动机6B的电动机输出，因此能够消除转换器装置1的电流限制动作，而不给循环时间带来影响。并且，因为能够选定容量小的转换器装置，因此能够有助于工作机械的低成本化。
另外，在实施方式5或者实施方式6中，逆变器装置2A及2B将母线电压的检测值Vd是否小于阈值Vs的判定结果经由对应的通信路径通知给了上位控制装置，但不限于该结构。逆变器装置2A及2B也可以将母线电压的检测值Vd经由对应的通信路径通知给上位控制装置，在上位控制装置中，对母线电压的检测值Vd是否小于阈值Vs进行判定。
此外，以上的实施方式所示的结构表示的是本发明的内容的一个例子，也能够与其他公知的技术进行组合，在不脱离本发明的主旨的范围，也能够对结构的一部分进行省略、变更。
标号的说明
1转换器装置，2、2A、2B逆变器装置，3交流电源，4配线用断路器，5电抗器，6、6A、6B电动机，7直流母线，7P高电位侧导体，7N低电位侧导体，10、20控制部，10a输入电流判定部，10b转换器控制运算部，20b逆变器控制运算部，10c、20c驱动部，12转换器电路，12a、24a开关元件，14、22平滑电容器，16、18电流检测器，20a母线电压判定部，24逆变器电路，38a、38b、39a1、39a2、39b1、39b2通信路径，50、50A、50B、50C电动机驱动装置，100、100A、100B、100C电动机驱动系统，200处理器，202存储器，203处理电路，204接口。

Claims (13)

1.一种电动机驱动装置，其接收从交流电源供给的交流电力而对电动机进行驱动，
该电动机驱动装置的特征在于，具有：
转换器电路，其将所述交流电力转换为直流电力；
逆变器电路，其将从所述转换器电路供给的直流电力转换为交流电力而向所述电动机供给，由此驱动所述电动机；
转换器控制部，其以使在所述转换器电路的交流侧流过的输入电流或者向所述转换器电路供给的输入功率不超过上限值的方式进行控制；以及
逆变器控制部，其检测将所述转换器电路与所述逆变器电路连接的直流母线的电压即母线电压，如果所述母线电压的检测值达到所设定的下限值，则限制所述逆变器电路的输出功率。
2.根据权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于，
所述转换器控制部以使所述输入电流不超过所述上限值的方式对所述转换器电路的开关元件进行脉宽调制控制，
所述逆变器控制部以使所述母线电压不低于所述下限值的方式对所述逆变器电路的开关元件进行脉宽调制控制。
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，
所述逆变器控制部使向所述电动机的输出功率限制值连续地变化。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电动机驱动装置，其特征在于，
所述转换器控制部将用于控制所述母线电压的电压指令值设定为比进行电流控制所需要的最低电压值高的值。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电动机驱动装置，其特征在于，
在对所述电动机的能量进行再生控制的情况下，如果所述母线电压达到所设定的上限值，则所述逆变器控制部限制所述逆变器电路的再生输出功率。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电动机驱动装置，其特征在于，
具有多个逆变器装置，该逆变器装置具有所述逆变器电路和所述逆变器控制部，多个所述逆变器装置相互并联连接于所述直流母线。
7.根据权利要求6所述的电动机驱动装置，其特征在于，
在多个所述逆变器装置中的特定的所述逆变器装置中，所述逆变器控制部限制所述逆变器电路的输出功率。
8.根据权利要求6所述的电动机驱动装置，其特征在于，
在所述母线电压降低至预先确定的设定值的情况下，多个所述逆变器装置中的一部分所述逆变器装置被控制为再生状态。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的电动机驱动装置，其特征在于，
多个所述逆变器装置经由通信路径与对电动机动作指令进行生成、输出的上位控制装置连接，基于从该上位控制装置输出的电动机动作指令，驱动多个所述逆变器装置各自所连接的电动机。
10.根据权利要求9所述的电动机驱动装置，其特征在于，
多个所述逆变器装置分别与所述上位控制装置连接。
11.根据权利要求9所述的电动机驱动装置，其特征在于，
多个所述逆变器装置串联连接于所述上位控制装置。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的电动机驱动装置，其特征在于，
多个所述逆变器装置中的至少一个对所述母线电压的检测值是否达到了所设定的下限值进行判定，将该判定结果通知给所述上位控制装置。
13.一种电动机驱动系统，其包含权利要求12所述的电动机驱动装置和对电动机动作指令进行生成、输出的上位控制装置，
该电动机驱动系统的特征在于，
所述上位控制装置在从多个所述逆变器装置中的至少一个通知的所述判定结果表示所述母线电压的检测值达到了所设定的下限值时，输出使电动机的输出总和降低的所述电动机动作指令。
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