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Diese
Erfindung betrifft eine Motorantriebs-Regeleinrichtung, mit welcher
es möglich
ist, eine hohe Empfindlichkeit der Drehmomentregelung zu gewährleisten,
und insbesondere eine Motorantriebs-Regeleinrichtung, welche einen Drehmoment-Sollwert
entsprechend der Eingangsspannung und dem Eingangsstrom eines den
Motor antreibenden Stromrichters auf den Bereich der maximalen Leistung
des Motors begrenzt.
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8 zeigt eine gewöhnlich verwendete
Motorantriebs-Regeleinrichtung gemäß dem Stand der Technik. Dieser
Stand der Technik besteht aus einem Stromrichter wie einem Wechselrichter
zum Antreiben eines 3-Phasen-Wechselstrommotors, der von einer Gleichstromversorgung
gespeist wird, und dessen Regeleinrichtung.
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In 8 enthält der Hauptstromkreis der
Motorantriebs-Regeleinrichtung eine Gleichstromversorgung 21;
einen Stromrichter 25 zum Umwandeln von Gleichstromleistung
aus der Gleichstromversorgung 21 in Wechselstromleistung
und zum Einspeisen dieser in einen Motor 27; einen Schutzschalter 23 zum
Unterbrechen des Stromkreises im Fall eines Defekts wie eines Kurzschlusses
des Stromrichters 25, damit kein übermäßig hoher Strom von der Gleichstromversorgung 21 zum
Stromrichter 25 fließt;
einen Spannungsmesser 24 wie einen Messtransformator zum
Messen der Eingangsspannung des Stromrichters 25; und einen
Strommesser 26 wie einen Stromtransformator zum Messen
des Ausgangsstroms des Stromrichters 25.
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Eine
Regeleinrichtung 100 zum Einspeisen eines Steuersignals
in den Stromrichter 25 besteht aus einem Drehzahlberechnungsteil 3 zum
Messen einer Drehzahl aus einem gemessenen Positionswert, gemessen
von einem am Motor 27 angebrachten Drehgeber 4;
einem Drehmoment-Sollwert-Berechnungsteil 2 zum Berechnen
eines Drehmoment-Sollwerts für
den Motor 27 aus der Differenz zwischen einem Drehzahl-Sollwert
und dem gemessenen Drehzahlwert, gemessen vom Drehzahlberechnungsteil 3;
und einem Ausgangsleistungs-Berechnungsteil 1 zum Durchführen einer
Rückführungsregelung
auf Grundlage der Differenz zwischen einem aus dem Drehmoment-Sollwert
gewonnenen Ausgangsstrom-Sollwert
für den
Stromrichter 25 und einem gemessenen Ausgangsstromwert
vom Strommesser 26 und zum Erzeugen und Ausgeben eines Steuersignals
für den
Stromrichter 25 unter Verwendung des gemessenen Eingangsspannungswerts vom
Spannungsmesser 24 und des gemessenen Positionswerts.
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Unter
Berücksichtigung
der zwischen der Gleichstromversorgung 21 und dem Stromrichter 25 und
so weiter bestehenden Eingangsimpedanz 22 des Verkabelungswiderstands
sind hier die Eingangsspan nung V1 [V] und
die Ausgangsleistung P [W] des Stromrichters 25 durch die
folgenden Ausdrücke 1 und 2 gegeben. V1 =
V0 – R·I (1) P = I·V1 =
I(V0 – R·I) (2)
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Hier
ist V0 die Ausgangsspannung [V] der Gleichstromversorgung 21;
ist I der Eingangsstrom [A] des Stromrichters 25; und ist
R der Wert (Widerstandswert [Ω])
der Eingangsimpedanz 22.
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Der
maximale Ausgangsleistungswert Pmax [W]
in der Einrichtung aus 8 ist
durch Ausdruck 3 gegeben, und die Werte der Eingangsspannung
V1 und des Eingangsstroms I zu diesem Zeitpunkt
sind durch die Ausdrücke 4 und 5 gegeben. Pmax =
V0 2/4 R (3) V1 =
V0/2 (4) I = V0/2
R (5)
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Aus
den Ausdrücken 1 und 2 geht
hervor, dass bei nicht vernachlässigbarer
Eingangsimpedanz R, wenn der Eingangsstrom erhöht wird, an einem bestimmten
Punkt eine maximale Ausgangsleistung erreicht wird, und auch wenn
der Eingangsstrom noch weiter erhöht wird, die Ausgangsleistung
P aufgrund eines durch die Eingangsimpedanz verursachten Spannungsabfalls
abfällt.
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Die
festgelegte Maximal-Ausgangsleistungs-Spezifikation berücksichtigt
dies, aber wenn die erforderliche Ausgangsleistung P höher als
der maximale Ausgangsleistungswert Pmax zu
diesem Zeitpunkt ist, kann der erforderliche Drehmoment-Sollwert
durch das Ist-Drehmoment nicht erreicht werden und vergrößert sich
die Differenz zwischen dem aus dem Drehmoment-Sollwert gewonnenen
Ausgangsstrom-Sollwert und dem gemessenen Ausgangsstromwert. Deshalb
wird, wenn für
die Berechnung im Ausgangsleistungs-Berechnungsteil 1 aus 8 Integration verwendet
wird, der Integralterm groß,
gerät deswegen
der Stromregelausgang in die Sättigung
und fällt
infolgedessen die Empfindlichkeit der Drehmomentregelung ab.
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Ein
bekannter Weg zum Lösen
dieses Problems ist zum Beispiel die in der JP-A-2003-153575 (Ansprüche 3, 7,
8, Absätze
[0012], [0017], 1 bis 3 usw.) dargelegte Motorregeleinrichtung.
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In
dieser JP-A-2003-153575 ist eine Regeleinrichtung dargelegt, welche
eine Stromregeleinrichtung zum Berechnen eines Ausgangsspannungs-Sollwerts
aufweist, wobei die Differenz zwischen einem Ausgangsstrom-Sollwert
für eine Stromrichteinrichtung
und einem gemessenen Ausgangsstromwert zumindest einer Integralregelung unterzogen
wird, und welche diese Integralregelung stoppt, wenn der Ausgangsspannungs-Sollwert über einen
vorbestimmten Grenzwert gestiegen ist, und dadurch wird das Verhindern
der die Ausgangsspannungsbegrenzung begleitenden Sättigung
eines Stromregelausgangs offenbart.
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Eine
Elektromotorantriebs-Regeleinrichtung, in welcher verhindert wird,
dass die Regelung instabil wird, wenn die Versorgungsspannung einer
Stromrichteinrichtung abfällt,
ist in der JP-A-2002-218799 (Ansprüche 1, 2, Absätze [0014],
[0021] bis [0024], 1, 2, 4 usw.) dargelegt.
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Wenn
die Versorgungsspannung abfällt
und die Ausgangsspannung der Stromrichteinrichtung in die Sättigung
gerät,
wird dies in dieser Elektromotorantriebs-Regeleinrichtung erkannt
und wird ein Drehmoment-Strom eines Elektromotors gesenkt und wird der
Abfall in der Versorgungsspannung unterdrückt, und gleichzeitig wird
die Spannung über
den Ausgangsleistungs-Leitungen unterdrückt und wird verhindert, dass
ein Stromrückführungswert
in die Lage gerät,
einem Strom-Sollwert nicht mehr folgen zu können.
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Wenn
beim in 8 gezeigten
Stand der Technik, während
der maximale Ausgangswert des Stromrichters 25 niedrig
ist, eine diesen übersteigende
Ausgangsleistung wie zur Beschleunigung des Motors angefordert wird,
führt dies,
weil auf der Eingangsseite ein Überstrom
auftritt und der Stromkreis vom Schutzschalter 23 unterbrochen
wird und der Ausgang des Stromrichters 25 abgeschaltet
wird, in einer Vorrichtung, in welcher Dauerbetrieb des Motors 27 erforderlich
ist, unvermeidlich zu einer fatalen Situation.
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Bei
der in der JP-A-2002-218799 dargelegten Antriebsregefeinrichtung
wird, obwohl Drehmomentbegrenzung während eines Abfalls in der
Versorgungsspannung möglich
ist, die Auswirkung des durch die Eingangsimpedanz verursachten
Spannungsabfalls nicht berücksichtigt,
und wieder ist, wie im Fall des in 8 gezeigten
Stands der Technik, ein Dauerbetrieb des Motors nicht gewährleistet.
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Außerdem ist
beim Stand der Technik von der JP-A-2003-153575, wo ein vorbestimmter
Grenzwert für
den Ausgangsspannungs-Sollwert verwendet wird, wenn infolge eines
Abfalls in der Versorgungsspannung der maximale Ausgangsleistungwert der
Stromrichteinrichtung unter die Maximai-Ausgangsleistungs-Spezifikation
abfällt,
weil der Ausgangsspannungs-Sollwert den Grenzwert nicht erreicht,
keine Vorkehrung für
diese Situation getroffen und gerät der Stromregelausgang in
die Sättigung und
nimmt die Empfindlichkeit der Drehmomentregelung ab.
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Demgemäß ist es
eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Motorantriebs-Regeleinrichtung
zu schaffen, bei welcher zum Zeitpunkt eines durch eine Eingangsimpedanz
verursachten Spannungsabfalls oder eines Abfalls in der Versorgungsspannung
eine hohe Empfindlichkeit der Drehmomentregelung aufrechterhalten
wird, indem einem Stromrichter-Ausgang eine Obergrenze auferlegt wird,
und überdies
der Motorbetrieb ohne Unterbrechung fortgesetzt werden kann.
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Die
Lösung
der Aufgabe ergibt sich aus den Patentansprüchen. Der Unteranspruch bezieht
sich auf bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung.
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Um
die obenerwähnten
Probleme zu lösen, enthält die in
Anspruch 1 dargelegte Erfindung: einen Stromrichter, der von einer
Gleichstromversorgung gespeist wird, zum Antreiben eines Motors;
eine Spannungsmesseinrichtung zum Messen der Eingangsspannung des
Stromrichters; eine Drehmoment-Grenzsollwert-Erzeugungseinrichtung
zum Erzeugen eines Drehmoment-Grenzsollwerts unter Verwendung eines
gemessenen Eingangsspannungswerts aus der Spannungsmesseinrichtung
und eines voreingestellten Bezugsspannungswerts; eine Drehmoment-Sollwert-Begrenzungseinrichtung
zum Begrenzen eines Drehmoment-Sollwerts für den Motor auf den Drehmoment-Grenzsollwert;
eine Drehmoment-Sollwert-Koeffizienten-Erzeugungseinrichtung zum
Erzeugen eines dem Eingangsstromwert des Stromrichters entsprechenden
Drehmoment-Sollwert-Koeffizienten; und eine Multipliziereinrichtung
zum Berechnen eines Drehmoment-End-Sollwerts für den Motor durch Multiplizieren
des Drehmoment-Sollwerts und des Drehmoment-Sollwert-Koeffizienten
miteinander.
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Gemäß Anspruch
2 enthält
die Erfindung: einen Stromrichter, der von einer Gleichstromversorgung
gespeist wird, zum Antreiben eines Motors; eine Spannungsmesseinrichtung
zum Messen der Eingangsspannung des Stromrichters; eine Strommesseinrichtung
zum Messen des Eingangsstroms des Stromrichters; eine Eingangsimpedanz-Berechnungseinrichtung
zum Berechnen eines den Abschnitt von der Gleichstromversorgung
bis zum Stromrichter betreffenden Eingangsimpedanzwerts unter Verwendung
eines gemessenen Eingangsspannungswerts und eines gemessenen Eingangsstromwerts
aus der Spannungsmesseinrichtung beziehungsweise der Strommesseinrichtung;
eine Drehmoment-Maximal-Grenzsollwert-Erzeugungseinrichtung zum
Erzeugen eines dem maximalen Ausgangsleistungswert des Stromrichters
entsprechenden maximalen Drehmoment-Grenzsollwerts unter Verwendung
des gemessenen Eingangsspannungswerts, des gemessenen Eingangsstromwerts und
des Eingangsimpedanzwerts; und eine Drehmoment-Sollwert-Begrenzungseinrichtung
zum Begrenzen eines Drehmoment-Sollwerts für den Motor auf den maximalen
Drehmoment-Grenzsollwert.
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Gemäß Anspruch
3 enthält
die Erfindung: einen Stromrichter, der von einer Gleichstromversorgung
gespeist wird, zum Antreiben eines Motors; eine Spannungsmesseinrichtung
zum Messen der Eingangsspannung des Stromrichters; eine Eingangsstrom-Berechnungseinrichtung
zum Berechnen des Eingangsstroms des Stromrichters unter Verwendung
eines Ausgangsleistungswerts und eines gemessenen Eingangsspannungswerts
des Stromrichters; eine Eingangsimpedanz-Berechnungseinrichtung
zum Berechnen eines den Abschnitt von der Gleichstromversorgung
bis zum Stromrichter betreffenden Eingangsimpedanzwerts unter Verwendung
des gemessenen Eingangsspannungswerts und eines berechneten Eingangsstromwerts
aus der Spannungsmesseinrichtung beziehungsweise der Eingangsstrom-Berechnungseinrichtung;
eine Drehmoment-Maximal-Grenzsollwert-Erzeugungseinrichtung zum
Erzeugen eines dem maximalen Ausgangsleistungswert des Stromrichters
entsprechenden maximalen Drehmoment-Grenzsollwerts unter Verwendung
des gemessenen Eingangsspannungswerts, des berechneten Eingangsstromwerts
und des Eingangsimpedanzwerts; und eine Drehmoment-Sollwert-Begrenzungseinrichtung
zum Begrenzen eines Drehmoment-Sollwerts für den Motor auf den maximalen
Drehmoment-Grenzsollwert.
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Gemäß Anspruch
4 enthält
die Erfindung in einer Motorantriebs-Regeleinrichtung nach Anspruch 2
oder 3, eine Drehmoment-Sollwert-Koeffizienten-Erzeugungseinrichtung
zum Erzeugen eines dem Eingangsstromwert (gemessenen Eingangsstromwert
oder berechneten Eingangsstromwert) des Stromrichters entsprechenden
Drehmoment-Sollwert-Koeffizienten; und eine Multipliziereinrichtung
zum Berechnen eines Drehmoment-End-Sollwerts für den Motor durch Multiplizieren
des Drehmoment-Sollwerts
und des Drehmoment-Sollwert-Koeffizienten miteinander.
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Auch
wenn wegen eines Spannungsabfalls aufgrund einer Eingangsimpedanz
oder eines Abfalls in der Versorgungsspannung die Eingangsspannung des
Stromrichters abfällt,
kann bei der Erfindung gemäß Anspruch
1, indem das Drehmoment entsprechend einem gemessenen Eingangsspannungswert geregelt
wird, eine hohe Empfindlichkeit der Drehmomentregelung leicht aufrechterhalten
werden, ohne dass eine besondere Einrichtung hinzugefügt werden muss.
Und indem das Drehmoment überdies
entsprechend dem Eingangsstromwert des Stromrichters begrenzt wird,
kann verhindert werden, dass der Eingangsstrom übermäßig hoch wird, und können Stromabschaltungen
verhindert werden und kann der Motor im Dauerbetrieb laufen.
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Auch
wenn die Eingangsspannung des Stromrichters abgefallen ist, ist
es bei der Erfindung gemäß Anspruch
2 möglich,
indem das Drehmoment entsprechend einem aus einem gemessenen Eingangsstromwert,
einem gemessenen Eingangsspannungswert und einem Eingangsimpedanzwert
berechne- ten maximalen Ausgangsleistungswert zu diesem Zeitpunkt
geregelt wird, eine hohe Empfindlichkeit der Drehmomentregelung
aufrechtzuerhalten, während
die Ausgangsleistung auf einem Maximum gehalten wird.
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Bei
der Erfindung gemäß Anspruch
3 können ähnliche
Effekte wie diejenigen der Erfindung aus Anspruch 2 ohne Verwendung
einer Einrichtung zum Messen des Eingangsstroms des Stromrichters
erzielt werden.
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Indem
das Drehmoment überdies
entsprechend dem Eingangsstromwert (gemessenen Eingangsstromwert
oder berechneten Eingangsstromwert) begrenzt wird, kann bei der
Erfindung gemäß Anspruch
4, zusätzlich
zu den in Anspruch 2 oder 3 dargelegten Effekten der Erfindung verhindert
werden, dass der Eingangsstrom übermäßig hoch
wird, und können
Stromabschaltungen verhindert werden und wird Dauerbetrieb des Motors
möglich.
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Nachfolgend
werden Ausführungsformen der
Erfindung anhand der Zeichnung im Detail erläutert.
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1 ist ein Blockschaltbild,
welches eine erste Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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2 ist eine Ansicht, welche
die Funktionsweise eines Drehmoment-Grenzsollwert-Erzeugungsteils
in 1 veranschaulicht;
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3 ist eine Ansicht, welche
die Funktionsweise eines Drehmoment-Sollwert-Koeffizienten-Erzeugungsteils in 1 veranschaulicht;
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4 ist ein Blockschaltbild,
welches eine zweite Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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5 ist eine Ansicht, welche
die Funktionsweise eines Drehmoment-Grenzsollwert-Erzeugungsteils
in 4 veranschaulicht;
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6 ist ein Blockschaltbild,
welches eine dritte Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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7 ist ein Blockschaltbild,
welches eine vierte Ausführungsform
der Erfindung zeigt; und
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8 ist ein Blockschaltbild,
welches den Stand der Technik zeigt.
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1 ist ein Blockschaltbild,
welches eine Anspruch 1 entsprechende erste Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Komponenten, welche die gleichen sind wie in 8, tragen die gleichen Bezugszeichen
und werden hier nicht beschrieben, und die folgende Beschreibung
konzentriert sich auf die abweichenden Teile.
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In 1 ist 50 eine Regeleinrichtung
eines Stromrichters 25.
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In
dieser Regeleinrichtung 50 wird ein gemessener Eingangsspannungswert
aus dem Spannungsmesser 24 in einen Drehmoment-Grenzsollwert-Erzeugungsteil 5 eingegeben.
Und 6 ist ein Drehmoment-Sollwert-Begrenzer, für welchen
ein vom Drehmoment-Grenzsollwert-Erzeugungsteil 5 ausgegebener
Drehmoment-Grenzsollwert verwendet wird und welcher einen vom Drehmoment-Sollwert-Berechnungsteil 2 ausgegebenen
Drehmoment-Sollwert auf diesen Drehmoment-Grenzsollwert begrenzt.
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Außerdem wird
der Drehmoment-Sollwert, nachdem er den Drehmoment-Sollwert-Begrenzer 6 durchlaufen
hat, in einen Multiplizierer 8, welcher als Drehmoment-Sollwertschutz-Berechnungsteil
dient, eingegeben.
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7 ist
ein Drehmoment-Sollwert-Koeffizienten-Erzeugungsteil zum Ausgeben
eines dem Eingangsstrom des Stromrichters 25 entsprechenden Drehmoment-Sollwert-Koeffizienten,
und der von diesem Erzeugungsteil 7 ausgegebene Drehmoment-Sollwert-Koeffizient
wird vom Multiplizierer 8 mit dem Drehmoment-Sollwert multipliziert,
und dessen Ausgangswert wird in den Ausgangsleistungs-Berechnungsteil 1 eingegeben.
Der Ausgangsleistungs-Berechnungsteil 1 verwendet den gemessenen
Eingangsspannungswert aus dem Spannungsmesser 24, einen
gemessenen Positionswert aus einem Drehgeber 4 und den
Ausgangswert des Multiplizierers 8, um ein Signal zum Ansteuern
einer Halbleiterschalteinrichtung des Stromrichters 25, welche
ein Wechselrichter oder dergleichen ist, zu erzeugen und auszugeben.
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Der
in den Drehmoment-Sollwert-Koeffizienten-Erzeugungsteil 7 eingegebene
Eingangsstrom des Stromrichters 25 kann ein gemessener
Wert oder ein durch Berechnung aus der Eingangsleistung (oder aus
der Ausgangsleistung und dem Wirkungsgrad) und der Eingangsspannung
des Stromrichters 25 gewonnener Wert sein.
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Aus
den obigen Ausdrücken 1 und 2 geht hervor,
dass der Eingangsstrom I des Stromrichters 25 zunimmt,
wenn die Ausgangsleistung P des Stromrichters 25 konstant
ist, wenn aufgrund eines durch die Eingangsimpedanz 22 verursachten
Spannungsabfalls die Eingangsspannung V1 des
Stromrichters 25 niedriger als die Ausgangsspannung V0 der Gleichstromversorgung 21 ist.
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Wenn
zu diesem Zeitpunkt der Abfall in der Eingangsspannung V1 deutlich ist, nimmt der Eingangsstrom I
zu und steigt über
den Einstellwert des Schutzschalters 23 und wird der Stromkreis
durch den Schutzschalter 23 unterbrochen und bleibt der Motor 27 stehen.
Und wenn die Eingangsimpedanz 22 groß ist und der Spannungsabfall
groß ist,
weil nach Ausdruck 3 der maximale Ausgangsleistungswert
Pmax abnimmt, auch wenn der Eingangsstrom
I zunimmt, kann die Maximal-Ausgangsleistungs-Spezifikation nicht erreicht werden.
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Um
dies zu überwinden,
wird, da bei mit konstanter Drehzahl angetriebenem Motor 27 die
Ausgangsleistung P proportional zum Drehmoment ist, die Ausgangsleistung
P des Stromrichters 25 mittels des Drehmoment-Grenzsollwert-Erzeugungsteils 5 und
des Drehmoment-Sollwert-Begrenzers 6 wie in 1 gezeigt begrenzt, um das
Drehmoment entsprechend dem Abfall in der Versorgungsgleichspannung
V0 und/oder der Eingangsspannung V1 zu unterdrücken.
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Wie
in 2 gezeigt, gibt der
Drehmoment-Grenzsollwert-Erzeugungsteil 5 auf Grundlage von
Ausdruck 6 unter Verwendung einer voreingestellten Bezugsspannung
Vs der Versorgungsspannung, eines voreingestellten
maximalen Drehmoment-Sollwerts Tmax von
Zeiten maximaler Ausgangsleistung und des gemessenen Eingangsspannungswerts
V1 einen Drehmoment-Grenzsollwert TLim aus. TLim = (Tmax/Vs)V1 (6)
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Hier
ist die Bezugsspannung Vs unter Berücksichtigung
der Nennspannung des Motors 27 eingestellt und ist der
maximale Drehmoment-Sollwert Tmax zum Beispiel
als der Drehmomentwert bei der Maximal-Ausgangsleistungs-Spezifikation
eingestellt.
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Der
Drehmoment-Sollwert-Begrenzer 6 nimmt am Drehmoment-Sollwert
eine Grenzwertverarbeitung auf Grundlage des Drehmoment-Grenzsollwerts
TLim vor.
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Auf
diese Weise wird bei dieser Ausführungsform,
auch wenn die Eingangsspannung V1 des Stromrichters 25 abgefallen
ist, ein Drehmoment-Sollwert innerhalb des Leistungsbereichs, welcher
zu diesem Zeitpunkt ausgegeben werden kann, verwendet. Und weil
der Motor 27 mit einem begrenzten Drehmoment-Sollwert angetrieben
wird, folgt der gemessene Ausgangsstromwert des Stromrichters 25 dem
Ausgangsstrom-Sollwert und gerät
das Leistungsregelsystem nicht in die Sättigung, und es kann eine ähnliche
Stromempfindlichkeit wie in dem Fall, in welchem die Eingangsspannung
V1 nicht abgefallen ist, aufrechterhalten
werden.
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Außerdem wird
der durch den Drehmoment-Sollwert-Begrenzer 6 begrenzte
Drehmoment-Sollwert vom Multiplizierer 8 mit dem Drehmoment-Sollwert-Koeffizienten
aus dem Drehmoment-Sollwert-Koeffizienten-Erzeugungsteil 7 multipliziert.
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Wenn
die Eingangsspannung V1 des Stromrichters 25 abfällt und
der Motor 27 beschleunigt wird, während der Eingangsstrom I in
der Nähe
des Abschaltstromwerts des Schutzschalters 23 liegt, ist hier
die Wahrscheinlichkeit hoch, dass der Eingangsstrom I über den
Abschaltstromwert steigt, und nimmt auch die Wahrscheinlichkeit
zu, dass der Stromkreis unterbrochen wird.
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Um
dies zu vermeiden, wird bei dieser Ausführungsform durch den Drehmoment-Sollwert-Koeffizienten-Erzeugungsteil 7 ein
dem Eingangsstrom I entsprechender Drehmoment-Sollwert-Koeffizient
CI berechnet und wird der Koeffizient CI mit dem Drehmoment-Sollwert nach Durchführung der
Begrenzung durch den Drehmoment-Sollwert-Begrenzer 6 multipliziert,
um den Drehmoment-Sollwert anzupassen.
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Die
Funktionsweise des Drehmoment-Sollwert-Koeffizienten-Erzeugungsteils 7 entspricht
der Darstellung in 3.
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Im
Drehmoment-Sollwert-Koeffizienten-Erzeugungsteil 7 wird
ein Drehmoment-Sollwert-Koeffizient CI unter
Verwendung eines entsprechend dem Schutzschalter 23 eingestellten
Eingangs-Abschaltstromwerts IIbreak, eines
um einen bestimmten Spielraum niedriger als dieser Eingangs-Abschaltstromwert
IIbreak eingestellten Eingangs-Stromgrenzwerts
IILim und des Eingangsstroms I berechnet.
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Wenn
der Eingangsstrom I unter dem Eingangs-Stromgrenzwert IILim liegt,
wird 1 als Drehmoment-Sollwert-Koeffizient
CI ausgegeben, und wenn der Eingangsstrom
I über
den Eingangs-Stromgrenzwert IILim gestiegen
ist, wird entsprechend dem Eingangsstrom I ein Drehmoment-Sollwert-Koeffizient CI, der einen Einstellwert CIb beim
Eingangs-Abschaltstromwert IIbreak annimmt,
ausgegeben.
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Infolgedessen
wird zu jeder Zeit ein Wert ausgegeben, der nicht größer als
der Drehmoment-Sollwert nach Durchführung der Begrenzung durch
den Drehmoment-Sollwert-Begrenzer 6 ist.
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Dadurch,
dass dem Drehmoment-Sollwert auf diese Weise entsprechend dem Eingangsstrom
I ein Grenzwert auferlegt wird, ist es möglich, zu verhindern, dass
der Eingangsstrom I über
den Abschaltstromwert hinaus ansteigt und der Stromkreis während einer
Beschleunigung des Motors unterbrochen wird, und wird Dauerbetrieb
des Motors 27 möglich.
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4 ist nun ein Blockschaltbild,
welches eine Anspruch 2 entsprechende zweite Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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Bei
dieser Ausführungsform
ist im Hauptstromkreis ein Strommesser 9 zum Messen des
Eingangsstroms des Stromrichters 25 vorgesehen; und sind
in einer Regeleinrichtung 60 ein Eingangsimpedanz-Berechnungsteil 10 zum
Ermitteln eines Eingangsimpedanzwerts aus gemessenen Werten des Eingangsstroms
und der Eingangsspannung des Stromrichters 25 und ein Drehmoment-Maximal-Grenzsollwert-Erzeugungsteil 11 zum
Erzeugen eines maximalen Drehmoment-Grenzsollwert aus den gemessenen
Werten des Eingangsstroms und der Eingangsspannung und aus dem Eingangsimpedanzwert
vorgesehen; und wird ein von diesem Drehmoment-Maximal-Grenzsollwert-Erzeugungsteil 11 ausgegebener
maximaler Drehmoment-Grenzsollwert für den Drehmoment-Sollwert-Begrenzer 6 verwendet.
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Aus
Ausdruck 1 kann, wenn der Spannungswert der Gleichstromversorgung 21 konstant
ist, deren Ausgangsspannung V0 mittels Ausdruck 7 unter Verwendung
eines gemessenen Eingangsspannungswerts V1H und
eines gemessenen Eingangsstromwerts I1H bei
großer
Ausgangsleistung P des Stromrichters 25, eines gemessenen
Eingangsspannungswerts V1L und eines gemessenen
Eingangsstromwerts I1L bei kleiner Ausgangsleistung
des Stromrichters 25, und des Werts (Widerstandswerts) R
der Eingangsimpedanz 22 ausgedrückt werden. Und aus Ausdruck 7 kann
der Eingangsimpedanzwert R wie durch Ausdruck 8 gezeigt
ausgedrückt werden. V0 =
V1H + I1H·R = V1L + I1L·R (7) R = (V1L – V1H)/(I1H – I1 L) (8)
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Außerdem ist
es möglich,
aus Ausdruck 3, weil der maximale Ausgangsleistungswert
Pmax des Stromrichters 25 wie in
Ausdruck 9 gezeigt geschrieben werden kann, durch Verwendung
des Eingangsimpedanzwerts R und des gemessenen Eingangsspannungswerts
V1 und des gemessenen Eingangsstromwerts
I den maximalen Ausgangsleistungswert Pmax zu
diesem Zeitpunkt zu berechnen. Pmax = (V1 +
I·R)2/4R (9)
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Demgemäß wird der
Motor 27 vorab in einem hochbelasteten Zustand und in einem
lastfreien Zustand angetrieben, und unter Verwendung der zu diesen
Zeitpunkten gemessenen Eingangsspannungswerte und Eingangsstromwerte
berechnet der Eingangsimpedanz-Berechnungsteil 10 den Eingangsimpedanzwert
R aus den Ausdrücken 7 und 8 und speichert
ihn.
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Der
Drehmoment-Maximal-Grenzsollwert-Erzeugungsteil 11 verwendet
Ausdruck 9, um den maximalen Ausgangsleistungswert Pmax zu diesem Zeitpunkt aus dem Eingangsimpedanzwert
R und dem gemessenen Eingangsspannungswert V1 und
dem gemessenen Eingangsstromwert I zu berechnen, und gibt auf Grundlage
von Ausdruck 10 einen maximalen Drehmoment-Grenzsollwert
T'Lim aus. T'Lim = (T'max/PLi m)Pmax,
(Pmax < PLi m) (10) T'Lim = T'max, (Pmax ≥ PLim)
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5 ist eine Ansicht, welche
die Funktionsweise des Drehmoment-Maximal-Grenzsollwert-Erzeugungsteils 11 veranschaulicht,
in welchem der maximale Drehmoment-Sollwert T'max der Drehmomentwert
beispielsweise bei der Maximal-Ausgangsleistungs-Spezifikation PLim ist. Der Drehmoment-Sollwert-Begrenzer 6 begrenzt
den Drehmoment-Sollwert auf Grundlage dieses maximalen Drehmoment-Grenzsollwerts
T'Lim und
gibt einen Nachbegrenzungs-Drehmoment-Sollwert an den Ausgangsleistungs-Berechnungsteil 1 aus.
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Auf
diese Weise kann bei der zweiten Ausführungsform, indem der Stromrichters 25 mit
hoher Ausgangsleistung und mit niedriger Ausgangsleistung betrieben
wird, um vorab einen Eingangsimpedanzwert R zu ermitteln, Drehmomentregelung
auf Grundlage des maximalen Ausgangsleistungswerts Pmax zu
diesem Zeitpunkt durchgeführt
werden, auch wenn die Eingangsspannung des Stromrichters 25 abfällt.
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Weil
der Motor 27 mit einem begrenzten Drehmoment-Sollwert angetrieben
wird, folgt der gemessene Ausgangsstromwert dem Ausgangsstromwert,
gerät das
Stromregelsystem nicht in die Sättigung
und kann die gleiche Stromempfindlichkeit wie in dem Fall, in welchem
die Eingangsspannung nicht abgefallen ist, aufrechterhalten werden.
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6 ist nun ein Blockschaltbild,
welches eine Anspruch 3 entsprechende dritte Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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Diese
Ausführungsform
unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform darin, dass der Eingangsstrom
des Stromrichters 25 aus der Eingangsspannung und der Ausgangsleistung
des Stromrichters 25 berechnet wird.
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Das
heißt,
eine Regeleinrichtung 70 enthält einen Eingangsstrom-Berechnungsteil 14,
und in diesen Berechnungsteil 14 werden die von einem Spannungsmesser 24 gemessene
Eingangsspannung des Stromrichters 25 und der Ausgangswert
eines Multiplizierers 13, welcher als Ausgangsleistungs-Berechnungsteil dient,
eingegeben. Der Multiplizierer 13 multipliziert die von
einem Spannungsmesser 12 gemessene Ausgangsspannung des Stromrichters 25 und
einen von einem Strommesser 26 gemessenen Ausgangsstrom
miteinander und berechnet dadurch einen Ausgangsleistungswert Pout [W] des Stromrichters 25.
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Die
Beziehung zwischen der Eingangsleistung Pin und
der Ausgangsleistung Pout des Stromrichters 25,
welche den Wirkungsgrad η des
Stromrichters 25 verwendet, ist durch Ausdruck 11 gegeben,
und der Eingangsstrom I des Stromrichters 25 kann mittels
des Ausdrucks 12 ermittelt werden. Pout = η·Pin (11) I = Pout/(η·V1) (12)
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In 6 verwendet der Eingangsstrom-Berechnungsteil 14 die
Ausgangsleistung Pout aus dem Multiplizierer 13,
den gemessenen Eingangsspannungswert aus dem Spannungsmesser 24 und
den bekannten Wirkungsgrad η,
um auf Grundlage von Ausdruck 12 einen berechneten Eingangsstromwert (geschätzten Wert)
zu ermitteln. Hierbei wird der Wirkungsgrad η zum Beispiel durch Nachsehen
in einer Tabelle entsprechend Pout/V1 ermittelt.
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Der
Eingangsimpedanz-Berechnungsteil 10 berechnet den Eingangsimpedanzwert
R aus dem obenerwähnten
berechneten Eingangsstromwert und dem obenerwähnten gemessenen Eingangsspannungswert
wie bei der zweiten Ausführungsform,
den Drehmoment-Maximal-Grenzsollwert-Erzeugungsteil 11 erzeugt einen
maximalen Drehmoment-Grenzsollwert T'Lim, und der
Drehmoment-Sollwert-Begrenzer 6 begrenzt
den Drehmoment-Sollwert auf Grundlage des maximalen Ausgangsleistungswerts
Pmax zu diesem Zeitpunkt.
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Auf
diese Weise kann bei der dritten Ausführungsform das Drehmoment durch
Schätzen
des Eingangsstroms aus der Ausgangsleistung und der Eingangsspannung
des Stromrichters 25 ohne Verwendung eines Strommessers 9 von
der Art in der zweiten Ausführungsform
auf den maximalen Ausgangsleistungswert Pmax zu
diesem Zeitpunkt begrenzt werden.
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7 ist nun ein Blockschaltbild,
welches eine Anspruch 4 entsprechende vierte Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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Bei
dieser Ausführungsform,
welcher die in 6 gezeigte
dritte Ausführungsform
zugrundeliegt, wird eine Regeleinrichtung 80 gebildet,
indem zu dieser der Erzeugungsteil 7 und der Multiplizierer 8 der
in 1 gezeigten ersten
Ausführungsform
hinzugefügt
werden.
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Weil
ihre Funktionsweise leicht aus der dritten Ausführungsform und der ersten Ausführungsform
verstanden werden kann, wird auf eine ausführliche Beschreibung verzichtet;
jedoch soll ein Überblick
gegeben werden: ein maximaler Drehmoment-Grenzsollwert T'Lim wird
von einem Drehmoment-Maximal-Grenzsollwert-Erzeugungsteil 11 erzeugt,
ein Drehmoment-Sollwert wird auf Grundlage des maximalen Ausgangsleistungswerts
Pmax zu diesem Zeitpunkt durch einen Drehmoment-Sollwert-Begrenzer 6,
für welchen
dieser maximale Drehmoment-Grenzsollwert T'Lim verwendet
wird, begrenzt, ein Erzeugungsteil 7 gibt entsprechend
einem berechneten Eingangsstromwert auf Grundlage der Funktionsweise
in 3 einen vorbestimmten
Drehmoment-Sollwert-Koeffizienten CI aus,
und dieser Drehmoment-Sollwert-Koeffizient CI wird
mit dem Ausgangswert des Drehmoment-Sollwert-Begrenzers 6 multipliziert,
um den Drehmoment-Sollwert anzupassen.
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Bei
dieser Ausführungsform
kann, wie bei der ersten Ausführungsform,
durch Anpassen (Begrenzen) des Drehmoment-Sollwerts entsprechend einem
berechneten Eingangsstromwert verhindert werden, dass in Fällen wie
während
einer Beschleunigung des Motors der Eingangsstrom übermäßig hoch
steigt und der Stromkreis unterbrochen wird, und wird Dauerbetrieb
des Motors 27 möglich.
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Wie
in Anspruch 4 dargelegt, kann ein Aufbau, in welchem ein Drehmoment-Sollwert-Koeffizient
CI wie bei der ersten Ausführungsform
und der vierten Ausführungsform
auf Grundlage des Eingangsstromwerts (gemessenen Eingangsstromwerts oder
berechneten Eingangsstromwerts) des Stromrichters 25 berechnet
wird und dieser Koeffizient CI mit dem Nachbegrenzungs-Drehmoment-Sollwert multipliziert
wird, um einen Drehmoment-End-Sollwert zu erhalten, auch für die in 4 gezeigte zweite Ausführungsform
verwendet werden.