DE102010055225A1

DE102010055225A1 - Motoransteuereinrichtung mit Spannungsausfall-Detektionsfunktion

Info

Publication number: DE102010055225A1
Application number: DE102010055225A
Authority: DE
Inventors: Yasusuke Yamanashi Iwashita; Tadashi Yamanashi Okita; Masakazu Yamanashi Niwa
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2010-01-28
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2011-08-25
Anticipated expiration: 2030-12-21
Also published as: CN102142669A; JP4708495B1; US20110182398A1; US8030878B2; DE102010055225B4; JP2011155803A; CN102142669B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Motoransteuereinrichtung, die eine Spannungsausfalldetektion gemäß einer Spannungsausfalltoleranz mit einer relativ einfachen Konfiguration genau erzielt. Eine Zählereingangs-Berechnungseinheit bestimmt als einen Zählereingangswert einen Wert, der umgekehrt proportional zur Spannungsausfalltoleranz ist, die aus einem Spannungsamplitudenwert bestimmt wird, und liefert den Zählereingangswert an einen Zähler. Der Zähler akkumuliert den Eingangswert in vorgegebenen Intervallen und gibt einen Ausgangswert aus. Ein Komparator bestimmt, dass ein Spannungsausfall stattfindet, wenn der Ausgang des Zählers einen Schwellenwert überschreitet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motoransteuereinrichtung, die mit einer Spannungsausfall-Detektionsfunktion zum Erkennen eines Spannungsausfalls oder einer Spannungsabsenkung einer Spannungsquelle ausgestattet ist.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Wenn bei einer Motoransteuereinrichtung für den Antrieb einer Werkzeugmaschine, einer Industriemaschine, eines Roboters oder dgl. ein Spannungsausfall oder eine Spannungsabsenkung (im Folgenden werden Spannungsausfall und Spannungsabsenkung gemeinsam als ”Spannungsausfall” bezeichnet) in einer handelsüblichen Eingangsspannungsquelle eintritt und die Eingangsspannung abnimmt, kann der Normalbetrieb nicht fortgesetzt werden. Aus diesem Grund ist es erforderlich, einen Spannungsausfall zu erkennen und den Betrieb der Ansteuereinrichtung umzuschalten, um die Motoransteuereinrichtung, die Werkstücke oder Werkzeuge, die bei der Bearbeitung verwendet werden, und dgl. zu schützen. (Siehe JP8-227307A , JP10-263973A und JP11-178245A ).
Als Technik zum Erkennen des Spannungsausfalls beschreibt z. B. die JP2006-14546A eine Technik, bei der eine Drehstrom-Eingangsspannung in einen äquivalenten Spannungsvektor in Zweiphasenkoordinaten gewandelt und eine Amplitude des Vektors berechnet wird, um eine Amplitude der Eingangsspannung zu erhalten. Wenn bei dieser Technik der Wert der Amplitude der Eingangsspannung kontinuierlich kleiner ist als ein vorgegebener Referenzspannungswert für eine vorgegebene Referenzzeitspanne, wird bestimmt, dass ein Spannungsausfall stattgefunden hat.
Die Zeit, während der die Motoransteuereinrichtung den Normalbetrieb aufrechterhalten kann, bzw. die Spannungsausfalltoleranz, ändert sich jedoch in Abhängigkeit von der angelegten Spannungsamplitude der Spannungsquelle. Folglich kann möglicherweise bei der Technik, bei der die Spannungsamplitude mit dem einzelnen Referenzwert verglichen wird, um einen Spannungsausfall zu erkennen wie in der JP2006-14546A beschrieben, die Motoransteuereinrichtung nicht geschützt werden oder – umgekehrt – der Schutz ist unangemessen hoch.
Zur Lösung der obigen Probleme schlägt die JP2005-192353A eine Technik vor, bei der eine Mehrzahl Spannungsabfall-Detektionsabschnitte mit unterschiedlichen Referenzspannungs- und Referenzzeitwerten vorgesehen ist, und der Spannungsausfall auf Basis einer logischen OR-Operation der Ausgänge dieser Detektionsabschnitte erkannt wird.
Wenn gemäß dieser Technik eine größere Anzahl Spannungsabfall-Detektionsabschnitte vorgesehen ist, kann der Spannungsausfall gemäß der Spannungsausfalltoleranz der Motoransteuereinrichtung erkannt werden. Allerdings erhöht sich die Rechenlast eines Rechenabschnitts der Ansteuereinrichtung auf unerwünschte Weise.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist demnach eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Motoransteuereinrichtung bereitzustellen, die über eine Spannungsausfall-Detektionsfunktion verfügt, die mit einer relativ einfachen Konfiguration eine Spannungsausfalldetektion gemäß einer Spannungsausfalltoleranz genau erzielen kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Motoransteuereinrichtung mit einem Gleichrichter zum Wandeln einer Drehstrom-Eingangsspannung in eine Gleichspannung und mindestens einem Inverter zum Wandeln der Gleichspannung in eine Wechselspannung mit einer gewünschten Frequenz bereitgestellt, die aufweist: einen Spannungsamplituden-Detektionsabschnitt zum Erkennen des Wertes einer Spannungsamplitude der Drehstromeingangsspannung; einen Zählereingangs-Bestimmungsabschnitt zum Bestimmen eines Wertes als Zählereingangswert, der umgekehrt proportional zu einer Spannungsausfalltoleranz ist, die gemäß dem Spannungsamplitudenwert bestimmt wird, der vom Spannungsamplituden-Detektionsabschnitt erkannt wird; einen Zähler zum Akkumulieren des Zählereingangswerts, der vom Zählereingangs-Bestimmungsabschnitt in vorgegebenen Intervallen bestimmt wird; und einen Spannungsausfall-Detektionsabschnitt, zum Erkennen des Spannungsausfalls bzw. der Spannungsabsenkung, indem ein Ausgang des Zählers mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen wird.
Wenn der Zählereingangswert null ist, wird der Ausgang des Zählers auf seinen Anfangswert zurückgesetzt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Motoransteuereinrichtung, die mit einer Spannungsausfall-Detektionsfunktion gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen ist;
2 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen einer Eingangsspannungsamplitude und einer Spannungsausfalltoleranz darstellt;
3 ist ein Funktionsblockdiagramm, das eine detaillierte Konfiguration eines Spannungsausfall-Detektionsabschnitts 24 darstellt; und
4 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen einer Eingangsspannungsamplitude und einem Zählereingang darstellt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 ist ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Motoransteuereinrichtung, die mit einer Spannungsausfall-Detektionsfunktion gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen ist.
Wie in 1 dargestellt ist, enthält diese Motoransteuereinrichtung 10: einen Gleichrichter 14, der eine kommerzielle Drehstromeingangsspannung 12 in eine Gleichspannung wandelt; eine Mehrzahl Inverter 16, deren Eingänge parallel zum Ausgang des Gleichrichters 14 über einen Schalter 30 geschaltet sind, so dass die Ausgangsgleichspannung vom Gleichrichter 14 in eine Drehstromspannung mit variabler Frequenz gewandelt wird; und eine Mehrzahl Motore 18, die mit dem jeweiligen Ausgang der Mehrzahl Inverter 16 verbunden ist. Eine Spannungsdetektionsschaltung 20 erkennt die momentane Spannung der Drehstrom-Eingangsspannung 12. Eine Spannungsamplituden-Berechnungseinheit 22 berechnet eine Spannungsamplitude, indem ein äquivalenter Spannungsvektor in Zweiphasenkoordinaten aus der von der Spannungsdetektionsschaltung erkannten momentanen Spannung berechnet wird, wie in der oben genannten JP2006-14546A angegeben wird. Wahlweise können die Spannungsdetektionsschaltung 20 und die Spannungsamplituden-Berechnungseinheit 22 entfallen, und in diesem Fall kann die Drehstrom-Eingangsspannung gleichgerichtet und die Spannungsamplitude aus dem Spitzenwert der gleichgerichteten Spannung berechnet werden. Wenn ein Spannungsausfall-Detektionsabschnitt 24 einen Spannungsausfall der handelsüblichen Drehstrom-Eingangsspannung 12 erkennt (die Funktionsweise des Spannungsausfall-Detektionsabschnitts 24 wird nachstehend beschrieben), gibt eine höhere Steuerung 26 einen Gleichspannungs-Schaltbefehl 28 zum Öffnen eines Schalters 30 zwischen dem Gleichrichter 14 und den Invertern 16 und zum Schließen eines Schalters 32 aus, so dass die Gleichspannung zu den Invertern 16 vom Gleichrichter 14 zu einem elektrischen Speichergerät 34 umgeleitet wird. Gleichzeitig wird ein Motorsteuerbefehl 36 ausgegeben, um den Betriebsmodus der Inverter 16 zu ändern, damit die Ansteuereinrichtung, die Werkstücke, die Werkzeuge und dgl. geschützt werden.
Die Zeit, während der die Motoransteuereinrichtung 10 den Normalbetrieb aufrechterhalten kann, oder die Spannungsausfalltoleranz, variiert je nach der Spannungsamplitude der Drehstromeingangsspannung 12. 2 zeigt die Beziehung zwischen der Eingangsspannungsamplitude und der Spannungsausfalltoleranz. Wenn im Beispiel von 2 die Eingangsspannungsamplitude 85% oder mehr des Nennwerts beträgt, ist die Spannungsausfalltoleranz unendlich, mit anderen Worten, die Motoransteuereinrichtung 10 kann den Normalbetrieb fortsetzen. Wenn die Eingangsspannungsamplitude auf 70% des Nennwerts abnimmt, kann die Motoransteuereinrichtung 10 danach aufgrund der als Kapazität in Kondensatoren (nicht dargestellt) der Schaltung gespeicherten Energie und der Induktanz der Wicklungen der Motoren 18 und dgl. noch 10 ms weiterarbeiten. Wenn die Eingangsspannungsamplitude auf 0% des Nennwerts abfällt, kann die Motoransteuereinrichtung 10 3 ms normal weiterarbeiten. Da die Beziehung zwischen der Eingangsspannungsamplitude und der Spannungsausfalltoleranz je nach Gerät verschieden ist, sollte sie im tatsächlichen Betrieb im Voraus gemessen werden.
Im Rahmen dieser Patentbeschreibung wird der Zeitwert, der durch die Subtraktion der erforderlichen Zeit zum Starten der Schaltoperation bei einem Spannungsausfall und erforderlichenfalls einer bestimmten Zugabe von der Zeit, während der die Motoransteuereinrichtung 10 den Normalbetrieb bei jeder Eingangsspannungsamplitude fortsetzen kann, erhalten wird, als die ”Spannungsausfalltoleranz” definiert. Bei dem in 2 dargestellten Beispiel wird angenommen, dass die Eingangsspannungsamplitude auf 70% des Nennwerts sinkt und danach konstant gehalten wird. Wenn in diesem Fall die Schaltoperation 10 ms nach dem Spannungsabfall gestartet wird, kann eine genaue Spannungsausfalldetektion erzielt werden. Wenn ferner die Eingangsspannungsamplitude auf 0% des Nennwerts abfällt, kann die Schaltoperation 3 ms danach gestartet werden.
3 ist ein Funktionsblockdiagramm, das eine Konfiguration des Spannungsausfall-Detektionsabschnitts 24 von 1 darstellt. Eine Zählereingangs-Berechnungseinheit 40 bestimmt die Spannungsausfalltoleranz aus der Spannungsamplitude von der Spannungsamplituden-Berechnungseinheit 22 (1) anhand der Beziehung von 2, die im Voraus gemessen und gespeichert worden ist, und bestimmt und gibt als Zählereingangswert einen Wert aus, der umgekehrt proportional zur Spannungsausfalltoleranz ist. Ein Zähler 42 akkumuliert den Zählereingangswert von der Zählereingangs-Berechnungseinheit 40 in vorgegebenen Intervallen. Ein Komparator 44 vergleicht den Ausgang des Zählers 42 mit einem vorgegebenen Schwellenwert und gibt das Ergebnis aus. Wenn der Ausgang des Zählers 42 größer als der Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass ein Spannungsausfall stattgefunden hat. Wenn der Ausgang des Zählers 42 kleiner oder gleich dem Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass kein Spannungsausfall stattgefunden hat.
Bei Annahme, dass die Spannungsausfalltoleranz Q [ms], das Akkumulationsintervall des Zählers 42T [ms] und eine beliebige Konstante a ist, werden der Zählereingangswert und der Schwellenwert wie folgt eingestellt: Zählereingangswert = a/Q. Schwellenwert = a/T.
Mit diesen Einstellungen sei eine Situation angenommen, bei der die Eingangsspannungsamplitude abnimmt, bis die Spannungsausfalltoleranz Q ein finiter Wert wird. Die Eingangsspannungsamplitude wird dann konstant gehalten, so dass die Spannungsausfalltoleranz Q ebenfalls konstant bleibt, und a/Q wird nach jeweils T [ms] zum Zähler 42 addiert. Hinsichtlich der Zeit, die vergeht, bis der Ausgang des Zählers 42 den Schwellenwert a/T erreicht, gilt folglich die Beziehung a/T = /a/Q) × (t/T); wobei das Ergebnis t = Q; ebenfalls gilt. Der Ausgang des Zählers 42 erreicht folglich den Schwellenwert nach Ablauf der Zeit entsprechend der Spannungsausfalltoleranz Q.
In der Praxis variiert die Eingangsspannungsamplitude von einem Moment zum andern und dementsprechend variiert auch die Spannungsausfalltoleranz von einem Moment zum andern. Durch Addieren des entsprechenden Wertes a/Q zum Zähler und Bestimmen des Spannungsausfalls auf Basis des Schwellenwerts a/T kann folglich der Spannungsausfall mit einer relativ einfachen Konfiguration genau erkannt werden.
Die Beziehung zwischen der Eingangsspannungsamplitude und dem Zählereingangswert a/Q bei a = 100 ist in 4 dargestellt. Durch Speichern der Beziehung von 4 im Voraus anstelle der Beziehung von 2 kann die Zählereingangs-Berechnungseinheit 40 einfacher konfiguriert werden.
Wenn der Ausgang der Zählereingangs-Berechnungseinheit 40 zu null wird, mit anderen Worten, wenn die Versorgungsspannung auf den Pegel zurückkehrt, bei dem der Normalbetrieb fortgesetzt werden kann (im oben beschriebenen Beispiel, wenn die Versorgungsspannung auf einen Wert gleich oder größer 85% des Nennwerts zurückgeht), wird der Akkumulationswert im Zähler gelöscht. Wenn der Akkumulationswert im Zähler nicht gelöscht wird und die Spannung wieder abfällt, wird der Spannungsausfall rascher erkannt als der tatsächlichen Spannungsausfalltoleranz entspricht. Durch Löschen des Akkumulationswerts im Zähler bei Rückkehr zur Versorgungsspannung kann dieses Problem vermieden werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 9-227307 A [0002]
JP 10-263973 A [0002]
JP 11-178245 A [0002]
JP 2006-14546 A [0003, 0004, 0015]
JP 2005-192353 A [0005]

Claims

Motoransteuereinrichtung mit einem Gleichrichter zum Wandeln einer Drehstrom-Eingangsspannung in eine Gleichspannung und mindestens einem Inverter zum Wandeln der Gleichspannung in eine Wechselspannung mit einer gewünschten Frequenz, die aufweist: einen Spannungsamplituden-Detektionsabschnitt zum Erkennen des Wertes einer Spannungsamplitude der Drehstromeingangsspannung; einen Zählereingangs-Bestimmungsabschnitt zum Bestimmen eines Wertes als Zählereingangswert, der umgekehrt proportional zu einer Spannungsausfalltoleranz ist, die aus dem Spannungsamplitudenwert bestimmt wird, der vom Spannungsamplituden-Detektionsabschnitt erkannt wird; einen Zähler zum Akkumulieren des Zählereingangswertes, der vom Zählereingangs-Bestimmungsabschnitt in vorgegebenen Intervallen bestimmt wird; und einen Spannungsausfall-Detektionsabschnitt zum Erkennen des Spannungsausfalls bzw. der Spannungsabsenkung, indem ein Ausgang des Zählers mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen wird.
Motoransteuereinrichtung nach Anspruch 1, bei der dann, wenn der Zählereingangswert null ist, der Ausgang des Zählers auf seinen Anfangswert zurückgesetzt wird.
Verfahren zum Erkennen eines Spannungsausfalls für eine Motoransteuereinrichtung mit einem Gleichrichter zum Wandeln einer Drehstrom-Eingangsspannung in eine Gleichspannung und mindestens einem Inverter zum Wandeln der Gleichspannung in eine Wechselspannung mit einer gewünschten Frequenz, das aufweist: Erkennen des Wertes einer Spannungsamplitude der Drehstromeingangsspannung; Bestimmen eines Wertes, der umgekehrt proportional zu einer Spannungsausfalltoleranz ist, die aus dem erkannten Spannungsamplitudenwert bestimmt wird; Akkumulieren des Wertes, der umgekehrt proportional zur Spannungsausfalltoleranz ist, in vorgegebenen Intervallen; und Erkennen des Spannungsausfalls bzw. der Spannungsabsenkung, indem der akkumulierte Wert mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, das ferner den Schritt des Rücksetzens des akkumulierten Wertes auf seinen Anfangswert aufweist, wenn der Wert, der umgekehrt proportional zur Spannungsausfalltoleranz ist, null ist.