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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motortreibervorrichtung mit einer Funktion zum Regeln der Spannung des Gleichspannungszwischenkreises durch eine regelnde Steuerung in einem AC/DC-Wandler, wenn sich die Last eines DC/AC-Wandlers während der Beschleunigung/Verzögerung eines Motors plötzlich ändert.
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2. Beschreibung der verwandten Technik
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Bei einer Motortreibervorrichtung zum Antrieb einer Werkzeugmaschine, einer Industriemaschine, eines Roboters oder dgl. kann ein Verfahren (PWM-(pulse width modulation)Konverterverfahren) angewendet werden, das die Wellenform eines Eingangsstroms in eine im Wesentlichen sinusförmige Wellenform wandelt, indem die PWM-Steuerung bei Verwendung eines Spannungsschaltgeräts auf eine AC/DC-Wandlungsoperation angewendet wird, um eine Wechselspannung in eine Gleichspannung zu wandeln.
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Das PWM-Konverterverfahren hat den Vorteil einer drastischen Verringerung der Oberwellen des Eingangsstroms durch Erhöhen der PWM-Schaltfrequenz und Erzeugen einer variablen Ausgangsgleichspannung.
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Die japanische Offenlegungsschrift Nr. H10-257773 (
JP10-257773A ) offenbart eine Technik zum Regeln der Ausgangsgleichspannung einer PWM-Konvertervorrichtung durch Korrigieren des Wertes des integralen Terms eines Strombefehlswertes, so dass der Strombefehlswert null wird, wenn die Ausgangsgleichspannung einen oberen Spannungsgrenzwert erreicht.
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Andererseits offenbart die japanische Offenlegungsschrift Nr. H08-149855 (
JP9-149855A ) eine Technik zur Unterdrückung der Schwankungen der Zwischenkreisgleichspannung aufgrund einer plötzlichen Laständerung, indem Vorkehrungen zur Lieferung eines Motordrehzahl-Befehlswertes an einen AC/DC-Wandler getroffen sind, bevor dieser an einen DC/AC-Wandler geliefert wird.
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Wie jedoch in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. H10-257773 (
JP10-257773A ) beschrieben wird, hat das PWM-Konverterverfahren den Nachteil, dass sich die Ausgangsgleichspannung (Gleichspannungszwischenkreis) während der Beschleunigung/Verzögerung des Motors ändert und instabil wird, wenn sich die Last des AC/DC-Wandlers plötzlich ändert.
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Ein möglicher Ansatz, um dieses Problem anzugehen, sieht eine höhere Verstärkung des Regelkreises vor, wie eine Spannungssteuerverstärkung oder eine Strom steuerverstärkung, wodurch die Dynamik der PWM-Steuerung verbessert und die Stabilität des Gleichspannungszwischenkreises erhöht wird. In dem Fall wird auch die PWM-Schaltfrequenz erhöht, da der Regelkreis bei einer einfachen Erhöhung des Verstärkungsfaktors oszillieren würde. Da jedoch die Temperatur des Spannungsschaltgeräts proportional zur Erhöhung der PWM-Schaltfrequenz ansteigt, ist es nicht immer möglich, die hohe PWM-Schaltfrequenz über einen längeren Zeitraum aufrechtzuerhalten.
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Die Aufgabe der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Motortreibervorrichtung mit einer Funktion, die die Gleichspannung des Zwischenkreises regeln kann, während sie einen Temperaturanstieg des Spannungsschaltgeräts unterdrückt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der Erfindung wird eine Motortreibervorrichtung bereitgestellt mit: einem AC/DC-Wandler, der eine von einer Wechselspannungsquelle gelieferte Wechselspannung über eine PWM-Schaltsteuerung eines Spannungsschaltgeräts in eine Gleichspannung wandelt; und einem DC/AC-Wandler, der die Gleichspannung in eine Wechselspannung mit variabler Frequenz zum Treiben eines Motors auf eine gesteuerte Weise wandelt, und bei der der AC/DC-Wandler enthält: eine Steuereinheit, die auf Basis eines Fehlers zwischen der Gleichspannung und einem Gleichspannungs-Vorgabewert ein PWM-Signal für die PWM-Schaltsteuerung des Spannungsschaltgeräts erzeugt; und eine Einheit zum Variieren der Frequenz/des Verstärkungsfaktors, die die Frequenz des von der Steuereinheit zu erzeugenden PWM-Signals und die Steuerverstärkung in der Steuereinheit höher als auf Normalniveau während einer Periode, in der die Last des DC/AC-Wandlers schwankt, einstellt.
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Die Einheit zum Variieren der Frequenz/des Verstärkungsfaktors stellt z. B. Frequenz und Verstärkungsfaktor höher als auf Normalniveau vor Beginn der Beschleunigung oder Verzögerung des Motors ein, dessen Ansteuerung vom DC/AC-Wandler gesteuert wird, und setzt Frequenz und Verstärkungsfaktor bei Beendigung der Beschleunigung oder Verzögerung auf das Normalniveau zurück.
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Durch eine solche Erhöhung der Frequenz und des Verstärkungsfaktors, um die Dynamik nur während der Periode, in der die Spannung des Gleichspannungszwischenkreises aufgrund der Schwankung der CD/AC-Wandlerlast instabil werden kann, zu verbessern, wird nicht nur die Dynamik während der Lastschwankung verbessert, sondern auch der Temperaturanstieg auf einem Minimum gehalten.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die obige und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich besser aus der nachstehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen; es zeigen:
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1 ein Blockdiagramm der Konfiguration einer Motortreibervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ein Blockdiagramm, das die Steuerung zeigt, die in einem AC/DC-Wandler ausgeführt wird;
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3 ein Blockdiagramm der Konfiguration einer Motortreibervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
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4 ein Blockdiagramm der Konfiguration einer Motortreibervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben. In sämtlichen Zeichnungen sind gleiche Bauelemente mit identischen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Nunmehr sei auf die Zeichnungen verwiesen, in denen 1 ein Blockdiagramm ist, das die Konfiguration einer Motortreibervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein AC/DC-Wandler 10 wandelt über die Schaltsteuerung eines Spannungsschaltgeräts 12 eine von einer Wechselspannungsquelle 14 (in diesem Fall eine Dreiphasen-Wechselspannungsquelle) Wechselspannung in eine auszugebende Gleichspannung. Ein DC/AC-Wandler 16 steuert die Schaltoperation eines Spannungsschaltgeräts 18 gemäß einem Drehzahlbefehl von einer NC-Vorrichtung 17 und wandelt dadurch die vom AC/DC-Wandler 10 gelieferte Gleichspannung in eine Wechselspannung mit einer Frequenz entsprechend dem Drehzahlbefehl, um einen Motor 20 anzusteuern.
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Der AC/DC-Wandler 10 enthält eine Steuereinheit 22 und eine Einheit 24 zum Variieren der Frequenz/des Verstärkungsfaktors. Die Steuereinheit 22 erzeugt auf Basis eines Fehlers zwischen der Gleichspannung, d. h. der Spannung des Gleichspannungszwischenkreises, die vom AC/DC-Wandler ausgegeben wird, und einem Spannungsbefehl des Gleichspannungszwischenkreises sowie des Wertes eines Stroms von der Spannungsquelle 14 ein PWM-Signal für die PWM-Steuerung des Spannungsschaltgeräts 12. Die Einheit 24 zum Variieren der Frequenz/des Verstärkungsfaktors variiert die Regelkreisverstärkung in der Steuereinheit 22 und die Frequenz des PWM-Signals, das von der Steuereinheit 22 auszugeben ist, auf eine solche Weise, dass dann, wenn ein Startsignal für die Beschleunigung/Verzögerung vom DC/AC-Wandler 16 empfangen wird, die Regelkreisverstärkung und die Frequenz höher als auf ihr Normalniveau eingestellt und wenn ein Endesignal für die Beschleunigung/Verzögerung empfangen wird, die Regelkreisverstärkung und die Frequenz auf ihr Normalniveau zurückgesetzt werden.
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Das Startsignal und das Endesignal für die Beschleunigung/Verzögerung, die an die Einheit 24 zum Variieren der Frequenz/des Verstärkungsfaktors zu liefern sind, wird z. B. im DC/AC-Wandler 16 erzeugt. Wie oben beschrieben gibt der DC/AC-Wandler 16 eine Wechselspannung aus, deren Frequenz mit dem von der NC-Vorrichtung 17 gelieferten Drehzahlbefehl übereinstimmt. Wenn der Drehzahlbefehl geändert wird, sendet der DC/AC-Wandler 16 zunächst das Startsignal für die Beschleunigung/Verzögerung an den AC/DC-Wandler 10 und startet dann die Steuerung, um den Motor 20 zu beschleunigen oder zu verzögern. Wenn die Beschleunigungs- oder Verzögerungssteuerung beendet ist, gibt der DC/AC-Wandler 16 das Endesignal für die Beschleunigung/Verzögerung aus.
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Da der Verstärkungsfaktor im Regelkreis im AC/DC-Wandler 10 für die Periode, während der des DC/AC-Wandler 16 die Beschleunigungs- oder Verzögerungssteuerung ausführt, hoch eingestellt ist und deshalb die Möglichkeit besteht, dass die Spannung des Gleichspannungszwischenkreises aufgrund der schwankenden Last des DC/AC-Wandlers 19 instabil wird, verbessert sich die Stabilität der Spannung des Gleichspannungszwischenkreises. Um das Auftreten von Oszillieren aufgrund des hohen Verstärkungsfaktors des Regelkreises zu vermeiden, wird die Frequenz des PWM-Signals ebenfalls während dieser Periode hoch eingestellt und gehalten, aber da die Frequenz bei Beendigung der Beschleunigungs- oder Verzögerungssteuerung auf das Normalniveau zurückgesetzt wird, wird der Temperaturanstieg im Spannungsschaltgerät auf einem Minimum gehalten.
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2 ist ein Blockdiagramm, das die im AC/DC-Wandler 10 ausgeführte Steuerung veranschaulicht. Am Knoten 30 wird ein Fehler zwischen der Spannung des Gleichspannungszwischenkreises und dem Spannungsbefehlswert des Gleichspannungszwischenkreises berechnet und im Block 32 wird ein Versorgungsstrom-Befehlswert durch PI-Berechnungen berechnet. Am Knoten 34 wird ein Fehler zwischen dem Wert des Versorgungsstroms und dem Versorgungsstrom-Befehlswert berechnet und im Block 36 wird ein PWM-Befehlswert durch PI-Berechnungen berechnet. In Block 38 erfolgt eine PWM-Modulation, indem der PWM-Befehlswert mit einer Dreieckwellenform konstanter Frequenz verglichen wird und das Vergleichergebis wird ausgegeben. In Block 40 wird die Spannungsquelle modelliert. In Block 42 wird ein Kondenstor 19 des Gleichspannungszwischenkreises (1) modelliert.
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Die Einheit 24 zum Variieren der Frequenz/des Verstärkungsfaktors (1) stellt den Verstärkungsfaktor in Block 36 für die Periode ab dem Zeitpunkt, zu dem das Startsignal für die Beschleunigung/Verzögerung empfangen wird, bis zu dem Zeitpunkt, in dem das Endesignal für die Beschleunigung/Verzögerung empfangen wird, auf ein höheres als das Normalniveau ein. Durch eine solche Verstärkung der Stromschleife, die im Knoten 34 beginnt und nach dem Passieren der Blöcke 36, 38 und 40 zum Knoten 34 zurückkehrt, wird die Dynamik der PWM-Steuerung verbessert. Um das Auftreten von Oszillieren aufgrund des hohen Verstärkungsfaktors des Regelkreises zu vermeiden, wird die Frequenz des PWM-Signals im Block 38 ebenfalls während dieser Periode hoch eingestellt und gehalten. Da die Frequenz des PWM-Signals nur während dieser Periode hoch eingestellt ist, wird der Temperaturanstieg im Spannungsschaltgerät auf einem Minimum gehalten.
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3 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Motortreibervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Bei dieser Ausführungsform werden der tatsächlich gemessene Wert und der Befehlswert der Spannung des Gleichspannungszwischenkreises ebenfalls an die Einheit 24 zum Variieren der Frequenz/des Verstärkungsfaktors geliefert. Zusätzlich zur oder anstelle der Variation der Frequenz und des Verstärkungsfaktors gemäß dem Start-/Endesignal für die Beschleunigung/Verzögerung berechnet die Einheit 24 zum Variieren der Frequenz/des Verstärkungsfaktors den Fehler zwischen der Spannung des Gleichspannungszwischenkreises und dem Spannungsbefehlswert des Gleichspannungszwischenkreises und vergleicht den Fehler mit einem ersten Schwellenwert; wenn der Fehler den ersten Schwellenwert überschreitet, werden die Frequenz und der Verstärkungsfaktor in der Steuereinheit 22 höher als ihr Normalniveau eingestellt, indem bestimmt wird, dass die Last schwankt; und wenn der Fehler auf einen zweiten Schwellenwert, der kleiner ist als der erste Schwellenwert, sinkt oder diesen unterschreitet, werden Frequenz und Verstärkungsfaktor auf ihr Normalniveau zurückgesetzt. Da dadurch der Verstärkungsfaktor des Regelkreises nur während der Periode der Lastschwankung und der instabil werdenden Spannung des Zwischenkreises höher eingestellt ist, wird nicht nur die Spannung des Gleichspannungszwischenkreises stabil, sondern es kann auch der Temperaturanstieg auf einem Minimum gehalten werden.
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4 zeigt eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist ein Temperatursensor 44 am Spannungsschaltgerät 12 oder am Kühlkörper, an dem das Spannungsschaltgerät 12 installiert ist, angebracht, und der Wert der vom Temperatursensor 44 erfassten Temperatur wird an die Einheit 24 zum Variieren der Frequenz/des Verstärkungsfaktors geliefert. Wenn die vom Temperatursensor 44 erfasste Temperatur höher ist als ein vorgegebener Wert, hält die Einheit 24 zum Variieren der Frequenz/des Verstärkungsfaktors Frequenz und Verstärkungsfaktor selbst während der Periode der Lastschwankung auf ihrem Normalniveau und verhindert so einen weiteren Temperaturanstieg. Sonst ist diese Ausführungsform mit der ersten und zweiten Ausführungsform identisch.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden ist, versteht es sich für den Fachmann, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Gültigkeitsbereich der beigefügten Ansprüche abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 10-257773 A [0004, 0006]
- JP 9-149855 A [0005]
