DE102012020473A1 - Motor-Ansteuervorrichtung mit Blindstromanweisungserzeugungseinheit - Google Patents

Motor-Ansteuervorrichtung mit Blindstromanweisungserzeugungseinheit Download PDF

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Yasusuke Iwashita
Hajime Ogawa
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Abstract

Eine Motor-Ansteuervorrichtung (1) umfasst einen Wandler (11), der einen Eingangswechselstrom in Gleichstrom umwandelt, einen Inverter (12), der den Gleichstrom, der durch den Wandler (11) ausgegeben ist, in Wechselstrom zum Ansteuern eines Motors (3) invertiert, eine Spannungserfassungseinheit (13), die eine Spannung auf einer Gleichstrom-Ausgangsseite des Wandlers (11) erfasst, und eine numerische Steuereinheit (14), die den Inverter (12) veranlasst, einen Blindstrom auszugeben, um in dem Motor (3) aufgenommenen elektrischen Strom zu erhöhen, wenn die durch die Spannungserfassungseinheit (13) erfasste Spannung einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.

Description

  • Hintergrund
  • 1. Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motor-Ansteuervorrichtung zum Steuern eines Motors, wobei die Motor-Ansteuervorrichtung Wechselstrom aus einer Wechselstromzufuhr in Gleichstrom umwandelt und dann den Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt, der als Ansteuerstrom für den Motor verwendet wird. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Motor-Ansteuervorrichtung, die eine Erzeugung einer anomalen Überspannung in einem Wandler unterdrücken kann.
  • 2. Beschreibung des verwandten Stands der Technik
  • In einem Werkzeugmaschinensystem ist ein Motor für jede Antriebswelle einer Werkzeugmaschine vorgesehen, und diese Motoren werden durch eine Motor-Ansteuervorrichtung gesteuert und angesteuert. Die Motor-Ansteuervorrichtung weist jeden der Motoren bezüglich Geschwindigkeit, Drehmoment oder einer Rotorposition des Motors an, die zum Antreiben der entsprechenden Antriebswellen der Werkzeugmaschine vorgesehen sind. Somit steuert die Motor-Ansteuervorrichtung die Motoren.
  • Die Motor-Ansteuervorrichtung weist einen Wandler und einen Inverter auf. Der Wandler wandelt handelsüblichen Dreiphasen-Wechselstrom in Gleichstrom um. Der Inverter invertiert den durch den Wandler ausgegebenen Gleichstrom in Wechselstrom, der eine gewünschte Frequenz aufweist und der als Ansteuerstrom für den Motor verwendet wird, oder wandelt durch den Motor regenerierten Wechselstrom in Gleichstrom um. Die Motor-Ansteuervorrichtung steuert Geschwindigkeit, Drehmoment oder Rotorposition des Motors, der mit der Wechselstromseite des Inverters verbunden ist.
  • Die Anzahl der vorgesehenen Inverter ist gleich der Anzahl der Motoren. Diese Inverter führen den Motoren individuell elektrischen Ansteuerstrom zu, die für eine Vielzahl von Antriebswellen in einer Werkzeugmaschine vorgesehen sind, um die Motoren zu steuern. Außerdem ist in vielen Fällen ein Wandler für eine Vielzahl von Invertern vorgesehen, um die Kosten der Motor-Ansteuervorrichtung oder den belegten Raum zu verringern.
  • Steuert die Motor-Ansteuervorrichtung eine Geschwindigkeit des Motors dahingehend, langsamer zu werden, dann regeneriert der Motor elektrischen Strom. Der regenerierte elektrische Strom wird über den Inverter auf die Seite des Wandlers rückgeführt. Somit ist der Inverter als ein Halbleiterwandler für elektrischen Strom aufgebaut, der die Fähigkeit aufweist, nicht lediglich Gleichstrom in Wechselstrom zu invertieren, sondern ebenso Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln, er ist mit anderen Worten in der Lage, elektrischen Strom von Wechselstrom in Gleichstrom und umgekehrt umzuwandeln.
  • Durch den Motor zum Zeitpunkt der Steuerung des Abbremsens des Motors regenerierter elektrischer Strom erhöht eine Spannung auf der Gleichstrom-Ausgangsseite des Wandlers. Hoher regenerierter elektrischer Strom erhöht die Spannung auf der Gleichstrom-Ausgangsseite des Wandlers scharf, wodurch eine anomale Überspannung erzeugt wird. Im Ergebnis kann der Wandler Schaden beziehen.
  • Damit die Erzeugung einer solchen anomalen Überspannung auf der Gleichstrom-Ausgangsseite des Wandlers vermieden wird, ist zusätzlich ein Regenerierungswiderstand oder eine regenerative Stromzufuhrschaltung vorgesehen. Der Regenerierungswiderstand ist auf der Gleichstrom-Ausgangsseite des Wandlers vorgesehen. Der Regenerierungswiderstand erzeugt Wärme, um den elektrischen Strom aufzunehmen, der dem gestiegenen Betrag der Spannung auf der Gleichstrom-Ausgangsseite entspricht. Die regenerative Stromzufuhrschaltung führt regenerierten elektrischen Strom zurück zu der Seite der Wechselstromzufuhr.
  • Zum Beispiel, wie in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegung Nr. H07-95775 beschrieben, wird eine Inverterschutzvorrichtung vorgeschlagen. Die Inverterschutzvorrichtung berechnet einen Pegel des regenerierten elektrischen Stroms auf der Grundlage einer Ausgangsspannung des Wandlers und eine Flussrichtung eines Gleichstroms, der in den Inverter fließt. übersteigt der regenerierte elektrische Strompegel einen vorbestimmten Wert, dann stellt die Inverterschutzvorrichtung eine elektrische Verbindung mit dem Regenerierungswiderstand her, um Wärme zu erzeugen, um wiederum den elektrischen Strom aufzunehmen, der dem gestiegenen Betrag der Gleichspannung entspricht. Auf diese Art und Weise verhindert die Inverterschutzvorrichtung einen Schaden an dem Inverter aufgrund der Überspannung.
  • Abhängig von dem Betrag einer Motorträgheit oder einer Motorgeschwindigkeit wird ein Überstrom oberhalb eines Nennwerts zu dem Zeitpunkt der Regenerierung erzeugt, so dass der Regenerierungswiderstand beschädigt werden kann. Aus diesem Grund wird eine Regenerierungswiderstands-Schutzschaltung oder dergleichen vorgeschlagen, die einen Strom abschaltet, der zu dem Regenerierungswiderstand fließt, zu dem Zeitpunkt der Erzeugung der Überspannung.
  • Zum Beispiel, wie in dem japanischen Patent Nr. 3511173 beschrieben, wird eine Regenerierungswiderstands-Schutzeinrichtung vorgeschlagen. Diese Einrichtung schaltet einen Strom ab, der zu dem Regenerierungswiderstand aus einer Kapazität fließt, die zwischen die Ausgangsklemmen des Wandlers geschaltet ist, zu dem Zeitpunkt des Erfassens eines Überstroms oberhalb eines Nennwerts des Regenerierungswiderstands. Zum gleichen Zeitpunkt schaltet diese Einrichtung ebenso eine Eingangssteuerkontakt-Einrichtung ab, die einen Wechselstrom steuert, der in den Wandler eingegeben wird. Dadurch kann ein Ausbrennen des Regenerierungswiderstands verhindert werden.
  • Als ein weiteres Beispiel, wie in dem japanischen Patent Nr. 3368930 beschrieben, wird eine Servomotorregenerierungs-Verarbeitungsschaltung vorgeschlagen. Diese Schaltung berechnet regenerierten elektrischen Strom auf der Grundlage eines Stroms, einer Geschwindigkeit, eines Drehmoments und dergleichen eines Servomotors, berechnet ein Abbremsdrehmoment, um den Servomotor derart abzubremsen, dass der regenerierte elektrische Strom einen zulässigen regenerierten elektrischen Strom nicht überschreitet. Dadurch ist es möglich, ein Ausbrennen des Regenerierungswiderstands, eines Transistors und dergleichen durch die Überspannung zu verhindern.
  • Damit die Erzeugung einer anomalen Überspannung auf der Gleichstrom-Ausgangsseite des Wandlers vermieden wird, wird zusätzlich ein Regenerierungswiderstand, der Wärme erzeugt, um den elektrischen Strom aufzunehmen, der einem gestiegenen Betrag einer Spannung auf der Gleichstrom-Ausgangsseite entspricht, zusätzlich auf der Gleichstrom-Ausgangsseite des Wandlers vorgesehen, oder kann zusätzlich eine regenerative Stromzufuhrschaltung vorgesehen werden, die regenerierten elektrischen Strom zu der Seite der Wechselstromzufuhr zurückführt. In diesem Fall, falls der Motor im Übermaß elektrischen Strom regeneriert, ist es erforderlich, einen Regenerierungswiderstand oder eine regenerative Stromzufuhrschaltung auszuwählen, die eine große Kapazität gemäß dem Betrag eines solchen im Übermaß regenerierten elektrischen Stroms aufweist. Unglücklicherweise, abhängig von einer solchen großen Kapazität, wird die Größe der Motor-Ansteuervorrichtung erhöht, und werden auch die Kosten erhöht.
  • Zum Beispiel, gemäß der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegung Nr. H07-95775 , die vorstehend beschrieben ist, weicht ein Betrag an durch den Motor regenerierten elektrischen Strom zu dem Zeitpunkt der Erzeugung abhängig von der Spezifikation und dem Betrieb des Motors ab. Demgemäß, falls der Motor übermäßigen elektrischen Strom regeneriert, ist es erforderlich, einen Regenerierungswiderstand oder eine regenerative Stromzufuhrschaltung auszuwählen, die eine große Kapazität gemäß dem Betrag eines solchen im Übermaß erzeugten elektrischen Stroms aufweist. Unglücklicherweise, abhängig von einer solchen großen Kapazität, werden die Kosten der Motor-Ansteuervorrichtung erhöht.
  • Gemäß den japanischen Patenten Nr. 3511173 und 3368930 , die vorstehend beschrieben sind, wird zusätzlich die Regenerierungswiderstands-Schutzschaltung vorgesehen, die den Regenerierungswiderstand schützt. Aufgrund der zusätzlichen Regenerierungswiderstands-Schutzschaltung werden unglücklicherweise die Kosten der Motor-Ansteuervorrichtung erhöht. Insbesondere gemäß dem japanischen Patent Nr. 3368930 , das vorstehend beschrieben ist, zusätzlich zu dem Regenerierungswiderstand, muss die Regenerierungswiderstands-Schutzschaltung oder dergleichen vorgesehen werden, was die Kosten der Motor-Ansteuervorrichtung noch weiter erhöht.
  • Kurzfassung
  • In Anbetracht der vorstehend beschriebenen Probleme besteht eine Aufgabe der Erfindung in einem Bereitstellen einer Motor-Ansteuervorrichtung, die einen Wandler, der einen Eingangswechselstrom in Gleichstrom umwandelt, und einen Inverter aufweist, der den durch den Wandler ausgegebenen Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt, der zum Ansteuern eines Motors verwendet wird, und die einen Vorteil dahingehend erreichen kann, dass anomale Überspannung unterdrückt werden kann, die Steuerung leicht fällt, die Kosten gering sind und weniger Raum erforderlich ist.
  • Damit die vorstehend beschriebene Aufgabe gelöst wird, sieht die Erfindung eine Motor-Ansteuervorrichtung vor, die umfasst: einen Wandler, der einen Eingangswechselstrom in Gleichstrom umwandelt, einen Inverter, der den durch den Wandler ausgegebenen Gleichstrom in einen Wechselstrom zum Ansteuern eines Motors umwandelt, eine Spannungserfassungseinheit, die eine Spannung auf einer Gleichstromausgangsseite des Wandlers erfasst, und eine numerische Steuereinheit, die eine Steuerung durchführt, die den Inverter veranlasst, einen Blindstrom auszugeben, um den elektrischen Strom zu erhöhen, der in dem Motor aufgenommen wird, wenn eine durch die Spannungserfassungseinheit erfasste Spannung einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die numerische Steuereinheit eine Spannungsüberwachungseinheit, die überwacht, ob eine durch die Spannungserfassungseinheit erfasste Spannung den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet oder nicht, und eine Blindstrom-Anweisungseinheit, die eine Blindstromanweisung erzeugt, um den Inverter zu veranlassen, einen Blindstrom gemäß einer durch die Spannungserfassungseinheit erfassten Spannung auszugeben, wenn die Spannungsüberwachungseinheit bestimmt, dass eine durch die Spannungserfassungseinheit erfasste Spannung den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
  • Der vorbestimmte Schwellenwert kann niedriger als ein Maximalspannungswert auf der Gleichstrom-Ausgangsseite gesetzt werden, der für den Wandler zulässig ist.
  • Die numerische Steuereinheit kann eine Steuerung durchführen, die zumindest einen der Inverter veranlasst, einen Blindstrom auszugeben, wenn eine durch die Spannungserfassungseinheit erfasste Spannung den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
  • Ein Grenzwert einer Stromausgabe aus dem Inverter zu dem Motor kann größer einem Grenzwert eines Stroms gesetzt werden, der zum Beschränken des Ausgangsdrehmoments des Motors bestimmt wurde.
  • Die numerische Steuereinheit kann eine Steuerung durchführen, die den Inverter veranlasst, einen Blindstrom mit einem Sinussignalverlauf oder einem Rechtecksignalverlauf auszugeben, wenn eine durch die Spannungserfassungseinheit erfasste Spannung den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung wird klarer verstanden werden durch Bezugnahme auf die nachfolgenden Zeichnungen. Es zeigen:
  • 1 eine Motor-Ansteuervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 2 ein Ablaufdiagramm, das einen Betriebsablauf einer Motor-Ansteuervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
  • 3 eine Beziehung eines Scheinstroms zu einem Wirkstrom und einem Blindstrom;
  • 4 ein Setzen eines Schwellenwerts für eine Spannungsüberwachung in einer Motor-Ansteuervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 5 einen Signalverlauf einer Blindstromanweisung in einer Motor-Ansteuervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und einen Fall, in dem eine Blindstromanweisung einen Sinussignalverlauf aufweist; und
  • 6 einen Signalverlauf einer Blindstromanweisung in einer Motor-Ansteuervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und einen Fall, in dem eine Blindstromanweisung einen Rechtecksignalverlauf aufweist.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Nachstehend wird eine Motor-Ansteuervorrichtung mit einer Blindstromanweisungs-Erzeugungseinheit unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden. Die Erfindung ist nicht auf das in den Zeichnungen gezeigte oder nachstehend beschriebene Ausführungsbeispiel eingeschränkt. Die nachstehend beschriebene Motor-Ansteuervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist mit Motoren verbunden, die zum Antreiben von Antriebswellen vorgesehen sind, wie einer Vorschubwelle und einer Hauptwelle in einer Werkzeugmaschine. Die Anzahl der Motoren ist die gleiche wie die Anzahl der Antriebswellen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Werkzeugmaschine drei Antriebswellen auf, und demgemäß sind drei Motoren für die Antriebswellen vorgesehen. Diese Anzahl der Antriebswellen und Motoren ist ein Beispiel, und schränkt den Schutzbereich der Erfindung nicht ein.
  • 1 zeigt die Motor-Ansteuervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung. In dem Beispiel gemäß 1, da die Werkzeugmaschine drei Antriebswellen aufweist, sind drei Motoren 3 vorgesehen, und die Motor-Ansteuervorrichtung 1 steuert diese Motoren 3, und steuert diese ebenso an.
  • Die Motor-Ansteuervorrichtung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst einen Wandler 11, Inverter 12, eine Spannungserfassungseinheit 13 und eine numerische Steuereinheit 14. Der Wandler 11 wandelt einen Wechselstrom, der in ihn aus einer handelsüblichen Dreiphasen-Wechselstromzufuhr 2 eingegeben wird, in einen Gleichstrom um. Die Inverter 12 invertieren den aus dem Wandler 11 ausgegebenen Gleichstrom in Wechselströme zum Ansteuern der Motoren 3. Die Spannungserfassungseinheit 13 erfasst eine Spannung auf der Gleichstrom-Ausgangsseite des Wandlers 11. Überschreitet eine durch die Spannungserfassungseinheit 13 erfasste Spannung einen vorbestimmten Schwellenwert, dann veranlasst die numerische Steuereinheit 14 die Inverter 12, Blindströme auszugeben. Dadurch nehmen die Motoren 3 mehr elektrischen Strom auf.
  • Der Wandler 11 ist beispielsweise durch eine Brückenschaltung aufgebaut, die Halbleiterstromeinrichtungen und Dioden umfasst. Die Dioden sind mit den Halbleiterstromeinrichtungen in einer umgekehrt parallelen Schaltung verschaltet. Der Wandler 11 umfasst einen Glättungskondensator, der sich auf der Gleichstrom-Ausgangsseite befindet, um die umgewandelte Gleichspannung zu glätten. Der Wandler 11 richtet den gesamten Signalverlauf einer Wechselspannung aus der handelsüblichen Dreiphasen-Wechselstromzufuhr in eine Gleichspannung gleich durch sechs Dioden, wenn den Motoren 3 elektrischer Strom zugeführt wird, d. h. wenn die Motoren 3 angetrieben werden.
  • Jeder der Inverter 12 ist zum Beispiel durch eine Brückenschaltung aufgebaut, die Halbleiterstromeinrichtungen und Dioden umfasst. Die Dioden sind mit den Halbleiterstromeinrichtungen in einer umgekehrt parallelen Schaltung verschaltet. Der Schaltbetrieb des Inverters 12 wird durch die numerische Steuereinheit 14 gesteuert. Das heißt, die Steuerung (zum Beispiel Pulsweiten-Modulationssteuerung) des Ein- und Ausschaltens der Stromhalbleiter gemäß Anweisungen aus der numerischen Steuereinheit 14 ermöglicht dem Inverter 12, eine Gleichspannung in eine Wechselspannung mit einem gewünschten Signalverlauf und einer gewünschten Frequenz zu invertieren. Der Ansteuerwechselstrom, der durch den Inverter 12 ausgegeben wird, wird dem Motor 3 zugeführt, um den Motor 3 zu drehen.
  • Die Spannungserfassungsschaltung 13 erfasst eine Spannung auf der Gleichstrom-Ausgangsseite des Wandlers 11.
  • Die numerische Steuereinheit 14 weist eine Funktion zum Erzeugen einer Wirkstromanweisung und eine Funktion zum Erzeugen einer Blindstromanweisung auf, und gibt eine Wirkstromanweisung und eine Blindstromanweisung aus, um den Schaltbetrieb der Stromhalbleiter in den Invertern 12 zu steuern. Für diese Funktionen umfasst die numerische Steuereinheit 14 eine Spannungsüberwachungseinheit 21, eine Blindstromanweisungs-Erzeugungseinheit 22 und eine Wirkstromanweisungs-Erzeugungseinheit 23. Jede der Spannungsüberwachungseinheit 21, der Blindstromanweisungs-Erzeugungseinheit 22 und einer Wirkstromanweisungs-Erzeugungseinheit 23 wird durch einen arithmetischen Prozessor aufgebaut, wie zum Beispiel einen DSP (digitaler Signalprozessor) oder ein FPGA (feldprogrammierbares Gate-Array), und deren Betrieb wird durch ein Software-Programm definiert.
  • Damit der Motor 3 zu einer Drehung gemäß einer gewünschten Geschwindigkeit (zum Beispiel Beschleunigung, Abbremsung, einer konstanten Geschwindigkeit, Anhalten oder dergleichen), einem gewünschten Drehmoment oder einer gewünschten Rotorposition veranlasst wird, erzeugt die Wirkstromanweisungs-Erzeugungseinheit 23 eine Wirkstromanweisung, die den entsprechenden Inverter 12 veranlasst, einen Wechselstrom auszugeben, der einen erforderlichen Signalverlauf und eine erforderliche Frequenz aufweist, auf der Grundlage von Drehinformationen, wie einer Geschwindigkeit und einer Position des Rotors des Motors 3. Die Drehinformationen werden aus einem Sensor 31 empfangen, der bei dem Motor 3 angebracht ist. Eine derartige Wirkstromanweisung wird für jeden der Inverter 12 erzeugt (d. h. für jeden der Motoren 3). Die Wirkstromanweisungseinheit 23 operiert unabhängig von der Blindstrom-Anweisungseinheit 22, die nachstehend beschrieben wird. Zum Steuern des Drehbetriebs der Motoren 3 muss die numerische Steuereinheit 14 Wechselströme zu und aus den Motoren 3, Drehgeschwindigkeiten der Motoren 3, Gleichspannungen bzw. Wechselspannungen, die in die bzw. aus den Invertern 12 eingegeben bzw. ausgegeben werden, und dergleichen erfassen und muss diese erfassten Werte für die Prozesse verwenden. Abgesehen von dem Sensor 31 sind die Erfassungseinrichtungen zum Erfassen dieser Werte in 1 nicht gezeigt.
  • Die Spannungsüberwachungseinheit 21 überwacht, ob eine durch die Spannungserfassungseinheit 13 erfasste Spannung den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet oder nicht. Ein ausführlicher Betrieb der Spannungsüberwachungseinheit 21 wird nachstehend beschrieben werden.
  • Bestimmt die Spannungsüberwachungseinheit 21, dass die durch die Spannungserfassungseinheit 13 erfasste Spannung den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, dann erzeugt die Blindstrom-Anweisungseinheit 22 eine Blindstromanweisung, um die Inverter 12 zu veranlassen, um Blindströme gemäß einer durch die Spannungserfassungseinheit 13 erfassten Spannung auszugeben. Ein ausführlicher Betrieb der Blindstromanweisungs-Erzeugungseinheit 22 wird nachstehend beschrieben werden.
  • Die numerische Steuereinheit 14 synthetisiert die Wirkstromanweisung, die durch die Wirkstromanweisungs-Erzeugungseinheit 23 erzeugt ist, und eine Blindstromanweisung, die durch die Blindstromanweisungs-Erzeugungseinheit 22 erzeugt ist. Die synthetisierte Stromanweisung wird mit einem Dreiecksignalverlauf-Trägersignal verglichen, das eine vorbestimmte Trägerfrequenz aufweist, wenn eine PWM-(Pulsweitenmodulation)-Steuerung bei dem Inverter 12 durchgeführt wird. Dadurch wird ein PWM-Schaltsignal erzeugt. Das erzeugte PWM-Schaltsignal wird in den Inverter 12 eingegeben, um den Schaltbetrieb der Halbleiterstromeinrichtungen in dem Inverter 12 zu veranlassen, auf der Grundlage des PWM-Schaltsignals abzulaufen.
  • Die nachfolgende Beschreibung ist auf den Betrieb zum Unterdrücken einer anomalen Überspannung unter Verwendung eines Blindstroms gerichtet, wobei der Betrieb durch die Motor-Ansteuervorrichtung 1 durchgeführt wird. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm, das einen Betriebsablauf der Motor-Ansteuervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. 3 zeigt eine Beziehung eines Scheinstroms mit einem Wirkstrom und einem Blindstrom.
  • Wie vorstehend beschrieben, erhöht der elektrische Strom, der durch den Motor 3 zu dem Zeitpunkt der Steuerung des Abbremsens des Motors 3 regeneriert wird, eine Spannung auf der Gleichstrom-Ausgangsseite des Wandlers 11. Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wenn eine Spannung auf der Gleichstrom-Ausgangsseite des Wandlers 11 den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, wird veranlasst, dass ein Wirkstrom und ein Blindstrom abhängig von der Spannung fließen, um einen Wärmeverlust in dem Motor 3 zu erhöhen. Im Ergebnis wird ein Anstieg in einer Spannung auf der Gleichstrom-Ausgangsseite des Wandlers 11 unterdrückt. Ein Wirkstrom aus dem Inverter 12 zu dem Motor 3 trägt zu einem Drehbetrieb des Motors 3 bei, d. h. einer Drehmomenterzeugung des Motors 3. Im Gegensatz dazu trägt ein Blindstrom aus dem Inverter 12 in den Motor 3 nicht zu einer Drehmomenterzeugung des Motors 3 bei. Zum Beispiel, in 3, falls Blindströme Ib1, Ib2 und Ib3 zu einem konstanten Wirkstrom Ia addiert werden, werden Wirkströme (Normen) jeweils durch I1, I2 und I3 dargestellt. Mit anderen Worten, falls ein größerer Blindstrom zu einem konstanten Wirkstrom addiert wird, wird ein größerer Scheinstrom (Norm) erzeugt. Fließt ein größerer Scheinstrom zu dem Motor 3, dann nimmt der Motor 3 mehr elektrischen Strom auf. Eine Blindstromkomponente eines Scheinstroms trägt jedoch nicht zu der Drehmomenterzeugung des Motors 3 bei, und resultiert in einem Wärmeverlust. Das heißt, ein Erhöhen oder ein Verringern einer Blindstromkomponente eines Scheinstroms, der in den Motor 3 fließt, ermöglicht eine Einstellung des elektrischen Stroms, der durch den Motor 3 aufgenommen wird. Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Schwellenwert auf der Grundlage des Maximalspannungswerts auf der Gleichstrom-Ausgangsseite vorbestimmt, der für den Wandler 11 zulässig ist. Steigt eine Spannung auf der Gleichstrom-Ausgangsseite des Wandlers 11 um mehr als den vorbestimmten Schwellenwert aufgrund von elektrischem Strom an, der aus dem Motor 3 zu dem Zeitpunkt der Steuerung des Abbremsens des Motors 3 regeneriert wird, dann wird veranlasst, dass ein Blindstrom gemäß der durch die Spannungserfassungseinheit 13 erfassten Spannung zu dem Motor 3 fließt. Auf diese Art und Weise wird der Wärmeverlust in dem Motor 3 erhöht, um einen übermäßigen Spannungsanstieg auf der Gleichstrom-Ausgangsseite des Wandlers 11 zu unterdrücken. Mit anderen Worten, es wird absichtlich veranlasst, dass ein Blindstrom zu dem Motor 3 fließt, so dass der elektrische Strom, der durch den Motor 3 zu dem Zeitpunkt der Steuerung des Abbremsens des Motors 3 regeneriert wird, durch Erzeugen eines Wärmeverlusts in dem Motor 3 aufgenommen werden kann. 2 zeigt einen konkreten Betriebsablauf der Motor-Ansteuervorrichtung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Bei dem Schritt S101 in 2 erfasst die Spannungserfassungseinheit 13 eine Spannung V(t) auf der Gleichstrom-Ausgangsseite des Wandlers 11 zum Zeitpunkt t. Bei dem Schritt S102 überwacht die Spannungsüberwachungseinheit 21 in der numerischen Steuereinheit 14, ob die Spannung V(t), die durch die Spannungserfassungseinheit 13 erfasst ist, den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet oder nicht. Bestimmt die Spannungsüberwachungseinheit 21, dass die Spannung V(t), die durch die Spannungserfassungseinheit 13 erfasst ist, den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, dann erzeugt die Blindstromanweisungs-Erzeugungseinheit 22 in der numerischen Steuereinheit 14 eine Blindstromanweisung (Schritt S103). Die Blindstromanweisung veranlasst den Inverter 12, einen Blindstrom gemäß der durch die Spannungserfassungseinheit 13 erfassten Spannung V(t) auszugeben. Eine größere Differenz zwischen einer durch die Spannungserfassungseinheit 13 erfassten Spannung und dem vorbestimmten Schwellenwert bedeutet einen größeren elektrischen Strom, der durch den Motor 3 zu dem Zeitpunkt des Abbremsens des Motors 3 regeneriert wird. Demgemäß, bei dem Schritt S103, erzeugt die Blindstromanweisungs-Erzeugungseinheit 22 eine Blindstromanweisung auf der Grundlage der Differenz zwischen einer durch die Spannungserfassungseinheit 13 erfassten Spannung und dem vorbestimmten Schwellenwert. Im Einzelnen wird eine Blindstromanweisung erzeugt, um ein Wert proportional zu der Differenz zwischen einer durch die Spannungserfassungseinheit 13 erfassten Spannung und dem vorbestimmten Schwellenwert zu sein. Dies ist dadurch begründet, dass eine größere Differenz zwischen einer durch die Spannungserfassungseinheit 13 erfassten Spannung und dem vorbestimmten Schwellenwert einen größeren Wärmeverlust in dem Motor 3 erfordert. Außerdem, wenn die Spannungsüberwachungseinheit 21 bestimmt, dass die durch die Spannungserfassungseinheit 13 erfasste Spannung den vorbestimmten Schwellenwert nicht überschreitet, dann wird eine Blindstromanweisung auf 0 (Null) gesetzt (Schritt S104). Sind der Schritt S103 oder der Schritt S104 beendet, dann kehrt der Ablauf zu dem Schritt S101 zurück, und dann wird jeder vorstehend beschriebene Prozess wiederholt durchgeführt. Somit, gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wird eine Spannung auf der Gleichstrom-Ausgangsseite des Wandlers erfasst, und falls diese erfasste Spannung den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, wird der Inverter gesteuert, um einen Blindstrom derart auszugeben, dass ein Blindstrom zu dem Motor 3 fließt, und der aufgenommene elektrische Strom in dem Motor 3 sich erhöht. Dadurch kann eine anomale Überspannung leicht unterdrückt werden, ohne eine komplizierte Steuerung anzuwenden.
  • 4 zeigt ein Setzen des Schwellenwerts für die Spannungsüberwachung in der Motoransteuervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung. In dem Fall, in dem ein Blindstrom veranlasst wird, zu dem Motor 3 zu fließen, bei dem Beginn des Fließens eines Blindstroms, schießt eine Spannung auf der Gleichstrom-Ausgangsseite des Wandlers 11 in geringem Maße über. Aus diesem Grund, um eine Zugabe sicherzustellen, die das vorstehend beschriebene Überschießen berücksichtigt, wird der Schwellenwert, der durch die Spannungsüberwachungseinheit 21 verwendet wird, um eine Spannung auf der Gleichstrom-Ausgangsseite des Wandlers 11 zu überwachen, vorzugsweise niedriger als ein Überspannungserfassungspegel gesetzt, der der Maximalspannungswert auf der Gleichstrom-Ausgangsseite ist, der für den Wandler 11 zulässig ist, wie in 4 gezeigt, anstelle des einfachen Setzens auf den Überspannungserfassungspegel. Der Minimalwert einer Spannung auf der Gleichstrom-Ausgangsseite des Wandlers 11, der ein Fließen eines Blindstroms zu dem Motor 3 zulässt, kann gesetzt werden. Dadurch kann verhindert werden, dass ein Vorhandensein und Fehlen einer Blindstromanweisung, die durch die Blindstromanweisungseinheit 22 in der numerischen Steuereinheit 14 ausgegeben wird, ineinander in extrem kurzer Zeit umgeschaltet werden. Demgemäß kann die Steuerung stabiler gehalten werden.
  • Im Allgemeinen wird ein Grenzwert für einen Ausgangsstroms des Inverters 12 gesetzt, um zu verhindern, dass das Ausgangsdrehmoment des Motors 3 einen Grenzwert überschreitet. Wie vorstehend beschrieben, trägt ein Wirkstrom, der aus dem Inverter 12 zu dem Motor 3 fließt, zu einem Drehbetrieb des Motors 3 bei, das heißt, zu einer Drehmomenterzeugung des Motors 3, und trägt im Gegensatz dazu ein Blindstrom aus dem Inverter 12 zu dem Motor 3 nicht zu der Drehmomenterzeugung des Motors 3 bei. Aus diesem Grund kann der Grenzwert für einen Ausgangsstrom des Inverters 12 größer gesetzt werden als der Grenzwert für einen Strom, der zum Beschränken des Ausgangsdrehmoments des Motors 3 bestimmt ist. Dadurch kann ein Strom größer dem Grenzwert für einen Ausgangsstrom des Inverters 12 zu dem Motor 3 fließen, wenn eine durch die Spannungserfassungseinheit 13 erfasste Spannung den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Durch eine solche Stromzugabe kann ein Blindstrom fließen.
  • 5 und 6 zeigen Signalverläufe einer Blindstromanweisung in der Motor-Ansteuervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 5 zeigt eine Blindstromanweisung mit einem Sinussignalverlauf, und 6 zeigt eine Blindstromanweisung mit einem Rechtecksignalverlauf. Wie vorstehend beschrieben, bedeutet eine größere Differenz zwischen einer durch die Spannungserfassungseinheit 13 erfassten Spannung und dem vorbestimmten Schwellenwert einen größeren elektrischen Strom, der zum Zeitpunkt des Abbremsens des Motors 3 regeneriert wird. Aus diesem Grund, gemäß der Differenz zwischen einer durch die Spannungserfassungseinheit 13 erfassten Spannung und dem vorbestimmten Schwellenwert, erzeugt die Blindstromanweisungs-Erzeugungseinheit 22 eine Blindstromanweisung. Eine größere Differenz zwischen einer durch die Spannungserfassungseinheit 13 erfassten Spannung und dem vorbestimmten Schwellenwert erfordert einen größeren Wärmeverlust in dem Motor 3. Demgemäß wird eine Blindstromanweisung als ein Wert proportional zu der Differenz zwischen einer durch die Spannungserfassungseinheit 13 erfassten Spannung und dem vorbestimmten Schwellenwert erzeugt. Da ein Fluss eines Blindstroms eine Reluktanz in dem Motor 3 erzeugt, kann die Blindstromanweisungs-Erzeugungseinheit 22 eine Blindstromanweisung erzeugen, die den Inverter 12 veranlasst, einen Blindstrom mit einer Gleichstromkomponente auszugeben, die proportional zu der Differenz zwischen einer durch die Spannungserfassungseinheit 13 erfassten Spannung und dem vorbestimmten Schwellenwert ist, und mit einer Hochfrequenzkomponente, die eine Frequenz höher als die Resonanzfrequenz des Rotors des Motors 3 aufweist und die einen Sinussignalverlauf, der in 5 gezeigt ist, oder einen Rechtecksignalverlauf aufweist, der in 6 gezeigt ist. Dadurch ist es möglich, einen Zustand zu erzeugen, in dem ein Mittelwert des Reluktanzdrehmoments des Motors 3 aus dem Blickwinkel einer Abklingspanne als 0 (Null) betrachtet wird. Um der Einfachheit der Zeichnung willen zeigen die 5 und 6 im Gegensatz zu einer Blindstromanweisung mit einem konstanten Wert (in den Zeichnungen durch die gestrichelten Linien gezeigt) auf der Grundlage der Differenz zwischen einer durch die Spannungserfassungseinheit 13 erfassten Spannung und dem vorbestimmten Schwellenwert Blindstromanweisungen, die einen Sinussignalverlauf und einen Rechtecksignalverlauf aufweisen, um sich von dem konstanten Wert zu erhöhen und zu verringern.
  • Die Motor-Ansteuervorrichtung 1, die unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist, wird mit den drei Motoren 3 und den drei Invertern 12 entsprechend diesen Motoren 3 versehen, da die Anzahl von Antriebswellen der Werkzeugmaschine als ein Beispiel drei beträgt. Überschreitet eine durch die Spannungserfassungseinheit 13 erfasste Spannung den vorbestimmten Schwellenwert, dann führt die numerische Steuereinheit 14 eine Steuerung durch, die den Inverter 12 veranlasst, einen Blindstrom auszugeben. Eine derartige Steuerung kann bei zumindest einem einer Vielzahl der Inverter durchgeführt werden. Zum Beispiel, in dem Beispiel gemäß 1, kann die numerische Steuereinheit 14 die vorstehend beschriebene Blindstrom-Ausgangssteuerung bei irgendeinem der drei Inverter 12 durchführen, oder kann die vorstehend beschriebene Blindstrom-Ausgangssteuerung bei einem beliebigen Paar oder allen dreien der drei Inverter 12 durchführen. Wird die vorstehend beschriebene Blindstrom-Ausgangssteuerung bei irgendeinem Paar oder allen dreien der drei Inverter 12 durchgeführt, dann führt die numerische Steuereinheit 14 eine Steuerung durch, die die Inverter 12 veranlasst, gleiche Blindströme auszugeben, oder führt eine Gewichtungssteuerung derart durch, dass einer der Inverter 12 veranlasst wird, einen Blindstrom auszugeben, der größer als ein Blindstrom ist, der durch einen anderen der Inverter 12 ausgegeben wird.
  • Jede der Spannungsüberwachungseinheit 21, der Blindstromanweisungs-Erzeugungseinheit 22 und der Wirkstromanweisungs-Erzeugungseinheit 23 in der numerischen Steuereinheit 14 wird durch einen arithmetischen Prozessor, wie zum Beispiel einen DSP oder ein FPGA, aufgebaut, und wird deren Betrieb durch ein Software-Programm definiert. Demgemäß, falls Betriebsbedingungen oder dergleichen des durch die Motor-Ansteuervorrichtung 1 angesteuerten Motors geändert werden, um den durch den Motor regenerierten elektrischen Strom zu erhöhen, kann das Programm der numerischen Steuereinheit 14 geändert werden, um eine solche Änderung der Betriebsbedingungen oder dergleichen des Motors zu bewältigen. Aus diesem Grund kann eine Änderung der Betriebsbedingungen oder dergleichen des Motors, der durch die Motor-Ansteuervorrichtung 1 angesteuert wird, flexibel und sofort bewältigt werden. Im Ergebnis können eine ökonomische Last und eine für einen Benutzer erforderliche Zeit verringert werden.
  • Die vorliegende Erfindung kann bei einem Fall angewendet werden, in dem ein Werkzeugmaschinensystem Motoren umfasst, die jeweils für Antriebswellen einer Werkzeugmaschine vorgesehen sind, und diese Motoren (Servomotoren) durch eine Motor-Ansteuervorrichtung angesteuert werden, die einen Wandler, der einen Eingangswechselstrom in Gleichstrom umwandelt, und Inverter umfasst, die den Gleichstrom, der aus dem Wandler ausgegeben ist, in Wechselströme umwandeln, die als elektrischer Ansteuerstrom jeweils für die Motoren zugeführt werden.
  • Gemäß der Erfindung, in einer Motor-Ansteuervorrichtung, die einen Wandler, der einen Eingangswechselstrom in Gleichstrom umwandelt, und einen Inverter umfasst, der den Gleichstrom, der aus dem Wandler ausgegeben ist, in Wechselstrom zum Ansteuern eines Motors invertiert, erfasst eine Spannungserfassungseinheit eine Spannung auf der Gleichstrom-Ausgangsseite des Wandlers, und falls eine durch die Spannungserfassungseinheit erfasste Spannung einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, wird der Inverter gesteuert, um einen Blindstrom derart auszugeben, dass der Blindstrom zu dem Motor fließt, um durch den Motor aufgenommenen elektrischen Strom zu erhöhen. Demgemäß kann ein anomaler Überstrom leicht unterdrückt werden, ohne eine komplizierte Steuerung einzusetzen. Die Erfindung eliminiert einen Bedarf an einer zusätzlichen Bereitstellung eines Regenerierungswiderstands, einer regenerativen Stromzufuhrschaltung, einer Regenerationswiderstands-Schutzschaltung und dergleichen. Aus diesem Grund kann die Erfindung eine kompakte Motor-Ansteuervorrichtung mit niedrigen Kosten realisieren.
  • Zum Beispiel, gemäß dem verwandten Stand der Technik, der zusätzlich einen Regenerierungswiderstand und eine regenerative Stromzufuhrschaltung vorsieht, falls die Betriebsbedingungen oder dergleichen eines Motors, der durch eine Motor-Ansteuervorrichtung angesteuert wird, geändert werden, um den durch den Motor regenerierten elektrischen Strom zu erhöhen, kann es erforderlich sein, einen Entwurf des Regenerierungswiderstands und der regenerativen Stromzufuhrschaltung abhängig von der Erhöhung des regenerierten elektrischen Stroms zu ändern. Somit erleidet ein Benutzer eine ökonomische Last und Zeit, die für eine großrahmige Modifikation einer Motor-Ansteuervorrichtung erforderlich ist, eine Änderung des Installierungs-Layouts und so fort. Demgegenüber, müssen gemäß der Erfindung kein Regenerierungswiderstand, keine regenerative Stromzufuhrschaltung und dergleichen zusätzlich vorgesehen werden, und eine Programmmodifikation für eine numerische Steuereinheit kann die vorstehend beschriebene Änderung bewältigen. Demgemäß ist es möglich, eine Änderung von Betriebsbedingungen oder dergleichen eines Motors, der durch eine Motor-Ansteuervorrichtung angesteuert wird, flexibel und schnell zu bewältigen, und eine ökonomische Last und die für eine solche Änderung erforderliche Zeit zu verringern.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (6)

  1. Motor-Ansteuervorrichtung (1), umfassend: einen Wandler (11), der einen Eingangswechselstrom in Gleichstrom umwandelt; und einen Inverter (12), der den Gleichstrom, der durch den Wandler (11) ausgegeben ist, in Wechselstrom zum Ansteuern eines Motors (3) invertiert; eine Spannungserfassungseinheit (13), die eine Spannung auf einer Gleichstrom-Ausgangsseite des Wandlers (11) erfasst; und eine numerische Steuereinheit (14), die den Inverter (12) veranlasst, einen Blindstrom auszugeben, um in dem Motor (3) aufgenommenen elektrischen Strom zu erhöhen, wenn die durch die Spannungserfassungseinheit (13) erfasste Spannung einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
  2. Motor-Ansteuervorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, wobei die numerische Steuereinheit (14) umfasst: eine Spannungsüberwachungseinheit (21), die überwacht, ob die durch die Spannungserfassungseinheit (13) erfasste Spannung den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet oder nicht; und eine Blindstromanweisungs-Erzeugungseinheit (22), die eine Blindstromanweisung erzeugt, die den Inverter (12) veranlasst, den Blindstrom gemäß der durch die Spannungserfassungseinheit (13) erfassten Spannung auszugeben, wenn die Spannungsüberwachungseinheit (21) bestimmt, dass die durch die Spannungserfassungseinheit (13) erfasste Spannung den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
  3. Motor-Ansteuervorrichtung (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der vorbestimmte Schwellenwert kleiner einem Maximalspannungswert auf der Gleichstrom-Ausgangsseite ist, der für den Wandler (11) zulässig ist.
  4. Motor-Ansteuervorrichtung (1) gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die numerische Steuereinheit (14) zumindest einen der Inverter (12) veranlasst, den Blindstrom auszugeben, wenn die durch die Spannungserfassungseinheit (13) erfasste Spannung den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
  5. Motor-Ansteuervorrichtung (1) gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Grenzwert eines Stroms, der aus dem Inverter (12) zu dem Motor (3) ausgegeben wird, höher als ein Grenzwert eines Stroms ist, der zum Beschränken eines Ausgangsdrehmoments des Motors (3) gesetzt wird.
  6. Motor-Ansteuervorrichtung (1) gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die numerische Steuereinheit (14) den Inverter (12) veranlasst, den Blindstrom mit einem Sinussignalverlauf oder einem Rechtecksignalverlauf auszugeben, wenn die durch die Spannungserfassungseinheit (13) erfasste Spannung den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
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