DE102013005941A1

DE102013005941A1 - Regelvorrichtung für einen Synchronmotor zum Regeln eines Synchronmotors beim Ausführen eines Energierückgewinnungsbetriebs und zum Anhalten des Synchronmotors bei Ausfall der Energieversorgung

Info

Publication number: DE102013005941A1
Application number: DE102013005941A
Authority: DE
Inventors: Yasusuke Iwashita; Hajime Ogawa
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2013-04-05
Publication date: 2013-10-17
Anticipated expiration: 2033-04-06
Also published as: JP2013223302A; DE102013005941B4; US20130271048A1; CN103378786B; US8716965B2; CN103378786A; JP5309242B1; CN203416211U

Abstract

–Ein zweiter Strombefehlswert für die q-Achse, der durch eine Voreinstelleinheit für den Strombefehlswert für die q-Achse voreingestellt wird, wenn eine Wechselstromenergiequelle während des Betriebs eines Synchronmotors ausfällt, und ein zweiter Strombefehlswert für die d-Achse, der durch eine Voreinstelleinheit für den Strombefehlswert für die d-Achse voreingestellt wird, wenn die Wechselstromenergiequelle während des Betriebs des Synchronmotors ausfällt, werden so eingestellt, dass der Absolutwert der Energieaufnahme des Synchronmotors je Zeiteinheit gleich dem Verlust des Synchronmotors je Zeiteinheit ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelvorrichtung für einen Synchronmotor zum Regeln eines Synchronmotors beim Ausführen eines Energierückgewinnungsbetriebs bzw. einer Energierückspeisung, um regenerative bzw. zurückgewonnene Energie zurückzuspeisen, die während einer Drehzahlabnahme eines Synchronmotors erzeugt wird, und um den Synchronmotor anzuhalten, wenn eine Wechselspannungsenergiequelle ausfällt.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Zur Handhabung regenerative Energie, die während einer Drehzahlabnahme bzw. -reduzierung eines Motors erzeugt wird, wird üblicherweise eine Motorregelvorrichtung für die Regelung des Motors zum Ausführen eines Energierückgewinnungsbetriebs bzw. einer Energierückspeisung verwendet, um die wiedergewonnene Energie an die Drehstromversorgung bzw. das Drehstromnetz zurückspeisen zu können. In dem Fall, in dem eine solche Energierückspeisung ausgeführt wird, ist es nicht möglich, regenerative Energie, die während einer Drehzahlabnahme des Motors erzeugt wird, an das Drehstromnetz zurückzuspeisen, wenn das Drehstromnetz ausgefallen ist, und es kann daher eine Überspannung (abnormale Spannung) im parallel zum Inverter geschalteten Gleichspannungszwischenkreis (DC link part), um Wechselstromenergie an den Motor zu liefern, erzeugt werden. Um jedoch eine Überspannung im Gleichspannungszwischenkreis zu vermeiden, ist eine Motorregelvorrichtung, in der ein Ballastwiderstand oder eine dynamische bzw. generatorische Bremse zum Verbrauch bzw. zur Vernichtung der regenerativen Energie vorgesehen ist, die durch die Drehzahlabnahme des Motors bei einem Ausfall der Wechselstromquelle erzeugt wird, vorgeschlagen worden, zum Beispiel in der japanischen Veröffentlichung einer ungeprüften Patentanmeldung (Kokai) Nr. 10-243675 ( JP 10-243675A ) und der japanischen Veröffentlichung einer ungeprüften Patentanmeldung (Kokai) Nr. 2002-369564 ( JP 2002-369564A ).
In dem Fall, in dem ein Ballastwiderstand oder eine dynamische Bremse vorgesehen ist, ist es jedoch erforderlich, den Widerstand des Ballastwiderstandes oder die Leistung der dynamischen Bremse mit zunehmender Ausgangsleistung des Motors zu vergrößern, was zu dem Nachteil führt, dass die Kosten der Motorregelvorrichtung in dem Maße ansteigen, in dem der Widerstand des Ballastwiderstandes oder die Leistung der dynamischen Bremse zu erhöhen sind.
Eine Regelvorrichtung für einen Induktionsmotor zum derartigen Regeln eines Induktionsmotors, dass es möglich ist, regenerative Energie, die aufgrund einer Drehzahlabnahme des Motors erzeugt wird, wenn eine Wechselstromquelle ausfällt ohne Lastwiderstand oder eine dynamische Bremse zu verwenden, ist andererseits zum Beispiel in der japanischen Veröffentlichung einer ungeprüften Patentanmeldung (Kokai) Nr. 5-51182 ( JP 5-51182A ) vorgeschlagen worden. Bei einer solchen Regelvorrichtung für einen Induktionsmotor nimmt der Stromwert bzw. die Stromstärke für die q-Achse des Induktionsmotors während der Drehzahlabnahme des Induktionsmotors zu, wenn die Wechselstromquelle ausfällt, durch Regeln des Stromwerts der d-Achse des Induktionsmotor unter der gleichen Drehmomentbedingung, und die Erzeugung von regenerativer Energie, die zur Wechselstromquelle hin zurückgespeist wird, wird durch Einstellen des betrieblichen Wirkungsgrads des Induktionsmotor zum Zeitpunkt des Antriebs des Induktionsmotors während der Drehzahlabnahme des Induktionsmotors auf einen kleineren Wert als den betrieblichen Wirkungsgrad des Induktionsmotor während des Antriebs des Induktionsmotor außer bei dem Betrieb des Induktionsmotors während der Drehzahlabnahme des Induktionsmotors, verhindert. Ferner wird bei der zuvor erläuterten Regelvorrichtung für den Induktionsmotor während der Zeit des Antriebs des Induktionsmotors außer für den Antrieb des Induktionsmotors während der Drehzahlabnahme des Induktionsmotors wenn die Wechselstromquelle ausfällt, der Stromwert für die d-Achse auf einen größeren Wert eingestellt, als der Stromwert für die d-Achse, der während der Drehzahlabnahme des Induktionsmotors eingestellt wird, um den betrieblichen Wirkungsgrad des Induktionsmotors größer als der betriebliche Wirkungsgrad des Induktionsmotors während der Drehzahlabnahme des Induktionsmotors einzustellen.
In dem Fall, in dem der Synchronmotor so geregelt wird, dass er die Energierückeinspeisung ausführt, trägt der Strom der q Achse zur Erzeugung eines Drehmoments bei. Daher nimmt die regenerative Energie zu, wenn der Stromwert der d-Achse des Synchronmotors unterdrückt wird und sich der Stromwert der q-Achse des Synchronmotors während der Drehzahlabnahme des Synchronmotors bei Ausfall der Wechselstromquelle erhöht. Aus diesem Grund besteht dann die Gefahr des Auslösens eines Überspannungsalarms aufgrund einer Überspannung in dem Gleichspannungszwischenkreis, der parallel zum Inverter geschaltet und zur Versorgung des Synchronmotors mit Wechselstrom ausgebildet ist. In dem Fall, in dem der Stromwert für die d-Achse auf einen Wert größer als Null während der Zeit des Antriebs des Synchronmotors außer beim Antrieb des Synchronmotors während der Drehzahlabnahme des Synchronmotors bei Ausfall der Drehstromquelle eingestellt ist, wird jedoch die vom Synchronmotor aufgenommene Energie erhöht und der betrieblichen Wirkungsgrad des Synchronmotors sehr stark vermindert.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Komponente der vorliegenden Erfindung, dass sie eine Regelvorrichtung für einen Synchronmotor schafft, die in der Lage ist, eine Überspannung in dem Gleichspannungszwischenkreis zu vermeiden, der parallel zu einem Inverter geschaltet ist und zur Versorgung eines Synchronmotors mit Wechselstromenergie bzw. Wechselstrom dient, ohne die Kosten und den betrieblichen Wirkungsgrad des Synchronmotors nachteilig zu beeinflussen, und der den Synchronmotor sowohl schnell als auch sicher ohne Auslösen eines Überspannungsalarms bei Ausfall der Wechselstromquelle zum Anhalten zu bringen in der Lage ist.
Gemäß einer allgemeinen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die Regelvorrichtung für einen Synchronmotor zum Regeln eines Synchronmotors beim Ausführen eines Energierückgewinnungsbetriebs, um regenerative Energie zurückzuspeisen, die während einer Drehzahlabnahme eines Synchronmotors erzeugt wird, und um den Synchronmotor anzuhalten, wenn eine Wechselstromversorgungsquelle ausfällt,
eine Messeinheit für den Strom der q-Achse und den Strom der d-Achse, die zum Messen eines Stroms, der einem Drehmomentstrom des Synchronmotors entspricht, und eines Stroms der d-Achse, der einem Magneterregungsstrom des Synchronmotors entspricht, auf der Grundlage wenigstens zweier durch den Servomotor fließender Ströme von dem Phasenstrom der ersten Phase, von dem Phasenstrom der zweiten Phase und von dem Phasenstrom der dritten Phase, und einer Position (θ) des Synchronmotors ausgebildet ist;
eine Voreinstelleinheit für das Voreinstellen eines Strombefehlswerts, die zum Voreinstellen eines ersten Strombefehlswerts für die q-Achse des Servomotors auf der Grundlage der Differenz zwischen der Drehzahl des Synchronmotors und eines Drehzahlbefehlswerts für den Synchronmotor, wenn die Wechselstromversorgungsquelle während des Betriebs des Servomotors nicht ausfällt, und zum Voreinstellen eines zweiten Strombefehlswerts für die q-Achse des Servomotors, wenn die Wechselstromversorgungsquelle während des Betriebs des Synchronmotors ausfällt, ausgebildet ist;
eine Voreinstelleinheit für das Voreinstellen eines Strombefehlswerts für die d-Achse, die zum Voreinstellen eines ersten Strombefehlswerts für die d-Achse des Synchronmotors auf den Wert Null, wenn die Wechselstromversorgungsquelle während des Betriebs des Synchronmotors nicht ausfällt, und einen zweiten Strombefehlswert für die d-Achse des Synchronmotors auf einen Wert größer als Null voreinzustellen, wenn die Wechselstromversorgungsquelle während des Betriebs des Synchronmotor ausfällt, ausgebildet ist, und
eine Antriebseinheit, die zum Antrieb des Synchronmotors auf der Grundlage des Stroms der q-Achse, des Stroms der d Achse, des ersten oder des zweiten Strombefehlswerts für die q-Achse, und des ersten oder zweiten Strombefehlswerts für die d Achse ausgebildet ist, bei der
der zweite Strombefehlswert für die q-Achse und der zweite Strombefehlswert für die d-Achse so voreingestellt sind, dass der Absolutwert der Energie je Zeiteinheit des Synchronmotors gleich dem Verlust je Zeiteinheit des Synchronmotors ist.
Vorzugsweise wird der zweite Strombefehlswert für die q-Achse auf der Grundlage einer Differenz zwischen der Drehzahl des Synchronmotors und dem Drehzahlbefehlswert für den Synchronmotor voreingestellt, und wird der zweite Strombefehlswert für die d-Achse auf der Grundlage eines zweiten Strombefehlswerts für die q-Achse voreingestellt, der auf der Grundlage einer Differenz zwischen der Drehzahl des Synchronmotors und dem Drehzahlbefehlswert für den Synchronmotor voreingestellt wurde.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind der zweite Strombefehlswert für die q Achse und der zweite Strombefehlswert für die d Achse auf der Grundlage der maximalen Energie- bzw. Stromaufnahme, die von dem Synchronmotor verarbeitet werden kann, oder einer vorgegebenen Energie- bzw. Stromaufnahme voreingestellt.
Gemäß noch einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden ein erster Grenzwert des zweiten Strombefehlswerts für die q Achse, der zum Begrenzen eines Drehmoments des Synchronmotors vorgesehen ist, wenn die Wechselstrom(versorgungs)quelle beim Betrieb des Synchronmotors ausfällt, auf einen kleineren Wert als einem zweiten Grenzwert für den Strombefehlswert für die q-Achse voreingestellt wird, der zum Begrenzen des Drehmoments des Synchronmotors vorgesehen ist, wenn die Wechselstromquelle beim Betrieb des Synchronmotor nicht ausfällt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden der zweite Strombefehlswert für die q-Achse und der zweite Strombefehlswert für die d-Achse so voreingestellt, dass der Absolutwert der Energie bzw. Arbeit (power) je Zeiteinheit des Synchronmotors gleich dem Verlust je Zeiteinheit des Synchronmotors ist und dass daher die regenerative Energie, die beim Ausfall der Wechselstromquelle zum Zeitpunkt des Antriebs des Synchronmotors erzeugt wird, gleich Null ist. Folglich ist es möglich, dass die regenerative Energie, die erzeugt wird, wenn die Wechselstromquelle zum Zeitpunkt des Antriebs des Synchronmotors ausfällt, gleich Null ist. Als Folge hiervon ist es auch möglich, die eine Überspannung in dem Gleichspannungszwischenkreis, der parallel zum Inverter geschaltet ist, der zur Versorgung des Synchronmotors mit Wechselstrom ausgebildet ist, zu vermeiden ohne die Kosten und den betrieblichen Wirkungsgrad des Synchronmotors nachteilig zu beeinflussen und der den Synchronmotor sowohl schnell als auch sicher ohne Auslösen eines Überspannungsalarms bei Ausfall der Wechselstromquelle zum Anhalten zu bringen in der Lage ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Diese Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden zusammen mit den nachfolgenden Ausführungsformen und den beigefügten Zeichnungen noch deutlicher. In den Zeichnungen ist,
1 ein Blockdiagramm eines Systems mit einer Regelvorrichtung für einen Synchronmotor einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2 ein Fließschaltbild zum Betrieb der Regelvorrichtung für den Synchronmotor aus 1,
3 ein Diagramm zur Erläuterung eines ersten Beispiels zum Voreinstellen eines Strom-befehlswerts für die q-Achse und eines Strombefehlswerts für die d-Achse, und
4 ein Diagramm zur Erläuterung eines zweiten Beispiels zum Voreinstellen eines Strombefehlswerts für die q-Achse und eines Strombefehlswerts für die d-Achse.
Ausführliche Beschreibung
Ausführungsformen der Regelvorrichtung für einen Synchronmotor gemäß der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
1 ist, blickt man auf die Zeichnungen, ein Blockschaltbild eines Systems mit einer Regelvorrichtung für einen Synchronmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das in 1 dargestellte System hat eine Drehstromquelle 1 (dreiphasige Wechselstromenergiequelle) als Wechselstromquelle, einen Konverter 2, einen Glättungs- bzw. Siebkondensator 3 als einen Gleichspannungszwischenkreis, einen Inverter 4, einen Permanentmagnet-Synchronmotor 5 als einen Synchronmotor, ein angetriebenes Objekt 6, eine Positionserfassungseinheit bzw. Stellungsgeber 7, einer Berechnungseinheit 8 für die Drehzahl, einen Speicher 9, eine Regelvorrichtung für den Synchronmotor 10, eine Erkennungseinheit 21 für einen Energie- bzw. Stromausfall, eine obere Regelvorrichtung 22 und eine Regelvorrichtung 23 für den Konverter 2.
Der Konverter 2 besteht aus einer Vielzahl (6 im Falle eines Drehstroms (Dreiphasen-Wechselstroms) von Gleichrichterdioden und Transistoren, die zum Beispiel jeweils umgekehrt parallel zu den Gleichrichterdioden geschaltet sind, und wandelt den aus der Drehstrom-Energiequelle zugeführten Wechselstrom in Gleichstrom um. Der Glättungskondensator 3 ist parallel zum Konverter 2 geschaltet, um die durch die Gleichrichterdioden des Konverters 2 gleichgerichtete Spannung zu glätten. Der Inverter 4 ist parallel zum Glättungs- bzw. Siebkondensator 3 geschaltet, besteht aus einer Vielzahl (6 im Falle eines Drehstroms) von Gleichrichterdioden und Transistoren, die zum Beispiel jeweils umgekehrt parallel mit den Gleichrichterdioden verbunden sind, und wandelt den Gleichstrom, in den er durch den Konverter 2 umgewandelt wurde, in Wechselstrom durch An- und Abschalten der Transistoren gesteuert durch ein PWM Signal V_PWM um, wie dies an späterer Stelle beschrieben wird.
Der Permanentmagnet-Synchronmotor 5 kann jeglicher Motor sein, mit dem das angetriebene Objekt, wie zum Beispiel ein mit dem Permanentmagnet-Synchronmotor 5 verbundener Tisch, ein damit verbundener Arm und ein mit dem Tisch oder dem Arm verbundenes Werkstück, das von dem Tisch oder dem Arm abgelegen ist, und der zum Verändern der Position und der Stellung des Tischs, der das Werkstück in einer Werkzeugmaschine hält, oder zum Drehen und Betreiben eines Arms eines Roboters und so weiter ausgebildet ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Permanentmagnet-Synchronmotor 5 ein Rotations-Servomotor einschließlich eines Motors 52 mit einer Motorwelle 51, an der die Positionserfassungseinheit 7 angebracht ist und ein Stator 53, der um den Rotor 52 herum ausgebildet ist.
Wenn die elektrische Energie (Arbeit) je Zeiteinheit (zum Beispiel der Regelperiode der Regelvorrichtung für den Synchronmotor 10 (zum Beispiel 250 Mikrosekunden)), die vom Inverter 4 an den Permanentmagnet-Synchronmotor 5 abgegeben wird, mit Pm bezeichnet wird, ist die Energie (Arbeit) je Zeiteinheit des Permanentmagnet-Synchronmotors 5, vom Permanentmagnet-Synchronmotor 5 durch das Drehen des Rotors 52 nach außen hin wirkt, durch Pw gegeben, und wird der Verlust je Zeiteinheit des Permanentmagnet-Synchronmotors 5, wie zum Beispiel der Kupfer- oder Eisenverlust, durch Pl wiedergegeben, dann gilt die folgende Gleichung Pm = Pw + Pl (1)
Die Leistung Pw wird größer als der Wert Null, wenn die Drehzahl des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 zunimmt, und die Leistung Pw wird kleiner als der Wert Null, wenn die Drehzahl des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 abnimmt. Die Verlustleistung P ist immer größer als der Wert Null. Die Polarität der elektrischen Leistung Pm ändert sich mit dem Wert der Leistung Pw und dem Wert der Verlustleistung Pl. Der Zustand, bei dem die elektrische Leistung Pm größer als der Nullwert ist, entspricht dem Zustand, bei dem die Wechselstromleistung vom Inverter 4 an den Permanentmagnet-Synchronmotor 5 abgegeben wird (laufender Antriebsbetrieb), und der Zustand, bei dem die elektrische Leistung Pm kleiner als der Wert Null ist, entspricht dem Zustand, bei dem Wechselstromleistung von dem Permanentmagnet-Synchronmotor 5 an den Inverter 4 abgegeben wird (Energierückspeisung). Wenn die rückgewonnene Energie, die vom Permanentmagnet-Synchronmotor 5 an den Inverter 4 während der Drehzahlabnahme des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 zurückgespeist wird, mit Pr bezeichnet wird, gilt somit die folgende Gleichung Pr = –Pm = –(Pw + Pl) = |Pw| – Pl (2)
Die Rotationsenergie Erev = ΣPw des Rotors 52 wird im Rotor 52 gespeichert, wenn die Drehzahl des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 zunimmt. Der Permanentmagnet-Synchronmotor 5 arbeitet als ein Generator, wenn die Drehzahl des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 abnimmt. Daher wird die Rotationsenergie Erev des Rotors 52, die in dem Rotor 52 gespeichert ist, dann an den Sieb- bzw. Glättungskondensator 3 als elektrische Energie abgegeben.
Nach der vorliegenden Erfindung werden der Stromwert I_qk für die q-Achse und der Stromwert I_dk für die d-Achse so voreingestellt, dass der Absolutwert |Pw| für die Energie Pw je Zeiteinheit des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 gleich dem Energieverlust Pl je Zeiteinheit des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 ist. In dem Fall, in dem der Absolutwert |Pw| der Energie Pw je Zeiteinheit des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 gleich dem Energieverlust Pl je Zeiteinheit des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 ist, ist die regenerative Energie Pr bzw. Rückspeiseleistung gleich 0, wie sich dies aus Gleichung (2) ergibt.
Das Voreinstellen des Stromwerts I_qk für die q-Achse und des Stromwerts I_dk für die d-Achse werden im Einzelnen erläutert.
Nach Gleichung (2) gilt, wenn die regenerative Energie Pr Null ist, die folgende Gleichung |Pw| – Pl = 0 (3)
Folglich gilt die folgende Beziehung zwischen der Energie Pw und dem Verlust Pl: |Pw| = Pl (4)
Die Leistung Pw kann als Produkt einer Drehmomentkonstante Kt, dem Stromwert I_qk für die q Achse und der Drehzahl ω wiedergegeben werden. Somit gilt die folgende Gleichung Kt × I_qk × ω = Pw (5) Wenn die Trägheit des Rotors 52 mit J bezeichnet wird, gilt die folgende Gleichung E_rev ₌ 1 / 2Jω² (6)
Wird die Gleichung (6) der ersten Ableitung nach der Zeit t unterzogen, erhält man die folgende Gleichung
Die Leistung Pw ist gleich der ersten Ableitung der Rotationsenergie Erev nach der Zeit t, so dass die folgende Gleichung gilt
Aus der Gleichung (7) und der Gleichung (8) ergibt sich die folgende Gleichung
Auf der anderen Seite kann der Verlust Pl durch Multiplizieren des Widerstandswerts R einer der Entwicklungen 55u, 55v und 55w mit der Summe aus dem Quadrat des Stromwerts I_qk für die q-Achse und dem Quadrat des Stromwerts I_dk für die d-Achse gewonnen werden, so dass somit die folgende Gleichung gilt 3(I_qk ² + I_dk ²)R = Pl (10)
Folglich ergibt sich aus Gleichung (4), dass es möglich ist, alle regenerative Energie Pr, die der regenerativen Energie des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 entspricht, wenn die Drehstromquelle während des Antriebs des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 ausfällt, innerhalb des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 zu verbrauchen, d. h. innerhalb der Wicklungen 55u, 55v und 55w durch Voreinstellen des Stromwerts I_qk für die q-Achse und des Stromwerts I_dk für die d Achse, so dass der Absolutwert |Pw| der Energie bzw. Arbeit (power) Pw gleich dem Verlust Pl ist.
Wenn die Gleichung (5) nachdem Stromwert I_qk aufgelöst wird, erhält man die folgende Gleichung
Ferner, wenn der mit Hilfe der Gleichung (11) ermittelte Stromwert I_qk in die Gleichung (10) eingesetzt wird, der Absolutwert |Pw| der Energie Pw gegen den Verlust Pl unter Verwendung der Gleichung (4) ersetzt wird und die Gleichung für den Stromwert I_dk gelöst wird, erhält man die nachfolgende Gleichung
Um den Stromwert für die q-Achse I_qk und den Stromwert für die d-Achse I_dk so voreinzustellen, dass der Absolutwert |Pw| der Ernergie Pw gleich dem Verlust Pl ist, kann der Stromwert für die q-Achse I_qk zur Grundlage der Differenz zwischen der Drehzahl ω und dem Befehlswert für die Drehzahl ω_com voreingestellt werden und kann der Stromwert für die d-Achse I_dk auf der Grundlage des Stromwerts für die q-Achse I_qk voreingestellt werden, der seinerseits auf der Grundlage der Differenz zwischen der Drehzahl ω und dem Befehlswert für die Drehzahl ω_com voreingestellt ist. In diesem Fall wird die Energie Pw durch Einsetzen des Stromwerts für die q-Achse I_qk, der auf der Grundlage der Differenz zwischen der Drehzahl ω und dem Befehlswert für die Drehzahl ω_com voreingestellt ist, in die Gleichung (5) errechnet und wird danach der Stromwert für die d-Achse I_dk durch Einsetzen der errechneten Leistung Pw in die Gleichung (12) errechnet. Wie an späterer Stelle beschrieben werden wird, wird ein Strombefehlswert für die q-Achse I_qcom, wenn die Erkennungseinheit 21 für einen Strom- bzw. Energieausfall keinen Stromausfall der Drehstromquelle 1 während des Betriebs des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 erkennt, ein erster Strombefehlswert für die q-Achse auf der Grundlage des Unterschieds zwischen der Drehzahl ω und dem Befehlswert für die Drehzahl ω_com voreingestellt. Folglich wird in dem Fall, in dem der Stromwert I_qk für die q-Achse auf der Grundlage des Unterschieds zwischen der Drehzahl ω und dem Befehlswert für die Drehzahl ω_com voreingestellt wird, der Strombefehlswert I_qcom für die q-Achse auf der Grundlage des Unterschieds zwischen der Drehzahl ω und dem Befehlswert für die Drehzahl ω_com voreingestellt, bzw. danach, ob die Drehstromquelle 1 ausfällt oder nicht, d. h. es ist somit nicht länger erforderlich, die Voreinstellung des Strombefehlswerts für die q-Achse I_qcom in Abhängigkeit davon zu verändern, ob oder ob nicht die Drehstromquelle 1 ausfällt. Daher ist es möglich, die Regelung durch die Regelvorrichtung für den Synchronmotor 10 im Vergleich zu dem Fall, in dem der Strombefehlswert für die q-Achse I_qcom in Abhängigkeit davon, ob oder ob nicht die Drehstromquelle 1 ausfällt, verändert wird, zu vereinfachen.
Um den Stromwert I_qk für die q-Achse und den Stromwert I_dk für die d-Achse so voreinzustellen, dass der Absolutwert |Pw| der Energie Pw gleich dem Verlust Pl ist, kann der Stromwert für die q-Achse I_qk und der Stromwert für die d-Achse I_dk auf der Grundlage eines maximalen Energieverbrauchs, der durch den Permanentmagnet-Synchronmotor 5 verkraftet bzw. aufgenommen werden kann, oder durch einen vorgegebener maximaler Energieverbrauch Pmax voreingestellt werden. Der Energieverbrauch Pmax wird als das Produkt aus einem vorbestimmten Stromwert Imax und einem vorbestimmten maximalen Spannungswert Vmax berechnet, der von dem Permanentmagnet-Synchronmotor 5 aufgenommen werden kann, oder der als vorbestimmter Energieverbrauch von einer Bedienungsperson vorher eingegeben worden ist. In diesem Falle gilt dann die nachfolgende Beziehung Pw = Pmax (13) und daher kann der Stromwert für die q-Achse I_qk durch Einsetzen der Leistung Pw, die durch die Gleichung (13) gegeben ist, in die Gleichung (11) berechnet werden und kann der Stromwert für die d-Achse I_dk durch Einsetzen der Leistung Pw, die durch die Gleichung (13) gegeben ist, in die Gleichung (12) berechnet werden. Durch Voreinstellen des Stromwerts für die q-Achse I_qk und des Stromwerts für die d-Achse I_dk nach Maßgabe des maximalen Energieverbrauchs, der vom Permanentmagnet-Synchronmotor verarbeitet werden kann, oder des vorbestimmten maximalen Energieverbrauchs Pmax, kann auf diese Weise der maximale Stromwert für die q-Achse, der durch den Permanentmagnet-Synchronmotor 5 verarbeitet werden kann, oder der maximale Stromwert für die q-Achse I_qk der den vorbestimmten maximalen Energieverbrauch Pmax erfüllt, eingestellt werden und daher ist es möglich, den zeitlichen Abstand zu minimieren, das heißt die Zeit, die bis der Permanentmagnet-Synchronmotor 5 zum Anhalten kommt, wenn die Drehstromversorgungsquelle 1 während des Betriebs des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 ausfällt.
Wie oben beschrieben, wird die Beziehung zwischen dem Befehlswert für die Drehgeschwindigkeit ω_com und dem Stromwert für die q-Achse I_qk und den Stromwert für die d-Achse I_dk ausschließlich aus der Nachschlagetabelle bestimmt, die im Speicher 9 gespeichert ist, und daher werden der Stromwert für die q-Achse I_qk und der Stromwert für die d-Achse I_dk allein dann bestimmt, wenn der Befehlswert für die Drehzahl ω_com allein ermittelt wird. Folglich liest die Regelvorrichtung für den Synchronmotor 10 den Stromwert für die q-Achse I_qk und den Stromwert für die d-Achse I_dk entsprechend dem Stromwert für die Drehzahl ω_com während der Drehzahlabnahme des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 aufgrund des Stromausfalls der Drehstromquelle 1 aus und verwendet den Stromwert für die q-Achse I_qk und den Stromwert für die d-Achse I_dk, die als der Strombefehlswert für die q-Achse I_com beziehungsweise als der Strombefehlswert für d-Achse I_dk ausgelesen wurden.
Bei der vorliegenden Erfindung wird ein erster Grenzwert für den Strombefehlswert für die q-Achse I_qcom, das ist der Stromwert I_qk für die q-Achse, der zur Begrenzung des Drehmoments des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 vorgegeben ist, wenn die Drehstromquelle während des Betriebs des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 ausfällt, auf einen kleineren Wert als der zweite Grenzwert für den Strombefehlswert für die q-Achse I_qcom, der zur Begrenzung des Drehmoments des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 vorgegeben ist, eingestellt, wenn die Drehstromquelle 1 während des Antriebs des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 nicht ausfällt. Aufgrund dieses Umstandes ist es möglich, das Drehmoment zu reduzieren, das durch den Permanentmagnet-Synchronmotor 5 während der Drehzahlabnahme des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 bei Ausfall der Drehstromquelle 1 erzeugt wird, im Vergleich zu dem Drehmoment, das durch den Permanentmagnet-Synchronmotor 5 erzeugt wird, wenn die Drehstromquelle während des Betriebs des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 nicht ausfällt. Auf diese Weise ist es somit möglich, die rückzuspeisende Energie Pr, die durch den Permanentmagnet-Synchronmotor 5 erzeugt wird, wenn die Drehstromquelle 1 während des Betriebs des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 ausfällt, niedrig zu halten.
Wenn die Rückspeiseenergie Pr durch das Vorsehen des ersten Grenzwerts reduziert wird, wie sich dies aus der Gleichung (5) und der Gleichung (12) ergibt, kann der Stromwert für die d-Achse I_dk vermindert werden. Um den betrieblichen Wirkungsgrad des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 zu verbessern, ist es wünschenswert, den Wert des Stroms für die d-Achse I_d, wie später beschrieben werden wird, so gering wie möglich zu halten, der nicht zur Erzeugung eines Drehmoments beiträgt. Folglich kann der betriebliche Wirkungsgrad des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 durch Vorsehen des ersten Grenzwerts zum Reduzieren des Stromwerts für die d-Achse I_dk verbessert werden.
Die Regelvorrichtung für den Synchronmotor 10 führt unabhängig voneinander eine Vektorregelung zur Regelung des Stroms der q-Achse des Permanentmagnet-Synchronmotors 5, der dem Drehmomentstrom entspricht, und dem Strom für die d-Achse des Permanentmagnet-Synchronmotors 5, der nicht zur Erzeugung des Drehmomentstroms beiträgt (der Strom der d-Achse des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 entspricht dem Strom für die magnetische Erregung) aus, um den Permanentmagnet-Synchronmotor 5 zur Ausführung des Energierückgewinnungsvorgangs für die Rückspeisung regenerativer Energie, die während der Drehzahlabnahme des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 erzeugt wird – zur Seite der Drehstromquelle 1 hin – und zum Anhalten des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 bei Ausfall der Drehstromquelle 1 zu befähigen. Um dies zu erreichen, weist die Regelvorrichtung für den Synchronmotor 10 eine Messeinheit 11 für den Strom der q-Achse und den Strom der d-Achse, eine Voreinstelleinheit 12 für den Strombefehlswert der q-Achse, eine Voreinstelleinheit 13 für den Strombefehlswert der d-Achse und eine Antriebseinheit 14 auf.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Berechnungseinheit 8 für die Drehgeschwindigkeit bzw. Drehzahl, der Speicher 9, die Messeinheit 11 für den Strom der q-Achse und den Strom der d-Achse, die Voreinstelleinheit für den Strombefehlswert der q-Achse 12, die Voreinstelleinheit für den Strombefehlswert für die q-Achse 13, die Antriebseinheit 14 und die Erkennungseinheit 21 für einen Stromausfall in einem Prozessor implementiert, der einen Eingabe-Ausgabe-Port, eine serielle Kommunikationsschaltung, einen Analog-Digital-Konverter, eine Vergleichsschaltung usw. aufweist, und die an späterer Stelle zu erläuternde Verarbeitung gemäß den in der Zeichnung nicht dargestellten Speicher gespeicherten Verarbeitungsprogrammen ausführt.
Die Messeinheit 11 für den Strom der q-Achse und den Strom der d-Achse 11 misst den Strom der q-Achse I_q und den Strom der d-Achse I_d auf der Grundlage der drei Phasen des Stroms der U-Phase I_u, des Stroms der V-Phase I_v, und des Strom der W-Phase I_w, die durch den Permanentmagnet-Synchronmotor 5 fließen, und des Drehwinkels θ. Hierzu besteht die Messeinheit 11 für den Strom der q-Achse und den Strom der d-Achse aus einem Koordinatenkonverter, der zum Ausführen einer Koordinatendrehungswandlung und einer Dreiphasen zu Zweiphasen-Wandlung besteht. Folglich wandelt die Messeinheit 11 den Strom der q-Achse und den Strom der d-Achse, der drei Phasen des Stroms der U-Phase I_u, des Stroms der V-Phase I_v, und des Stroms der W-Phase I_w, in dem stationären Koordinatensystem (UVW Koordinatensystem) in die beiden Phasen des Stroms der q-Phase I_q und des Stroms der d-Phase I_d um, die im Rotationskoordinatensystem bzw. Rotorkoordinatensystem wiedergegeben werden, gedreht um den Winkel θ gegenüber dem stationären Koordinatensystem (αβ Koordinatensystem), und gibt den Strom der q-Achse I_q und den Strom der d-Achse I_d an die Antriebseinheit 14 ab.
In diesem Falle werden die drei Phasen des Stroms, nämlich des Stroms der U-Phase I_u, des Stroms der V-Phase I_v, und des Stroms der W-Phase I_w, durch die Strommesseinheiten 4U, 4V und 4W gemessen, die in der Ausgangsleitung des Inverters 4 vorgesehen sind, und die Strommesssignale, die von den Strommesseinheiten 4U, 4V und 4W ausgegeben werden, werden an den in der Zeichnung nicht dargestellten Analog-Digital-Konverter geleitet und werden in digitale Daten gewandelt. Die Strommesseinheiten 4U, 4V und 4W bestehen z. B. aus Lochelementen bzw. gelochten Elementen (hole elements).
Der Befehlswert für die Drehzahl ω_com und der Wert für die Drehzahl ω werden in die Voreinstellungseinheit 12 für den Strombefehlswert für die q-Achse eingegeben. Die Voreinstellungseinheit 12 für den Strombefehlswert für die q-Achse erzeugt einen Strombefehlswert für die q-Achse I_qcom auf der Basis des Drehzahlbefehlswerts ω_com und der Drehzahl ω, wenn die Erkennungseinheit 21 für einen Stromausfall keinen Stromausfall der Drehstromquelle 1 während des Antriebs feststellt, was den Antrieb während der Drehzahlabnahme des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 umfasst. Um dies zu erzielen, erzeugt die Voreinstellungseinheit 12 für den Strombefehlswert für die q-Achse den Strombefehlswert für die q-Achse I_qcom als den ersten Strombefehlswert für die q-Achse, in dem eine Proportional-Integral-Berechnung der Drehzahlabweichung Δω, die das Ergebnis der Subtraktion zwischen dem Drehzahlbefehlswert ω_com der Drehzahl ω ist, und gibt den Strombefehlswert für die q-Achse I_qcom an die Antriebseinheit 14 ab.
Auf der anderen Seite stellt die Voreinstelleinheit 12 für den Strombefehlswert für die q-Achse den Strombefehlswert für die q-Achse I_qcom auf den Stromwert für die q-Achse I_qk ein, der aus dem Speicher 9 in Übereinstimmung mit dem Drehzahlbefehlswert ω_com ausgelesen wird, wenn die Erkennungseinheit 21 für einen Stromausfall einen Stromausfall der Drehstromquelle 1 während des Antriebs feststellt, der den Antrieb während der Drehzahlabnahme des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 umfasst. Der Stromwert für die q-Achse I_qk, der dem Strombefehlswert für die q-Achse I_com als dem zweiten Strombefehlswert für die q-Achse entspricht, wird auf einen Wert voreingestellt, der gleich oder kleiner als der Strombefehlswert für die q-Achse I_qcom in dem Fall ist, in dem ein Stromausfall der Drehstromquelle 1 nicht festgestellt wird unter den Bedingungen des gleichen Drehzahlbefehlswerts ω_com und der gleichen Drehzahl ω, um den Permanentmagnet-Synchronmotor 5 anzuhalten.
Der Drehzahlbefehlswert ω_com und die Drehzahl ω werden der Voreinstelleinheit 13 für den Strombefehlswert für die d-Achse aufgegeben. Die Voreinstelleinheit 13 für den Strombefehlswert für die d-Achse erzeugt einen Strombefehlswert I_dcom für die d-Achse, der den Wert Null als den ersten Strombefehlswert für die d-Achse hat, wenn die Erkennungseinheit 21 für einen Stromausfall der Drehstromquelle 1 keine Stromausfall der Drehstromquelle 1 während des Betriebs des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 feststellt.
Auf der anderen Seite stellt die Voreinstelleinheit 13 für den Strombefehlswert für die d-Achse den Strombefehlswert ür die d-Achse I_dcom fauf den Stromwert der d-Achse I_dk ein, der aus dem Speicher 9 entsprechend dem Drehzahlbefehlswert ω_com als zweiten Strombefehlswert für die d-Achse ausgelesen wird, wenn die Erkennungseinheit 21 für einen Stromausfall einen Stromausfall der Drehstromquelle 1 während des Antriebs des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 feststellt. Der Stromwert für die d-Achse I_dk, der hier voreingestellt wird, wird einen größeren Wert als Null haben, so dass die rückgewonnene Energie Pr, die erzeugt wird, wenn die Drehstromquelle 1 während des Antriebs des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 ausfällt, innerhalb des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 verbraucht wird.
Die Antriebseinheit 14 treibt den Permanentmagnet-Synchronmotor 5 auf der Grundlage des Stroms für die q-Achse I_q, des Stroms für die d-Achse I_d, des Strombefehlswerts für die q-Achse und des Strombefehlswerts I_qcom für d-Achse an. Um dies zu erreichen, hat die Antriebseinheit 14 Subtraktoren 14a und 14b, PI Regler 14c und 14d, eine Einheit zur Erzeugung einer Steuerspannung 14e und eine Einheit zur Erzeugung eines PWM Signals 14f.
Der Subtrahierer 14a hat einen nicht-invertierenden Eingangsteil, in den der Strombefehlswert für die d-Achse eingegeben wird, einen invertierenden Eingangsteil, in den der Strom I_d für die d-Achse eingegeben wird, und einen Ausgangsteil, der zum Ausgeben einer Stromabweichung ΔI_d ausgebildet ist, die das Ergebnis einer Subtraktion des Strombefehlswert für die d-Achse und des Stromwerts I_d der d-Achse. Der Subtrahierer 14b hat einen nicht-invertierenden Eingangsteil, in den der Strombefehlswert für die q-Achse eingespeist wird, einen invertierenden Eingangsteil, in den der Strom I_q der d-Achse eingespeist wird, und ein Ausgangsteil, der zum Ausgeben einer Stromabweichung ΔI_q ausgebildet ist, die das Ergebnis einer Subtraktion von Strombefehlswert I_qcom für die q-Achse und Stromwert für die q-Achse ist.
Die Stromabweichung ΔI_d wird in den PI Regler 14c eingespeist und der PI Regler 14c erzeugt den Spannungsbefehlswert V_d für die d-Achse, indem er eine Proportional-Integral-Berechnung der Stromabweichung ΔI_d vornimmt, und gibt den Spannungsbefehlswert V_d für die d-Achse an die Einheit 14e zur Erzeugung der Befehlsspannung aus. Die Stromabweichung ΔI_q wird in den PI Regler 14d eingegeben, worauf der PI Regler 14d den Spannungsbefehlswert für die q-Achse V_q erzeugt, indem er eine Proportional-Integral-Berechnung der Stromabweichung ΔI_q vornimmt und den Spannungsbefehlswert V_q für die q-Achse an die Einheit 14e zur Erzeugung der Befehlsspannung für die Befehlsspannung ausgibt.
Die Einheit 14e zur Erzeugung der Befehlsspannung erzeugt einen Spannungsbefehlswert für die U-Phase V_u, einen Spannungsbefehlswert für V-Phase V_v und einen Spannungsbefehlswert für die W-Phase V_w auf der Grundlage des Spannungsbefehlswerts für die q-Achse V_q und einen Spannungsbefehlswert für die d-Achse V_d. Um dies zu tun, besteht die Einheit 14e zur Erzeugung der Befehlsspannung aus einem Koordinatenkonverter, der zum Ausführen einer Konvertierung durch Koordinatendrehung und einer Zwei-Phasen- in eine Drei-Phasen-Konvertierung ausgebildet ist. Folglich konvertiert die Einheit 14e zur Erzeugung der Befehlsspannung den Spannungsbefehlswert für die d-Achse V_d und den Spannungsbefehlswert für die q-Achse V_q, die in dem Rotationskoordinatensystem um den Drehwinkel θ gegenüber dem stationären Koordinatensystem (·β Koordinatensystem) gedreht ist, in die drei Phasen des Spannungsbefehlswerts für die U-Phase V_U, des Spannungsbefehlswerts für die V-Phase V_V und des Spannungsbefehlswerts für die W-Phase V_w und gibt den Spannungsbefehlswert für die U-Phase V_U, den Spannungsbefehlswert für die V-Phase V_V und den Spannungsbefehlswert für die W-Phase V_W an die Einheit 14f für die Erzeugung des PWM Signals aus.
Die Einheit 14f für die Erzeugung des PWM Signals erzeugt das PWM-Signal V_PWM (in diesem Falle V_PWM1, V_PWM2, V_PWM3, V_PWM4, V_PWM5, und V_PWM6, für jeden Transistor des Inverters 4) auf der Grundlage des Spannungsbefehlswerts für die U-Phase, des Spannungsbefehlswerts für die V-Phase und des Spannungsbefehlswerts für die W-Phase und gibt das PWM Signal V_PWM an den Inverter 4 ab, um den Permanentmagnet-Synchronmotor anzutreiben.
Die Erkennungseinheit 21 für einen Stromausfall misst den Stromausfall der Drehstromquelle 1. Um dies zu erreichen, hat die Erkennungseinheit 21 für einen Stromausfall eine in der Zeichnung nicht dargestellte Gleichrichterschaltung mit einer Vielzahl (6 im Falle eines Dreiphasen-Wechselstroms) von Gleichrichtern, die zum Gleichrichten der drei Phasen des Stroms der U-Phase i_U, des Stroms der V-Phase i_v, und des Stroms der W-Phase i_w mit Hilfe der Detektoren 1U, 1V und 1W, die in der Ausgangsleitung der Drehstromquelle (Dreiphasen-Wechselstromversorgungsquelle) 1 vorgesehen ist, und eine in der Zeichnung nicht dargestellte Vergleichsschaltung, die zum Vergleich der Höhe des Ausgangssignals aus der Gleichrichterschaltung mit der Bezugshöhe bzw. der Bezugsspannung und zum Ausgeben eines Messsignals S_s des Stromausfalls an die obere Regelvorrichtung 22, wenn die Höhe des Ausgangssignals geringer als die Bezugshöhe ist, ausgebildet ist.
Die obere Regelvorrichtung 22 besteht aus eine CNC (computer numerical control, computergesteuerte numerische Regelung) usw. und gibt den Drehzahlbefehlswert ω_com an die Voreinstelleinheit für den Strombefehlswert für die q-Achse 12 und die Vorstelleinheit für den Strombefehlswert für die d-Achse 13 ab. Ferner gibt die obere Regelvorrichtung 22 einen Drehzahlabnahme- bzw. Verzögerungsbefehl Cr an die Voreinstelleinheit für den Strombefehlswert für die q-Achse 12 und die Voreinstelleinheit für den Strombefehlswert für die d-Achse 13 während der Drehzahlabnahme des Permanentmagnet-Synchronmotors ab. Die obere Regelvorrichtung 22 kann bestimmen, ob oder ob nicht die Drehzahlabnahme des Permanentmagnet-Synchronmotor erfolgt durch Bestimmen, z. B., ob oder ob nicht der Abnahmewert des aktuellen Drehzahlbefehlswerts vom vorhergehenden Drehzahlbefehlswert gleich oder größer als ein vorgegebener Wert ist.
Bei der vorliegenden Ausführungsform gibt, wenn die obere Regelvorrichtung 22 den Drehzahlabnahmebefehl Cr an die Voreinstelleinheit für den Strombefehlswert für die q-Achse 12 und die Voreinstelleinheit für den Strombefehlswert für die d-Achse 13 während der Drehzahlabnahme des Permanentmagnet-Synchronmotors auf das Stromausfallsignal S_s von der Erfassungseinheit 21 für einen Stromausfall hin abgibt, die obere Regelvorrichtung 22 den Drehzahlabnahmebefehl Cr mit einem Stromausfall-Flag an die Voreinstelleinheit für den Strombefehlswert für die q-Achse 12 und die Voreinstelleinheit für den Strombefehlswert für die d-Achse 13 ab. Die Voreinstelleinheit für den Strombefehlswert für die q-Achse 12 und die Voreinstelleinheit für den Strombefehlswert für die d-Achse 13 können bestimmen, ob oder ob nicht die Drehzahlabnahme des Permanentmagnet-Synchronmotors eine Drehzahlabnahme des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 aufgrund des Stromausfalls der Drehstromquell 1 ist, dadurch feststellen, ob oder ob nicht ein Stromausfall-Flag dem Drehzahlabnahmebefehl Cr angeheftet worden ist.
Ferner gibt die obere Regelvorrichtung 22 ein Befehlssignal Sc für den Betrieb der Energierückgewinnung an die Regeleinheit 23 für den Konverter ab, um den Energierückgewinnungsvorgang auszuführen, damit regenerative Energie zurück gespeist wird, die während der Drehzahlreduzierung des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 erzeugt wurde, zur Seite der Drehstromquelle 1 hin. In diesem Fall, gibt die obere Regeleinrichtung 22 den Drehzahlbefehlswerts ω_com, der dem PWM Signal VPWM entspricht, an die die Voreinstelleinheit für den Strombefehlswert für die q-Achse 12 und die Voreinstelleinheit für den Strombefehlswert für die d-Achse 13 aus, um das An- und Abschalten der Transistoren des Inverters 4 durch Ausgeben des PWM-Signals V_PWM von der Antriebseinheit 14 an den Inverter 4 vorzunehmen.
Die Regeleinrichtung 23 des Konverters erzeugt ein PWM Signal V_PWM' (in diesem Falle V_PWM1', V_PWM2', V_PWM3', V_PWM4', V_PWM5', und V_PWM6' entsprechend jedem Transistor des Inverters 4) auf der Grundlage des Befehlssignals Sc für den Energierückgewinnungsbetrieb und gibt das PWM Signal V_PWM' an den Konverter 2 zum Ausführen des Energierückgewinnungsbetriebs bzw. der Energierückspeisung ab. Ferner hat die Regelvorrichtung 23 für den Konverter eine Vergleichsschaltung bzw. einen Komparator, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist, der zur Messung der am Glättungskondensator 3 anliegenden Spannung (Spannung des Gleichspannungszwischenkreises) V_c ausgebildet ist und zum Ausgeben eines Alarmsignals S_a an die obere Regelvorrichtung 22 dient, wenn die Höhe der Spannung V_c während des Antriebs des Permanentmagnet-Synchronmotors 5, der den Antrieb des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 während der Drehzahlabnahme des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 aufgrund eines Ausfalles der Drehstromquelle 1 einschließt, einen zerstörerisch hohen Wert überschreitet.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Regeleinrichtung 23 für den Konverter in Form eines Prozessors implementiert, der einen Eingabe-Ausgabe-Anschluss, eine serielle Kommunikationsschaltung, einen Analog-Digital-Konverter, eine Vergleichsschaltung usw. aufweist, und der die Regelung des Konverters 2 vornimmt, um den Energierückgewinnungsbetrieb entsprechend dem in einem Speicher gespeicherten Verarbeitungsprogramm, das nicht dargestellt wird, durchführt. Ferner ist gemäß der vorliegenden Erfindung zum Ausführen eines Energierückgewinnungsbetriebes eine Blindlast 1a zwischen der Drehstromquelle 1 und den Stromdetektoren 1U, 1V und 1W geschaltet.
Aus 2 ergibt sich ein Fließschaltbild für den Betrieb der Regelvorrichtung für den Synchronmotor nach 1. Nach diesem Fließschaltbild arbeitet die Regelvorrichtung für den Synchronmotor in jeder Regelperiode (z. B. 250 Mikrosekunden), in der der Antrieb des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 gesteuert vom Verarbeitungsprogrammerfolgt.
Zunächst stellt die Voreinstelleinheit für den Strombefehlswert für die q-Achse 12 und für die Voreinstelleinheit für den Strombefehlswert für die d-Achse 13 fest, ob oder ob nicht der Drehzahlabnahmebefehl C_r eingespeist wird (Schritt S1). Wenn der Drehzahlabnahmebefehl C_r eingespeist wird, bestimmt sowohl die Vorstelleinheit für den Strombefehlswert für die q-Achse 12 als auch die Vorstelleinheit für den Strombefehlswert für die d-Achse 13 ob oder ob nicht ein Stromausfall-Flag an den Drehzahlabnahmebefehl C_r (Schritt S2) angeheftet ist. Wenn das Stromausfall-Flag an den Drehzahlabnahmebefehl C_r angeheftet ist, liest die Vorstelleinheit für den Strombefehlswert für die q-Achse 12 den Stromwert für die q-Achse I_gk in Übereinstimmung mit dem Wert des Befehlswert für die Drehzahlabnahme ω_com aus dem Speicher 9 aus und gibt den ausgelesenen Stromwert für die q-Achse I_qk, an den Subtrahierer 14b als Strombefehlswert für die q-Achse I_qcom und liest die Vorstelleinheit für Strombefehlswert für die d-Achse 13 I_dk in Übereinstimmung mit dem Befehlswert für die Drehgeschwindigkeit ω_com aus dem Speicher 9 aus und gibt den Stromwert für die d-Achse I_dk der ausgelesen wurde, an den Subtrahierer 14a als den Strombefehlswert für die d-Achse I_dcom aus (Schritt S3) und verlasst die Regelvorrichtung für den Synchronmotor 10 den Verarbeitungsablauf.
Nach dem Schritt S3 wird ein aktueller Strom (Scheinstrom) I_rk, der die Quadratwurzel der Summe des Quadrats des Stromwerts für die q-Achse I_qk und des Quadrats des Stromwerts für die d-Achse I_dk am Ausgang des Inverters 4 erzeugt.
Wenn auf der anderen Seite bestimmt worden ist, dass der Drehzahlabnahmebefehl C_r nicht im Schritt S1 eingespeist wurde oder wenn festgestellt wird, dass kein Stromausfall-Flag an den Drehzahlabnahmebefehl C_r im Schritt S2 angeheftet ist, stellt die Voreinstelleinheit für den Strombefehlswert der q-Achse 12 einen Stromwert I_qω für die q-Achse auf der Grundlage der Differenz zwischen dem Befehlswert für die Drehgeschwindigkeit ω_com und der Drehgeschwindigkeit ω ein und gibt den eingestellten Stromwert für die q-Achse I_qω an den Subtrahierer 14b als der Strombefehlswert für die q-Achse I_qcom weiter und stellt ferner die Voreinstelleinheit für den Strombefehlswert für die d-Achse 13 einen Stromwert für die d-Achse I_dω, der den Wert null hat, ein und gibt den voreingestellten Stromwert für die d-Achse I_dω der den Wert null hat, an den Subtrahierer 14a als den Strombefehlswert für die d-Achse I_dcom ab (Schritt S3). Damit verlässt die Regelvorrichtung für den Synchronmotor 10 den Verarbeitungsablauf.
Nach dem Schritt S4 wird die Quadratwurzel der Summe aus der Quadratwurzel aus der Summe des Stromwerts für die q-Achse I_qω und des Quadrats des Stromwerts für die d-Achse I_dω, d. h. der aktuellen Strom (Scheinstrom) I_rk', der einen Wert des Stromwerts für die q-Achse I_qω hat, an der Ausgangsseite des Inverters 4 erzeugt.
3 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines ersten Beispiels zur Voreinstellung des Strombefehlswerts für die q-Achse und des Strombefehlswerts für die d-Achse. Das in 3 gezeigte Beispiel für die Voreinstellung zeigt den Fall, in dem der Stromwert für die q-Achse I_qk auf der Grundlage der Differenz zwischen der Drehzahl ω und dem Drehzahlbefehlswert ω_com eingestellt wird und in dem der Stromwert für die d-Achse I_dk auf der Grundlage des Strombefehls für die q-Achse I_qk eingestellt wird, der auf der Grundlage der Differenz zwischen der Drehgeschwindigkeit (Drehzahl) ω und dem Drehzahlbefehlswert ω_com eingestellt wird. In diesem Fall werden sowohl der Stromwert für die q-Achse I_qk und der Stromwert für die q-Achse I_gk auf der Grundlage der Differenz zwischen der Drehzahl ω und dem Drehzahlbefehlswert ω_com eingestellt, weshalb der Stromwert für die q-Achse I_qk gleich dem Stromwert für die q-Achse I_qk ist.
4 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines zweiten Beispiels zum Einstellen des Strombefehlswerts für die q-Achse und des Strombefehlswert für die d-Achse. Das Beispiel zum Einstellen zeigt in 4 den Fall, in dem der Stromwert für die q-Achse I_qk und der Stromwert für die d-Achse I_dk auf der Grundlage des maximalen Energieverbrauchs eingestellt werden, der vom Permanentmagnet-Synchronmotor 5 verarbeitet werden kann oder des vorbestimmten maximalen Energieverbrauchs Pmax. In diesem Falle wird der Stromwert für die q-Achse auf einen kleineren Wert oder den gleichen Wert wie der Stromwert für die q-Achse I_qk, für den Fall, in dem der Stromausfall der Drehstromquelle 1 unter der Bedingung des gleichen Drehzahlbefehls ω_com und der gleichen Drehzahl ω nicht festgestellt wurde, um den Permanentmagnet-Synchronmotor 5 zum Stillstand zu bringen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die regenerative Energie Pr, die erzeugt wird, wenn die Drehstromquelle 1 während des Antriebs des Permanentmagnet-Synchronmotors 5 ausfällt zu Null durch Voreinstellen des Stromwerts für die q-Achse I_qk und des Stromwerts für die d-Achse I_dk, so dass der Absolutwert |Pw| der Energie Pw gleich dem Verlust Pl ist. Folglich ist es möglich, eine Überspannung über den Glättungskondensator 3 zu vermeiden ohne gleichzeitig die Kosten und die Betriebseffizienz des Permanentmagnet-Synchronmotor 5 zu beeinträchtigen und den Permanentmagnet-Synchronmotor 5 sowohl schnell als auch sicher ohne die Erzeugung eines Überspannungsalarms anzuhalten, wenn die Drehstromquelle 1 ausfällt.
In dem Fall, in dem der Stromwert für die q-Achse I_qk auf der Grundlage der Differenz zwischen der Drehzahl ω und dem Drehzahlbefehlswert ω_com eingestellt ist und der Stromwert für die d-Achse I_dk auf der Grundlage des Stromwerts für die q-Achse I_qk eingestellt ist, der auf der Differenz zwischen der Drehzahl ω und dem Drehzahlbefehlswert ω_com beruht, ist es nicht weiter erforderlich, den Strombefehlswert für die q-Achse I_qcom je nachdem ob oder ob nicht die Drehstromquelle 1 ausfällt, zu verändern, und daher ist es möglich, die Regelung der Regeleinrichtung für den Synchronmotor 10 im Vergleich zu dem Fall zu vereinfachen, in dem der Strombefehlswert für die q-Achse I_qcom verändert wird, je nachdem ob oder ob nicht die Drehstromquelle 1 ausfällt.
In dem anderen Fall, in dem der Stromwert für die q-Achse I_qk und der Stromwert für die d-Achse I_dk auf der Grundlage des maximalen Stromverbrauchs Pmax (W), der von dem Permanentmagnet-Synchronmotor 5 verarbeitet werden kann, eingestellt werden, ist es möglich, den maximalen Wert des Stromwerts für die q-Achse I_qk, der vom Permanentmagnet-Synchronmotor 5 noch verarbeitet werden kann, einzustellen und den zeitlichen Abstand, d. h. die Zeit, die vergeht, bis der Permanentmagnet-Synchronmotor 5 zum Stillstand kommt, wenn die Drehstromquelle 1 während des Antriebs des Permanentmagnet-Synchronmotor 5 ausfällt.
Ferner gilt, dass wenn der erste Grenzwert des Stromwerts für die q-Achse auf einen Wert gesetzt wird, der kleiner als der zweite Grenzwert des Strombefehlswerts für die q-Achse I_qcom ist, es dann daher möglich ist, die regenerative Energie zu reduzieren, die durch den Permanentmagnet-Synchronmotor 5 erzeugt wird, verglichen mit dem Fall, in dem die Drehstromquelle 1 während des Antriebs des Permanentmagnet-Synchronmotor 5 nicht ausfällt. Es ist auf diese Weise möglich, die betriebliche Effizienz des Permanentmagnet-Synchronmotor 5 zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die zuvor erläuterten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können eine Anzahl von Abänderungen und Abwandlungen vorgenommen werden. Zum Beispiel wurde hier als eine Wechselstromenergiequelle eine Drehstromquelle 1 verwendet. Tatsächlich ist es jedoch auch möglich eine Vielphasen-Wechselstromquelle als eine andere Drehstromquelle als Energiequelle zu verwenden.
Im Rahmen der oben beschriebenen Ausführungsformen wurde der Fall beschrieben, in dem ein Rotations(servo)motor, in dem die Permanentmagnete 54a, 54b, 54c und 54d am Rotor 52 vorgesehen sind, für den PermanentmagnetSynchronmotor 5 als ein Synchronmotor eingesetzt wird. Es ist jedoch auch möglich, einen Rotationsservomotor, in dem die Permanentmagnete am Stator angebracht sind, einen Linear-Servomotor, in dem die Permanentmagnete entweder im Stator oder im Gleiter vorgesehen sind, einen Schwingmotor, in dem die Permanentmagnete entweder im Stator oder im Vibrator vorgesehen sind, und dergleichen, als den Permanentmagnet-Synchronmotor 5 zu verwenden. Und ferner ist es auch möglich, einen anderen als einen Permanentmagnet-Synchronmotor als einen Synchronmotor einzusetzen.
Schließlich ist es ebenfalls möglich, die Messeinheit 7 für die Drehstellung als ein anderes Bauteil (z. B. ein Lochelement oder einen Resolver (Aufnehmer)) als Drehstellungsgeber auszubilden. Es ist auch denkbar, die Messeinheit 7 für die Drehstellung ganz fortzulassen und den Drehwinkel θ und die Drehzahl ω auf der Grundlage des Wechselstroms und der dem Permanentmagnet-Synchronmotor 5 zugeleiteten Spannung des Wechselstrims zu berechnen.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen wurde die Erläuterung unter der Voraussetzung gegeben, dass der Speicher 9 Teil des Prozessors ist. Es ist jedoch auch möglich, den Speicher 9 als eine eigene Komponente und nicht als Teil des Prozessors zu konfigurieren. Schließlich ist es weiterhin möglich, den Speicher 9 innerhalb der Voreinstelleinheit für den Strombefehlswert für die q-Achse 12 oder innerhalb der Voreinstelleinheit für den Strombefehlswert für die d-Achse 13 vorzusehen.
Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen wurde der Fall beschrieben, in dem die drei Phasen des Stroms der U-Phase I_U, des Stroms I_V, der V-Phase, und des Stroms der W-Phase I_W zur Messung des Stroms der q-Achse I_q und des Stroms der d-Achse I_d verwendet werden. Es ist jedoch ebenfalls möglich, den Strom der q-Achse I_q und den Strom der d-Achse I_d aus nur zwei Phasen der drei Phasen des Stroms der U-Phase I_U, des Stroms der V-Phase I_V und des Stroms der W-Phase I_W (z. B. den Strom der V Phase I_V und den Strom der W-Phase I_W) zu ermitteln.
Bei den oben erläuterten Ausführungsformen wurde der Fall beschrieben, in dem der Stromwert der q-Achse I_qk und der Stromwert der d-Achse I_dk, der dem Strombefehlswert für die q-Achse I_qcom und dem Strombefehlswert für die d-Achse I_dcom entspricht, die während der Drehzahlabnahme des Permanentmagnet-Synchronmotor 5 bei einem Stromausfall der Drehstromquelle 1 ausgegeben werden, unter Verwendung einer Nachschlagetabelle ermittelt werden. Es ist jedoch ebenfalls denkbar, den Stromwert der q-Achse I_qk und den Stromwert der d-Achse I_dk unter Verwendung der oben angegebenen Gleichung (11) und der Gleichung (12) zu bestimmen.
Weiterhin wurde für die oben beschriebenen Ausführungsformen der Fall erläutert, in dem von der Erkennungseinheit 21 für einen Stromausfall ein Stromausfallerkennungssignal S_S an die obere Regelvorrichtung 22 abgegeben wird. Tatsächlich ist es jedoch auch möglich, das Stromausfallerkennungssignal S_S von der Erkennungseinheit für den Stromausfall an die Voreinstelleinheit für den Strombefehlswert für die q-Achse 12 und die Voreinstelleinheit für den Strombefehlswert für die d-Achse 13 auszugeben und zu bestimmen, ob oder ob nicht der Stromausfall der Drehstromquelle 1 durch die Voreinstelleinheit für den Strombefehlswert für die q-Achse 12 und die Voreinstelleinheit für den Strombefehlswert für die d-Achse 13 erkannt wurde.
Die vorliegende Erfindung wurde mit Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben. Es versteht sich aber für den Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet der Technik, dass verschiedene Abwandlungen und Abänderungen vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der nachfolgenden Patentansprüche zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 10-243675 A [0002]
JP 2002-369564 A [0002]
JP 5-51182 A [0004]

Claims

Regelvorrichtung für einen Synchronmotor (10) zum Regeln eines Synchronmotors beim Ausführen eines Energierückgewinnungsbetriebs, um regenerative Energie zurückzuspeisen, die während einer Drehzahlabnahme eines Synchronmotors (5) erzeugt wird, und um den Synchronmotor anzuhalten, wenn eine Wechselstromversorgungsquelle (1) ausfällt, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelvorrichtung für den Synchronmotor umfasst: eine Messeinheit (11) für den Strom der q-Achse und den Strom der d-Achse, die zum Messen eines Stroms (I_q), der einem Drehmomentstrom des Synchronmotors entspricht, und eines Stroms der d-Achse (I_d), der einem Magneterregungsstrom des Synchronmotors entspricht, auf der Grundlage wenigstens zweier durch den Servomotor fließender Ströme von dem Phasenstrom der ersten Phase (I_U), von dem Phasenstrom der zweiten Phase (I_V) und von dem Phasenstrom der dritten Phase (I_w), und einer Position (θ) des Synchronmotors ausgebildet ist; eine Voreinstelleinheit (12) für das Voreinstellen eines Strombefehlswerts, die zum Voreinstellen eines ersten Strombefehlswerts für die q-Achse (I_qcom) des Servomotors auf der Grundlage der Differenz zwischen der Drehzahl (ω) des Synchronmotors und eines Drehzahlbefehlswerts (ω_com) für den Synchronmotor, wenn die Wechselstromversorgungsquelle während des Betriebs des Servomotors nicht ausfällt, und zum Voreinstellen eines zweiten Strombefehlswerts für die q-Achse (I_qk) des Servomotors, wenn die Wechselstromversorgungsquelle während des Betriebs des Synchronmotors ausfällt, ausgebildet ist; eine Voreinstelleinheit (13) für das Voreinstellen eines Strombefehlswerts für die d-Achse, die zum Voreinstellen eines ersten Strombefehlswerts für die d-Achse (I_dcom) des Synchronmotors auf den Wert Null, wenn die Wechselstromversorgungsquelle während des Betriebs des Synchronmotors nicht ausfällt, und einen zweiten Strombefehlswert für die d-Achse (I_dk) des Synchronmotors auf einen Wert größer als Null voreinzustellen, wenn die Wechselstromversorgungsquelle während des Betriebs des Synchronmotor ausfällt, ausgebildet ist, und eine Antriebseinheit (14), die zum Antrieb des Synchronmotors auf der Grundlage des Stroms der q-Achse, des Stroms der d Achse, des ersten oder des zweiten Strombefehlswerts für die q-Achse, und des ersten oder zweiten Strombefehlswerts für die d Achse ausgebildet ist, bei der der zweite Strombefehlswert für die q-Achse und der zweite Strombefehlswert für die d-Achse so voreingestellt sind, dass der Absolutwert der Energie je Zeiteinheit des Synchronmotors gleich dem Verlust je Zeiteinheit des Synchronmotors ist.
Regelvorrichtung für einen Synchronmotor nach Anspruch 1, bei der der zweite Strombefehlswert für die q-Achse auf der Grundlage einer Differenz zwischen der Drehzahl des Synchronmotors und dem Drehzahlbefehlswert für den Synchronmotor voreingestellt ist und der zweite Strombefehlswert für die d-Achse auf der Grundlage eines zweiten Strombefehlswerts für die q-Achse voreingestellt ist, der auf der Grundlage einer Differenz zwischen der Drehzahl des Synchronmotors und dem Drehzahlbefehlswert für den Synchronmotor voreingestellt wurde.
Regelvorrichtung für einen Synchronmotor nach Anspruch 1, bei der der zweite Strombefehlswert für die q Achse und der zweite Strombefehlswert für die d Achse auf der Grundlage der maximalen Stromaufnahme, die von dem Synchronmotor verarbeitet werden kann, oder einer vorgegebenen Stromaufnahme voreingestellt werden.
Regelvorrichtung für einen Synchronmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der ein erster Grenzwert des zweiten Strombefehlswerts für die q Achse, der zum Begrenzen eines Drehmoments des Synchronmotors vorgesehen ist, wenn die Wechselstromversorgungsquelle beim Betrieb des Synchronmotors ausfällt, auf einen kleineren Wert als einem zweiten Grenzwert für den Strombefehlswert für die q-Achse voreingestellt wird, der zum Begrenzen des Drehmoments des Synchronmotors vorgesehen ist, wenn die Wechselstromversorgungsquelle beim Betrieb des Synchronmotor nicht ausfällt.