DE102013014428B4

DE102013014428B4 - Motoransteuervorrichtung mit einer Alarmpegelsetzeinheit

Info

Publication number: DE102013014428B4
Application number: DE102013014428.0A
Authority: DE
Inventors: Tomokazu Yoshida; Shinichi Horikoshi
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2012-09-07
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2016-02-18
Anticipated expiration: 2033-08-31
Also published as: CN203504470U; DE102013014428A1; JP5638043B2; US20140070743A1; JP2014054088A; CN103684200A; US9071182B2; CN103684200B

Abstract

Motoransteuervorrichtung (1), umfassend: a) einen Wandler (11), der eingerichtet ist, um Wechselstrom, der von einer Wechselstromzufuhrseite zugeführt wird, in Gleichstrom umzuwandeln, der zu einer Gleichstromseite auszugeben ist, und der eingerichtet ist, um den Gleichstrom, der von der Gleichstromseite zugeführt wird, in Wechselstrom zu dem Zeitpunkt der Abbremsung eines Motors umzuwandeln, um diesen zu der Wechselstromzufuhrseite auszugeben; b) einen Inverter (21), der eingerichtet ist, um den Gleichstrom, der von einer Gleichstromseite zugeführt wird, in Wechselstrom zum Ansteuern des Motors (2) umzuwandeln, um diesen zu einer Wechselstrommotorseite auszugeben, und der eingerichtet ist, um regenerierten Wechselstrom von der Wechselstrommotorseite in Gleichstrom umzuwandeln, um diesen zu der Gleichstromseite zu dem Zeitpunkt des Abbremsens des Motors auszugeben; c) eine Gleichstromanbindungseinheit (12), die eingerichtet ist, um die Gleichstromseite des Wandlers (11) und die Gleichstromseite des Inverters (21) zu verbinden, und die eine Gleichstromanbindungskapazität aufweist, die in der Lage ist, Gleichstrom zu akkumulieren; d) eine Spannungserfassungseinheit (13), die eingerichtet ist, um einen Gleichspannungswert der Gleichstromanbindungskapazität zu erfassen; eine Alarmpegelsetzeinheit (14), die eingerichtet ist, um einen Überspannungsalarmpegel für den Gleichspannungswert der Gleichstromanbindungskapazität zu setzen; e) eine Alarmbestimmungseinheit (15), die eingerichtet ist, um zu bestimmen, ob der Gleichspannungswert, der durch die Spannungserfassungseinheit (13) erfasst ist, den Überspannungsalarmpegel überschreitet oder nicht, der durch die Alarmpegelsetzeinheit (14) gesetzt ist; und f) eine Alarmmeldeeinheit (16), die eingerichtet ist, um – wenn die Alarmbestimmungseinheit (15) bestimmt, dass der Gleichspannungswert, der durch die Spannungserfassungseinheit (13) erfasst ist, den Überspannungsalarmpegel überschreitet, der durch die Alarmpegelsetzeinheit (14) gesetzt ist – den Inverter (21) anzuweisen, den Umwandlungsbetrieb anzuhalten, g) wobei die Alarmpegelsetzeinheit (14) umfasst: g1) eine Vorhersageberechnungseinheit (31), die eingerichtet ist, um eine Vorhersageberechnung einer ...

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motoransteuervorrichtung, die Wechselstrom, der von einer Wechselstromzufuhrseite zugeführt wird, in Gleichstrom umwandelt, den Gleichstrom ausgibt und dann den Gleichstrom in Wechselstrom zum Antreiben eines Motors umwandelt.
2. Beschreibung des verwandten Stands der Technik
Motoransteuervorrichtungen, die Motoren in Werkzeugmaschinen, Press- und Schmiedemaschinen, Spritzgussmaschinen, Industriemaschinen oder verschiedenen Robotern ansteuern, wandeln Wechselstrom, der von einer Wechselstromzufuhrseite eingegeben ist, in Gleichstrom um und wandeln dann den Gleichstrom in Wechselstrom zur Verwendung als Strom zum Ansteuern des Motors um, der für jede Antriebswelle vorgesehen ist. Eine derartige Motoransteuervorrichtung umfasst einen Wandler, der Wechselstrom gleichrichtet, der von einer Wechselstromzufuhrseite zugeführt ist, die mit einer dreiphasigen Wechselstromeingangsstromzufuhr versehen ist, um Gleichstrom auszugeben, und einen Inverter, der über eine Gleichstromanbindungseinheit verbunden ist, die eine Gleichstromausgangsseite des Wandlers ist, und der wechselseitig Strom zwischen Gleichstrom der Gleichstromanbindungseinheit und Wechselstrom umwandelt, der der Strom zum Ansteuern des Motors oder regenerierter Strom ist, und steuert die Geschwindigkeit, das Drehmoment oder die Position eines Rotors des Motors, der mit einer Wechselstromausgangsseite des Inverters verbunden ist. Bei der Gleichstromanbindungseinheit, die eine Gleichstromseite des Wandlers und eine Gleichstromseite des Inverters verbindet, ist eine Gleichstromanbindungskapazität vorgesehen. Die Gleichstromanbindungskapazität fungiert als eine Glättungskapazität zum Unterdrücken eines Pulsierens einer Gleichstromausgabe des Wandlers und ist in der Lage, Gleichstrom zu akkumulieren. Die Anzahl von Invertern, die vorgesehen ist, ist die gleiche wie die Anzahl von Motoren, so dass die Inverter den Motoren jeweils Ansteuerstrom zuführen, die bereitgestellt sind, um einer Vielzahl von Antriebswellen zu entsprechen, um die Motoren anzusteuern und zu steuern, während die Anzahl von Wandlern, die bereitgestellt ist, üblicherweise eins beträgt hinsichtlich einer Vielzahl von Invertern beträgt, um die Kosten der Motoransteuervorrichtung und den Raum zu verringern.
In den vergangenen Jahren, da eine Nachfrage nach Energieerhaltung besteht, werden stromregenerative Gleichrichter, die in der Lage sind, regenerierten Strom, der bei Abbremsung von Motoren erzeugt wird, zu einer Wechselstromzufuhrseite zurückzugeben, gemeinhin als Wandler in Motoransteuervorrichtungen verwendet. Ein derartiger Gleichrichter wandelt Wechselstrom, der von einer Wechselstromzufuhrseite zugeführt wird, in Gleichstrom um, der zu einer Gleichstromseite ausgegeben wird, und wandelt dann den Gleichstrom, der von der Gleichstromseite zugeführt ist, in Wechselstrom um bei Abbremsung eines Motors, um diesen der Wechselstromzufuhrseite auszugeben. Regenerierter Strom, der bei dem Motor bei Abbremsung des Motors erzeugt wird, wird von Wechselstrom in Gleichstrom durch einen Inverter umgewandelt, in einen Wandler über eine Gleichstromanbindungseinheit eingegeben, weiterhin in Wechselstrom durch den Wandler umgewandelt und zu der Wechselstromzufuhrseite zurückgegeben. Zu diesem Zeitpunkt fluktuiert die Spannung einer Gleichstromanbindungskapazität der Gleichstromanbindungseinheit gemäß dem Betrag des regenerierten Stroms, der bei dem Motor erzeugt wird, und dem Betrag des Wechselstroms, der zu der Wechselstromzufuhrseite über den Inverter, die Gleichstromanbindungseinheit und den Wandler zurückgegeben wird.
In einer Motoransteuervorrichtung, die Wechselstrom, der von einer Wechselstromzufuhrseite zugeführt wird, in Gleichstrom umwandelt, den Gleichstrom ausgibt und dann den Gleichstrom in Wechselstrom zum Ansteuern eines Motors umwandelt, um diesen dem Motor zuzuführen, wird eine Beziehung zwischen dem Betrag an regeneriertem Strom, der bei dem Motor erzeugt wird, dem Betrag des Wechselstroms, der zu der Wechselstromzufuhrseite zurückgegeben wird, und einer Spannung der Gleichstromanbindungskapazität nachstehend unter Bezugnahme auf 5 bis 8 beschrieben werden. 5 zeigt eine Schaltungsdarstellung, die einen Fluss an Energie zeigt, wenn der Betrag des regenerierten Stroms, der bei dem Motor erzeugt wird, kleiner als der Betrag des Wechselstroms ist, der zu der Wechselstromzufuhrseite in der Motoransteuervorrichtung zurückgegeben wird, und 6 zeigt eine Erhöhung der Spannung der Gleichstromanbindungskapazität in dem Fall von 5. Des Weiteren zeigt 7 eine Schaltungsdarstellung, die einen Fluss an Energie zeigt, wenn der Betrag des regenerierten Stroms, der bei dem Motor erzeugt wird, größer als der Betrag des Wechselstroms ist, der zu der Wechselstromzufuhrseite in der Motoransteuervorrichtung zurückgegeben wird, und 8 zeigt eine Erhöhung der Spannung der Gleichstromanbindungskapazität in dem Fall gemäß 7. Ein Fall wird nachstehend beschrieben werden, in dem, wie in 5 und 7 gezeigt, die Motoransteuervorrichtung 100 einen Wandler 11, der Wechselstrom gleichrichtet, der von der Wechselstromzufuhrseite zugeführt wird, die mit einer dreiphasigen Wechselstromeingangsstromversorgung 3 versehen ist, um Gleichstrom auszugeben, und einen Inverter 21 umfasst, der mit der Gleichstromanbindungseinheit 12 verbunden ist, die eine Gleichstromausgangsseite des Wandlers 11 ist und die wechselseitig Strom zwischen Gleichstrom der Gleichstromanbindungseinheit 12 und Wechselstrom umwandelt, der Strom zum Ansteuern des Motors 2 oder regenerierter Strom ist, und wenn der Motor 2, der bei konstanter Geschwindigkeit durch die Motoransteuervorrichtung 100 operiert, zu dem Zeitpunkt t₁ abgebremst wird, wird regenerierter Strom P₁ bei dem Motor 2 erzeugt.
Dioden sind umgekehrt parallel zu den Schaltelementen innerhalb des Wandlers 11 derart geschaltet, dass der Wandler 11 den regenerierten Strom, der bei Abbremsung des Motors erzeugt wird, zu der Wechselstromzufuhrseite zurückgeben kann. Da ein oberer Grenzwert in der Fähigkeit des Wandlers 11 vorliegt, Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln, wenn der Betrag des regenerierten Stroms, der bei dem Motor 2 erzeugt wird, den Betrag an Strom übersteigt, der von Gleichstrom in Wechselstrom durch den Wandler 11 umgewandelt werden kann, dann erhöht sich eine Spannung der Gleichstromanbindungskapazität C innerhalb der Gleichstromanbindungseinheit 12. Der Betrag an Wechselstrom, der zu der Wechselstromzufuhrseite zurückgegeben werden kann, ist durch die Fähigkeit des Wandlers 11 zum Umwandeln von Gleichstrom in Wechselstrom begrenzt. Zum Beispiel, wie in 5 gezeigt, wenn der Motor 2, der bei konstanter Geschwindigkeit operiert, zu dem Zeitpunkt t₁ abgebremst wird, dann wird regenerierter Strom P₁ bei dem Motor 2 erzeugt. Wenn der Betrag dieses regenerierten Stroms P₁ sich innerhalb eines Bereichs der Fähigkeit des Wandlers 11 zum Umwandeln von Gleichstrom in Wechselstrom befindet, beginnt die Spannung der Gleichstromanbindungskapazität C, sich zu dem Zeitpunkt t₁ zu erhöhen, zu dem die Abbremsung des Motors 2 beginnt, durch Akkumulierung des regenerierten Stroms P₁, der bei dem Motor 2 erzeugt wird, in der Gleichstromanbindungskapazität C, wie in 6 gezeigt, und die Spannung der Gleichstromanbindungskapazität C wird ein konstanter Wert (zu dem Zeitpunkt t₂), wenn der Betrag an Strom, der von Gleichstrom in Wechselstrom durch den Wandler 11 umgewandelt wird (durch P₂ in der Zeichnung ausgedrückt), mit dem Betrag des regenerierten Stroms P₁ ausgeglichen ist, der bei dem Motor 2 erzeugt ist. Wie in 7 gezeigt, wenn der regenerierte Strom P₁, der erzeugt wird, wenn der Motor 2 zu dem Zeitpunkt t₁ abgebremst wird, die Fähigkeit des Wandlers 11 überschreitet, Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln, dann beginnt die Spannung der Gleichstromanbindungskapazität C, sich zu dem Zeitpunkt t₁ zu erhöhen, zu dem der Motor 2 eine Abbremsung beginnt, durch Akkumulierung des regenerierten Stroms P₁, der bei dem Motor 2 erzeugt wird, in der Gleichstromanbindungskapazität C, wie in 8 gezeigt, und da der Betrag des regenerierten Stroms P₁, der bei dem Motor 2 erzeugt ist, größer als jener ist, der durch die Umwandlungsfähigkeit des Wandlers 11 umgewandelt werden kann, wird der Gleichstrom weiterhin in der Gleichstromanbindungskapazität C akkumuliert, was zu einer fortwährenden Erhöhung der Spannung der Gleichstromanbindungskapazität C führt.
Die Spannung der Gleichstromanbindungskapazität C, falls sie eine Spannung von Elementen des Wandlers 11 und des Inverters 21 oder der Gleichstromanbindungskapazität C selbst überschreitet, kann zu einem Ausfall der Elemente führen. Deshalb wird allgemein in der Motoransteuervorrichtung ein „Überspannungsalarmpegel” vorab für die Spannung der Gleichstromanbindungskapazität C in der Gleichstromanbindungseinheit 12 als eine maximale Spannung gesetzt, die eine zulässige Spannung in Anbetracht der Spannungsfestigkeit der Elemente des Wandlers 11 und des Inverters 21 und der Gleichstromanbindungskapazität C selbst ist. Die Spannung der Gleichstromanbindungskapazität C in der Gleichstromanbindungseinheit 12 wird immer überwacht, und wenn die Spannung den Überspannungsalarmpegel überschreitet, wird eine Art von Krisenpräventionsverarbeitung ausgeführt.
Zum Beispiel liegt eine Motoransteuervorrichtung vor, in der, wenn die Spannung der Gleichstromanbindungskapazität C in der Gleichstromanbindungseinheit 12 den Überspannungsalarmpegel überschreitet, ein Überspannungsalarmsignal zu dem Inverter 21 ausgegeben wird, und in Antwort auf dieses Signal der Inverter 21 den Schaltbetrieb für den Stromumwandlungsbetrieb abschaltet, um eine Umwandlung des regenerierten Stroms, der bei dem Motor 2 erzeugt wird, in den Gleichstrom anzuhalten (nachstehend als ein „Umwandlungsanhalten durch Alarm” bezeichnet). In diesem Fall ist es möglich, das Einfließen des regenerierten Stroms in die Gleichstromanbindungseinheit 12 zu blockieren, was die Erhöhung der Spannung der Gleichstromanbindungskapazität unterdrückt.
Im Gegensatz zu der vorstehend beschriebenen Motoransteuervorrichtung, die eine Umwandlung durch Alarm anhält, wie eine Vorrichtung, die eine Erhöhung der Spannung der Gleichstromanbindungskapazität unterdrückt, liegt zum Beispiel eine Motoransteuervorrichtung vor, wie in der JP 2008-271 687 A offenbart, die zusätzlich eine Hilfsgleichstromanbindungskapazität mit einer Gleichstromanbindungseinheit verbindet, wenn eine Spannung der Gleichstromanbindungskapazität einen Überspannungsalarmpegel überschreitet aufgrund von regeneriertem Strom, der bei einem Motor erzeugt ist. In diesem Fall wird der regenerierte Strom, der in die Gleichstromanbindungseinheit 12 fließt, in der Gleichstromanbindungskapazität mit größerem Kapazitätswert akkumuliert, so dass es möglich ist, eine Erhöhung der Spannung der Gleichstromanbindungskapazität zu unterdrücken.
In der vorstehend beschriebenen Motoransteuervorrichtung, die eine Umwandlung durch Alarm anhält, besteht eine Zeitverzögerung zwischen dem Zeitpunkt, zu dem eine Überspannung der Spannung der Gleichstromanbindungskapazität in der Gleichstromanbindungseinheit erfasst wird, und dem Zeitpunkt, zu dem der Umwandlungsbetrieb des Inverters tatsächlich angehalten wird, aufgrund der Erzeugung und der Übertragungszeit des Überspannungsalarmsignals und der Zeit, die für die Anhalteverarbeitung des Inverters erforderlich ist. Abhängig von dem Zeitpunkt, zu dem die Überspannung bei der Spannung der Gleichstromanbindungskapazität erfasst wird, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Umwandlungsbetrieb des Inverters tatsächlich angehalten hat, liegt eine Möglichkeit vor, dass obwohl die Überspannung der Spannung der Gleichstromanbindungskapazität erfasst wird, sich die Spannung der Gleichstromanbindungskapazität weiter erhöhen wird und die Spannungsfestigkeit der Gleichstromanbindungskapazität, der Schaltelemente, die den Wandler und den Inverter aufbauen, und von Elementen, wie Dioden, überschreiten wird. Des Weiteren, abhängig von dem Pegel des regenerierten Stroms, der bei dem Motor erzeugt ist, wird die Spannung der Gleichstromanbindungskapazität sich weiterhin erhöhen, von dem Zeitpunkt, zu dem die Überspannung der Spannung der Gleichstromanbindungskapazitäten erfasst wird, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Umwandlungsbetrieb des Inverters tatsächlich angehalten wird, und es liegt eine Möglichkeit vor, dass die Spannung der Gleichstromanbindungskapazität die Spannungsfestigkeit der Gleichstromanbindungskapazität und der Elemente überschreitet, die den Wandler und den Inverter aufbauen.
Des Weiteren, in beiden Fällen der vorstehend beschriebenen Motoransteuervorrichtung, die die Umwandlung durch Alarm anhält und die Motoransteuervorrichtung, die in der JP 2008-271 687 A offenbart ist, wird der Überspannungsalarmpegel niedriger gesetzt als die Spannungsfestigkeit um ein gewisses Maß, während eine Zugabe für den Sicherheitszweck unter Berücksichtigung der Spannungsfestigkeit der Elemente des Wandlers und des Inverters und der Gleichstromanbindungskapazität beibehalten wird. Deshalb wird in einigen Fällen eine derartige Zugabe manchmal eine übermäßige Zugabe.
Die Druckschrift US 2012/0 068 636 A1 offenbart eine Motorantriebsvorrichtung, die einen PWM (Pulsweitenmodulation), einen PWM-Wechselrichter, und einen PWM-Wandler-Steuerschaltkreis umfasst. Der PWM-Wandler-Steuerschaltkreis führt die PWM-Steuerung derart aus, dass während eines Beschleunigungssteuerungsintervalls des Motors weniger Energie von dem PWM-Wandler bereitgestellt wird, als der Motor benötigt und jegliches Defizit der zum Antrieb des Motors benötigten Energiemenge von der Energiespeichereinrichtung bereitgestellt wird. Wenn also während der Beschleunigung des Motors der Ausgang des Motors einen bestimmten Wert erreicht oder übersteigt, wird der Steuerungssollwert für die Zwischenkreisgleichspannung, die an einer Energiespeichereinrichtung anliegt, in einem entsprechenden Verhältnis zu dem Motorausgang graduell reduziert. Wenn der Motor in einen Steuerungsmodus für konstante Geschwindigkeit eintritt, wird der Steuerungssollwert für die Zwischenkreisgleichspannung auf einem konstanten Niveau gehalten. Wenn hingegen der Motor in einen Verzögerungssteuerungsmodus eintritt, wird der Steuerungssollwert für die Zwischenkreisgleichspannung in einem entsprechenden Verhältnis zu dem Motorausgang graduell angehoben und die regenerierte Energie wird durch die Energiespeichereinrichtung aufgenommen und wird während dem nächsten Durchlauf wiederverwendet.
Die Druckschrift JP H07-031 001 A offenbart eine Vorrichtung, in der gesammelter Wechselstrom durch einen Wandler und ein Kontaktelement zugeführt wird. Der Strom wird in Gleichstrom umgewandelt, der dann in dreiphasigen Wechselstrom zum Antrieb eines Wechselstrommotors invertiert wird. Wenn die erfasste Spannung über einer Glättungskapazität höher als die Spannung eines ersten Komparators ist, dann wird ein Überspannungsthyristor gezündet, um Strom durch einen Widerstand aufzunehmen, der in der Glättungskapazität gespeichert ist. Wenn die erfasste Spannung hingegen die Spannung eines zweiten Komparators während des Leerlaufs überschreitet, dann wird das Kontaktelement gelöst, um den Betrieb des Wandlers und des Inverters anzuhalten.
Kurzfassung der Erfindung
Im Lichte der vorstehend beschriebenen Probleme besteht eine Aufgabe der Erfindung in einem Bereitstellen einer Motoransteuervorrichtung, die die Elemente, die die Motoransteuervorrichtung aufbauen, die Wechselstrom, der von einer Wechselstromzufuhrseite zugeführt wird, in Gleichstrom umwandelt, den Gleichstrom ausgibt und weiterhin den Gleichstrom in Wechselstrom zum Ansteuern eines Motors umwandelt, um diesen dem Motor zuzuführen, vor einer Überspannung einer Gleichstromanbindungseinheit effektiv und zuverlässig schützen kann.
Die Erfindung sieht eine Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch vor. Eine Entwicklung ist in dem abhängigen Anspruch gezeigt.
Vorzugsweise umfasst die Motoransteuervorrichtung einen Wandler, der Wechselstrom, der von einer Wechselstromzufuhrseite zugeführt wird, in Gleichstrom umwandelt, der zu einer Gleichstromseite ausgegeben wird, und den Gleichstrom, der von der Gleichstromseite zugeführt wird, in Wechselstrom umwandelt, zu dem Zeitpunkt des Abbremsens des Motors, um diesen der Wechselstromzufuhrseite auszugeben, einen Inverter, der den Gleichstrom, der von einer Gleichstromseite zugeführt wird, in Wechselstrom umwandelt zum Ansteuern des Motors, um diesen zu einer Wechselstromseite auszugeben, und regenerierten Wechselstrom von der Wechselstrommotorseite in Gleichstrom umwandelt, um diesen der Gleichstromseite auszugeben zu dem Zeitpunkt des Abbremsens des Motors, eine Gleichstromanbindungseinheit, die die Gleichstromseite des Wandlers und die Gleichstromseite des Inverters verbindet, und die eine Gleichstromanbindungskapazität umfasst, die in der Lage ist, Gleichstrom zu akkumulieren, eine Spannungserfassungseinheit, die einen Gleichspannungswert der Gleichstromanbindungskapazität erfasst, eine Alarmpegelsetzeinheit, die einen Überspannungsalarmpegel für den Gleichspannungswert der Gleichstromanbindungskapazität setzt, eine Alarmbestimmungseinheit, die bestimmt, ob der durch die Spannungserfassungseinheit erfasste Gleichspannungswert den durch die Alarmpegelsetzeinheit gesetzten Überspannungsalarmpegel überschreitet, und eine Alarmmeldeeinheit, die, wenn die Alarmbestimmungseinheit bestimmt, dass der durch die Spannungserfassungseinheit erfasste Gleichspannungswert den durch die Alarmpegelsetzeinheit gesetzten Überspannungsalarmpegel überschreitet, den Inverter anweist, den Umwandlungsbetrieb anzuhalten.
Die Alarmpegelsetzeinheit umfasst vorzugsweise eine Vorhersageberechnungseinheit umfassen, die eine Vorhersageberechnung einer Erhöhung des Gleichspannungswerts der Gleichstromanbindungskapazität während der Zeit, die für den Inverter erforderlich ist, um den Umwandlungsbetrieb anzuhalten, nachdem die Alarmbestimmungseinheit bestimmt, dass der Gleichspannungswert den Überspannungsalarmpegel überschreitet, durchführt auf der Grundlage eines ersten Parameters, der Zeit ist, die für den Inverter erforderlich ist, den Umwandlungsbetrieb anzuhalten, nachdem die Alarmbestimmungseinheit bestimmt, dass der Gleichspannungswert den Überspannungsalarmpegel überschreitet, eines zweiten Parameters, der ein Betrag des Gleichstroms ist, der durch Umwandeln von durch den Inverter erzeugtem Wechselstrom erzeugt wird, der zu dem Zeitpunkt des Abbremsens des Motors erzeugt wird, eines dritten Parameters, der der Betrag des Wechselstroms ist, der verwendet wird, um den Wechselstrom zu erzeugen, der zu der Wechselstromzufuhrseite zurückzugeben ist durch den Wandler zu dem Zeitpunkt des Abbremsens des Motors, und eines vierten Parameters, der der Kapazitätswert der Gleichstromanbindungskapazität ist, und eine Setzeinheit umfasst, die den Überspannungsalarmpegel setzt auf der Grundlage der Erhöhung, wenn der Gleichspannungswert der Gleichstromanbindungskapazität zu dem Zeitpunkt, zu dem der Inverter den Umwandlungsbetrieb anhält, der aus der Erhöhung berechnet wird, größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, der gesetzt wird auf der Grundlage einer Spannungsfestigkeit der Gleichstromanbindungskapazität und einer Spannungsfestigkeit von jedem Element in dem Wandler und dem Inverter, und der den vorbestimmten Schwellenwert als den Überspannungsalarmpegel setzt, wenn der Gleichspannungswert der Gleichstromanbindungskapazität zu dem Zeitpunkt, zu dem der Inverter den Umwandlungsbetrieb anhält, kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert ist.
Die Setzeinheit setzt vorzugsweise einen Wert, der erhalten wird durch Subtrahieren der Erhöhung von einem Wert, der zweimal von dem vorbestimmten Schwellenwert beträgt, als den Überspannungsalarmpegel, wenn der Gleichspannungswert der Gleichstromanbindungskapazität zu dem Zeitpunkt, zu dem der Inverter den Umwandlungsbetrieb anhält, der aus der Erhöhung berechnet wird, größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist.
Des Weiteren können Einstellungen des ersten Parameters, des zweiten Parameters, des dritten Parameters und des vierten Parameters durch externe Anweisung geändert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird klarer verstanden werden durch Bezugnahme auf die nachfolgenden, beiliegenden Zeichnungen. Es zeigen:
1 einen Aufbau einer Motoransteuervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 regenerierten Strom, der bei Abbremsung eines Motors in der Motoransteuervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel erzeugt wird;
3 einen Überspannungsalarmpegel, der in der Motoransteuervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel gesetzt ist;
4 ein modifiziertes Beispiel der Motoransteuervorrichtung;
5 eine Schaltungsdarstellung, die einen Fluss an Energie zeigt, wenn der Betrag des regenerierten Stroms, der bei dem Motor erzeugt wird, kleiner als der Betrag an Wechselstrom ist, der zu einer Wechselstromzufuhrseite in der Motoransteuervorrichtung zurückgegeben wird;
6 eine Erhöhung einer Spannung einer Gleichstromanbindungskapazität in einem Fall, der in 5 gezeigt ist;
7 eine Schaltungsdarstellung, die einen Fluss an Energie zeigt, wenn der Betrag des regenerierten Stroms, der bei dem Motor regeneriert wird, größer als der Betrag des Wechselstroms ist, der zu der Wechselstromzufuhrseite zurückgegeben wird, in der Motoransteuervorrichtung; und
8 eine Erhöhung der Spannung der Gleichstromanbindungskapazität in einem Fall, der in 7 gezeigt ist.
Ausführliche Beschreibung
Eine Motoransteuervorrichtung mit einer Alarmpegelsetzeinheit wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden. Es sei zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die in den Zeichnungen oder nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele eingeschränkt ist.
1 zeigt einen Aufbau der Motoransteuervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel. Nachstehend beabsichtigen Komponenten, denen die gleichen Bezugszeichen in verschiedenen Zeichnungen zugewiesen sind, Komponenten mit den gleichen Funktionen anzugeben.
Während eine Motoransteuervorrichtung, die einen Motor ansteuert und steuert, in dem nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel beschrieben werden wird, ist die Erfindung nicht durch die Anzahl von anzusteuernden und zu steuernden Motoren beschränkt, und kann bei einer Motoransteuervorrichtung angewendet werden, die eine Vielzahl von Motoren ansteuert und steuert. Des Weiteren, während sowohl eine herkömmliche Wechselstromzufuhr als auch ein Wechselstrommotor, der mit der Motoransteuervorrichtung verbunden ist, in drei Phasen aufgebaut sind, schränkt die Anzahl von Phasen die Erfindung nicht ein, und kann zum Beispiel eine einzelne Phase sein. Des Weiteren schränkt der Typ des Motors, der durch die Motoransteuervorrichtung anzusteuern ist, die Erfindung nicht ein, und kann zum Beispiel ein Induktionsmotor oder ein Synchronmotor sein.
Wie in 1 gezeigt, ist die Motoransteuervorrichtung 1 mit einer Wandlereinheit 10 und einer Invertereinheit 20 aufgebaut. Eine handelsübliche Dreiphasen-Eingangsstromversorgung 3 ist mit einer Wechselstromzufuhrseite der Wandlereinheit 10 verbunden, und ein Dreiphasenmotor 2 ist mit einer Wechselstrommotorseite der Invertereinheit 20 verbunden.
Die Wandlereinheit 10 in der Motoransteuervorrichtung 1 umfasst einen Wandler 11, eine Gleichstromanbindungseinheit 12, eine Spannungserfassungseinheit 13, eine Alarmpegelsetzeinheit 14, eine Alarmbestimmungseinheit 15 und eine Alarmmeldeeinheit 16.
Der Wandler 11 ist ein elektrischer Stromwandler, der Strom zwischen Wechselstrom und Gleichstrom umwandeln kann, und der Wechselstrom, der von der Wechselstromzufuhrseite zugeführt ist, in Gleichstrom umwandelt, der zu einer Gleichstromseite auszugeben ist, und der den Gleichstrom, der von der Gleichstromseite zugeführt ist, in Wechselstrom bei Abbremsung des Motors umwandelt, um diesen zu der Gleichstromzufuhrseite auszugeben. Ausführungsbeispiele des Wandlers 11 sind nicht insbesondere eingeschränkt, solange der Wandler 11 ein elektrischer Stromwandler ist, der Strom zwischen Gleichstrom und Wechselstrom umwandeln kann, und der zum Beispiel eine Gleichrichterschaltung umfasst, die eine 120°-Stromführung durchführen kann, oder eine Gleichrichterschaltung, die ein PWM-Steuerverfahren einsetzt. Der Wandler 11 ist als eine Umwandlungsschaltung mit Schaltelementen im Inneren aufgebaut. Als die Schaltelemente wird zum Beispiel ein IGBT eingesetzt und sind Dioden umgekehrt parallel zu diesem IGBT geschaltet.
Die Gleichstromanbindungseinheit 12, die die Gleichstromseite des Wandlers 11 und die Gleichstromseite des Inverters 21 verbindet, und die Gleichstrom sendet und empfängt, umfasst eine Gleichstromanbindungskapazität C. Die Gleichstromanbindungskapazität C weist eine Funktion als eine Glättungskapazität zum Unterdrücken eines Pulsierens einer Gleichstromabgabe des Wandlers 11 oder des Inverters 21 auf und ist in der Lage, Gleichstrom zu akkumulieren.
Die Spannungserfassungseinheit 13 erfasst einen Gleichspannungswert der Gleichstromanbindungskapazität C und sendet den Gleichspannungswert zu der Alarmbestimmungseinheit 15.
Die Alarmpegelsetzeinheit 14 setzt einen Überspannungsalarmpegel für den Gleichspannungswert der Gleichstromanbindungskapazität C gemäß vorbestimmten Bedingungen. Die Einzelheiten des Betriebs der Alarmpegelsetzeinheit 14 werden später beschrieben werden.
Die Alarmbestimmungseinheit 15 bestimmt, ob der Gleichspannungswert, der durch die Spannungserfassungseinheit 13 erfasst ist, den Überspannungsalarmpegel überschreitet oder nicht, der durch die Alarmpegelsetzeinheit 14 gesetzt ist.
Wenn die Alarmbestimmungseinheit 15 bestimmt, dass der Gleichspannungswert, der durch die Spannungserfassungseinheit 13 erfasst ist, den Überspannungsalarmpegel überschreitet, der durch die Alarmpegelsetzeinheit 14 gesetzt ist, dann meldet die Alarmmeldeeinheit 16 gegenüber einer Kommunikationsschaltungseinheit 23 innerhalb der Invertereinheit 20 eine Anweisung, um den Umwandlungsbetrieb des Inverters 21 innerhalb der Invertereinheit 20 anzuhalten. Die Alarmmeldeeinheit 16, die eine Kommunikationsschaltungseinheit 33 umfasst, sendet ein Signal zum Anweisen des Inverters 21 innerhalb der Invertereinheit 20, um den Umwandlungsbetrieb anzuhalten, zu der Kommunikationsschaltungseinheit 23 der Invertereinheit 20 durch die Kommunikationsschaltungseinheit 33.
Die Invertereinheit 20 innerhalb der Motoransteuervorrichtung 1 umfasst den Inverter 21, eine PWM-Signalerzeugungseinheit 22 und die Kommunikationsschaltungseinheit 23.
Der Inverter 21 wandelt den Gleichstrom, der von der Gleichstromseite zugeführt ist, in Wechselstrom um zum Ansteuern des Motors 2, um diesen zu einer Wechselstrommotorseite auszugeben, und wandelt regenerierten Wechselstrom von der Wechselstrommotorseite, der bei Abbremsung des Motors erzeugt wird, in Gleichstrom um, der zu der Gleichstromseite auszugeben ist. Der Wandler 11 und der Inverter 21 sind durch die Gleichstromanbindungseinheit 12 verbunden. Da ein Beispiel, in dem die Motoransteuervorrichtung 1 einen Motor 2 ansteuert und steuert, hier beschrieben ist, ist ein Inverter 21 für den Motor 2 vorgesehen.
Der Inverter 21 ist als eine Wandlerschaltung aufgebaut, wie ein PWM-Inverter, der Schaltelemente im Inneren umfasst. Der Inverter 21 wandelt den Gleichstrom, der von Seiten der Gleichstromanbindungseinheit 12 zugeführt ist, in dreiphasigen Wechselstrom mit einer gewünschten Spannung und einer gewünschten Frequenz zum Ansteuern des Motors 2 um, indem die internen Schaltelemente veranlasst werden, einen Schaltbetrieb auf der Grundlage eines PWM-Signals durchzuführen, das von der PWM-Signalerzeugungseinheit 22 empfangen wird. Der Motor 2 operiert auf der Grundlage des zugeführten dreiphasigen Wechselstroms mit variabler Spannung und variabler Frequenz. Des Weiteren wird regenerierter Strom bei Abbremsung des Motors 2 erzeugt, in welchem Fall der Wechselstrom, der der regenerierte Strom ist, der bei dem Motor 2 erzeugt wird, ebenso in Gleichstrom umgewandelt wird und zu der Gleichstromanbindungseinheit 12 zurückgegeben wird auf der Grundlage des PWM-Signals, das von der PWM-Signalerzeugungseinheit 22 empfangen wird. Auf diese Art und Weise wandelt der Inverter 21 wechselseitig Strom zwischen Gleichstrom der Gleichstromanbindungseinheit 12 und Wechselstrom um, der Strom zum Ansteuern des Motors 2 oder regenerierter Strom ist, auf der Grundlage des empfangenen PWM-Signals.
Die PWM-Signalerzeugungseinheit 22 erzeugt das PWM-Signal als eine Motoransteueranweisung. Mit anderen Worten erstellt die PWM-Signalerzeugungseinheit 22 eine Motoransteueranweisung derart, dass der Motor 2 bei einer gewünschten Geschwindigkeit (Beschleunigung, Abbremsung, konstante Geschwindigkeit, Anhalten oder dergleichen) bei einem gewünschten Drehmoment und einer gewünschten Position eines Rotors operiert, und gibt das PWM-Signal zu einem Gate des IGBT innerhalb des Inverters 21 derart aus, dass der Inverter 21 einen Wechselstrom mit einem Signalverlauf und einer Frequenz ausgibt, die für den Motor 2 erforderlich sind, um auf der Grundlage der Motoransteueranweisung zu operieren. Der Schaltvorgang des Inverters 21 wird durch das PWM-Signal gesteuert, das durch die PWM-Signalerzeugungseinheit 22 erzeugt ist.
Die Kommunikationsschaltungseinheit 23 kommuniziert mit der Kommunikationsschaltungseinheit 33 der Alarmmeldeeinheit 16 innerhalb der Wandlereinheit 10. Bei Empfang eines Signals zum Anweisen des Inverters 21, den Umwandlungsbetrieb anzuhalten, von der Kommunikationsschaltungseinheit 33, weist die Kommunikationsschaltungseinheit 23 die PWM-Signalerzeugungseinheit 22 an, das PWM-Signal zum Anhalten des Schaltbetriebs der Schaltelemente innerhalb des Inverters 21 zu erzeugen.
Als nächstes wird ein Betriebsprinzip der Alarmpegelsetzeinheit 14 beschrieben werden. 2 zeigt regenerierten Strom des Motors, der bei Abbremsung des Motors in der Motoransteuervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel erzeugt wird. Des Weiteren zeigt 3 Einstellungen des Überspannungsalarmpegels, der in der Motoransteuervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel gesetzt ist.
Zuerst sei angenommen, dass von dem Zeitpunkt, zu dem der Motor 2 die Abbremsung beginnt, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem eine Spannung der Gleichstromanbindungskapazität C V₁ erreicht durch den regenerierten Strom, der durch den Motor 2 erzeugt ist, der Inverter 11 keinen Strom zu der Wechselstromzufuhrseite regeneriert. Zu diesem Zeitpunkt, wenn der Kapazitätswert der Gleichstromanbindungskapazität C vom Wert C beträgt, beträgt ein Eingangsspannungswellenspitzenwert (Spannung der Gleichstromanbindungskapazität in einem stationären Zustand) V₀, und beträgt die Zeit, die für die Spannung der Gleichstromanbindungskapazität C erforderlich ist, um V₁ von V₀ zu erreichen, T, dann erfüllt der Betrag an Gleichstrom P₁, der durch Umwandeln des regenerierten Wechselstroms, der bei dem Motor 2 erzeugt wird bei Abbremsung des Motors durch den Inverter 21, die nachfolgende Relationsgleichung (1): P₁ × T = 1 / 2 × C × (V 2 / 1 – V 2 / 0) (1)
Eine Spannungserhöhung V der Gleichstromanbindungskapazität C aufgrund des regenerierten Wechselstroms, der bei dem Motor 2 bei Abbremsen des Motors erzeugt wird, kann wie folgt unter Verwendung von P₁ berechnet werden, der auf der Grundlage von Gleichung (1) berechnet ist. Mit anderen Worten, wenn „der Betrag von Wechselstrom, der verwendet wird, um einen Wechselstrom zum Regenerieren von Strom zu der Wechselstromzufuhrseite durch den Wandler 11 bei Abbremsung des Motors”, der die Leistung des Wandlers 11 ist, um Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln, P₂ beträgt, eine Spannungsfestigkeit der Elemente des Wandlers 11 und des Inverters 21 oder der Gleichstromanbindungskapazität C selbst V₂ beträgt, und eine Zeit, die für den Inverter 20 erforderlich ist, den Umwandlungsbetrieb anzuhalten, nachdem die Alarmbestimmungseinheit 15 bestimmt, dass der Überspannungsalarmpegel überschritten ist, T₁ beträgt, erfüllt eine Spannungserhöhung V der Gleichstromanbindungskapazität C aufgrund des regenerierten Wechselstroms bei Abbremsung des Motors, die von dem Zeitpunkt vorhergesagt wird, zu dem die Alarmbestimmungseinheit 15 bestimmt, dass der Überspannungsalarmpegel überschritten ist, bis zu dem Zeitpunkt T₁, zu dem der Inverter 20 den Umwandlungsbetrieb anhält, die nachstehende Relationsgleichung (2): (P₁ – P₂) × T₁ = 1 / 2 × C × (V² – V 2 / 0) (2)
Typischerweise liegt eine Zeitverzögerung T₁ von dem Zeitpunkt, zu dem die Alarmbestimmungseinheit 15 bestimmt, dass der Überspannungsalarmpegel überschritten ist, bis zu dem Zeitpunkt vor, zu dem der Inverter 20 den Umwandlungsbetrieb anhält, was eine Verarbeitungszeit von jeder der Alarmbestimmungseinheit 15, der Alarmmeldeeinheit 16 (einschließlich der Kommunikationsschaltungseinheit 33), der Kommunikationsschaltungseinheit 23 und der PWM-Signalerzeugungseinheit 22, die Zeit zum Senden eines Signals von der Kommunikationsschaltungseinheit 33 zu der Kommunikationsschaltungseinheit 23 und eine Zeit umfasst, die für den Inverter 21 erforderlich ist, um den Umwandlungsbetrieb tatsächlich anzuhalten, nachdem die PWM-Signalerzeugungseinheit 22 den Inverter 21 angewiesen hat, den Umwandlungsbetrieb anzuhalten. Während dieser Zeit T₁, von dem Zeitpunkt, zu dem die Alarmbestimmungseinheit 15 bestimmt, dass der Überspannungsalarmpegel überschritten ist, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Inverter 20 den Umwandlungsbetrieb anhält, fließt Gleichstrom in die Gleichstromanbindungskapazität C von dem Inverter 21, was die Spannung der Gleichstromanbindungskapazität C erhöht. Deshalb wird der Überspannungsalarmpegel wie nachstehend beschrieben unter Berücksichtigung der Zeit T₁ gesetzt, von dem Zeitpunkt, zu dem die Alarmbestimmungseinheit 15 bestimmt, dass der Überspannungsalarmpegel überschritten ist, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Inverter 20 den Umwandlungsbetrieb anhält, und der Spannungsfestigkeit V₂ der Elemente des Wandlers 11 und des Inverters 21 und der Gleichstromanbindungskapazität C.
Wie in 3 gezeigt, kann eine Summe (V₀ + V) der Spannungserhöhung V der Gleichstromanbindungskapazität C, die aufgrund des regenerierten Wechselstroms auftritt, der bei dem Motor 2 bei Abbremsung des Motors erzeugt wird, und die unter Verwendung von Gleichung (2) und des Eingangsspannungswellenspitzenwerts (Spannung der Gleichstromanbindungskapazität C in einem stationären Zustand) V₀ berechnet wird, als ein Gleichspannungswert der Gleichstromanbindungskapazität C zu dem Zeitpunkt betrachtet werden, zu dem der Inverter 21 den Umwandlungsbetrieb bei Abbremsung des Motors anhält. Wenn bestimmt wird, dass dieser Wert (V₀ + V) die Spannungsfestigkeit V₂ der Elemente des Wandlers 11 und des Inverters 21 und der Gleichstromanbindungskapazität überschreitet, überschreitet der Wert diese Spannungsfestigkeit V₂ der Elemente des Wandlers 11 und des Inverters 21 und der Gleichstromanbindungskapazität C um ΔV (= V – V₂), was zu einem Zusammenbruch der Elemente führt.
Demgemäß, wenn bestimmt wird, dass die Summe (V₀ + V) der Spannungserhöhung V der Gleichstromanbindungskapazität C, die aufgrund des regenerierten Wechselstroms auftritt, der bei dem Motor 2 bei Abbremsung des Motors erzeugt wird und der unter Verwendung von Gleichung (2) und des Eingangsspannungswellenspitzenwerts (Spannung der Gleichstromanbindungskapazität C in einem stationären Zustand) V₀ berechnet ist, die Spannungsfestigkeit V₂ der Elemente des Wandlers 11 und des Inverters 21 und der Gleichstromanbindungskapazität C überschreitet, dann wird ein Wert V₃ (= V₂ – ΔV), der um ΔV niedriger als die Spannungsfestigkeit V₂ der Elemente des Wandlers 11 und des Inverters 21 und der Gleichstromanbindungskapazität C ist, als der Überspannungsalarmpegel gesetzt. Mit anderen Worten, wie in Gleichung (3) ausgedrückt, wird ein Wert, der erlangt wird durch Subtrahieren der Spannungserhöhung V der Gleichstromanbindungskapazität C, die aufgrund des regenerierten Wechselstroms auftritt, der bei dem Motor 2 bei Abbremsung des Motors erzeugt wird und die unter Verwendung der Gleichung (2) berechnet ist, von einem Wert (2V₂), der zweimal die Spannungsfestigkeit V₂ der Elemente beträgt, die den Wandler 11 und den Inverter 21 und die Gleichstromanbindungskapazität C aufbauen, als der Überspannungsalarmpegel V₃ in diesem Fall gesetzt. V₃ = V₂ – ΔV = V₂ – (V – V₂) = 2V₂ – V (3)
Wenn bestimmt wird, dass die Summe (V₀ + V) der Spannungserhöhung V der Gleichstromanbindungskapazität, die aufgrund des regenerierten Wechselstroms auftritt, der bei dem Motor 2 bei Abbremsung des Motors erzeugt wird und der unter Verwendung von Gleichung (2) und des Eingangsspannungswellenspitzenwerts (Spannung der Gleichstromanbindungskapazität C in einem stationären Zustand) V₀ berechnet ist, nicht die Spannungsfestigkeit V₂ der Elemente des Wandlers 11 und des Inverters 21 und der Gleichstromanbindungskapazität C selbst überschreitet, dann wird die Spannungsfestigkeit V₂ der Elemente des Wandlers 11 und des Inverters 21 und der Gleichstromanbindungskapazität C selbst als der Überspannungsalarmpegel V₃ gesetzt.
Die Alarmpegelsetzeinheit 14 in der Wandlereinheit 10, die in 1 gezeigt ist, führt die vorstehend beschriebene Verarbeitung aus. Mit anderen Worten umfasst die Alarmpegelsetzeinheit 14 eine Vorhersageberechnungseinheit 31 und eine Setzeinheit 32.
Die Vorhersageberechnungseinheit 31 führt eine Vorhersageberechnung einer Erhöhung V des Gleichspannungswerts der Gleichstromanbindungskapazität C für die Zeit T₁, die für den Inverter 21 erforderlich ist, den Umwandlungsbetrieb anzuhalten, nachdem die Alarmbestimmungseinheit 15 bestimmt, dass der Überspannungsalarmpegel überschritten ist, durch auf der Grundlage eines ersten Parameters T₁, der die Zeit ist, die für den Inverter 21 erforderlich ist, den Umwandlungsbetrieb anzuhalten, nachdem die Alarmbestimmungseinheit 15 bestimmt, dass der Überspannungsalarmpegel überschritten ist, eines zweiten Parameters P₁, der der Betrag des Gleichstroms ist, der durch den Inverter 21 aus dem regenerierten Wechselstrom umgewandelt wird, der bei Abbremsung des Motors erzeugt wird, eines dritten Parameters P₂, der der Betrag des Gleichstroms ist, der verwendet wird, um Wechselstrom zu erzeugen, der zu der Wechselstromzufuhrseite durch den Wandler 11 bei Abbremsung des Motors zurückzugeben ist (d. h. die Fähigkeit des Wandlers 11, Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln) und eines vierten Parameters C, der der Kapazitätswert der Gleichstromanbindungskapazität C ist, gemäß Gleichung (1) und Gleichung (2).
Wenn der Gleichspannungswert (V₀ + V) der Gleichstromanbindungskapazität C zu dem Zeitpunkt, zu dem der Inverter 21 den Umwandlungsbetrieb anhält, der aus der Erhöhung V des Gleichspannungswerts der Gleichstromanbindungskapazität C, der durch die Vorhersageberechnung der Vorhersageberechnungseinheit 33 gewonnen ist, größer als der vorbestimmte Schwellenwert V₂ ist, der auf der Grundlage der Spannungsfestigkeit der Gleichstromanbindungskapazität C und der Spannungsfestigkeit der Schaltelemente in dem Wandler 11 und dem Inverter 21 und von Elementen, wie Dioden, gesetzt ist, setzt die Setzeinheit 32 einen Wert (2V₂ – V), der erlangt wird durch Subtrahieren der Erhöhung V von einem Wert (2V₂), der zweimal den vorbestimmten Schwellenwert V₂ beträgt, als den Überspannungsalarmpegel V₃ gemäß Gleichung (3), und wenn der Gleichspannungswert (V₀ + V) der Gleichstromanbindungskapazität kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert V₂ ist, dann setzt die Setzeinheit 32 den vorbestimmten Schwellenwert V₂ als den Überspannungsalarmpegel V₃.
Die Alarmbestimmungseinheit 15 bestimmt, ob der Gleichspannungswert, der durch die Spannungserfassungseinheit 13 erfasst ist, den Überspannungsalarmpegel V₃ überschreitet oder nicht, der durch die Alarmpegelsetzeinheit 14 gesetzt ist, wie vorstehend beschrieben.
Gemäß der Erfindung wird die Vorhersageberechnung der Erhöhung V des Gleichspannungswerts der Gleichstromanbindungskapazität C durchgeführt auf der Grundlage des ersten Parameters T₁, der die Zeit ist, die für den Inverter 21 erforderlich ist, den Umwandlungsbetrieb anzuhalten, nachdem die Alarmbestimmungseinheit 14 bestimmt, dass der Überspannungsalarmpegel überschritten ist, des zweiten Parameters P₁, der der Betrag des Gleichstroms ist, der durch den Inverter 21 aus dem regenerierten Strom umgewandelt wird, der bei Abbremsung des Motors erzeugt ist, des dritten Parameters P₂, der der Betrag des Gleichstroms ist, der verwendet wird, um Wechselstrom zu erzeugen, der zu der Wechselstromzufuhrseite durch den Wandler 11 bei Abbremsung des Motors zurückzugeben ist (d. h. die Fähigkeit des Wandlers 11, Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln) und des vierten Parameters C, der der Kapazitätswert der Gleichstromanbindungskapazität C ist, wird der Gleichspannungswert (V₀ + V) der Gleichstromanbindungskapazität zu dem Zeitpunkt, zu dem der Inverter 21 den Umwandlungsbetrieb anhält, auf der Grundlage der Erhöhung V berechnet und wird der Überspannungsalarmpegel V₃ gemäß einer Betragsbeziehung zwischen der (V₀ + V) und dem vorbestimmten Schwellenwert V₂ gesetzt, der auf der Grundlage der Spannungsfestigkeit der Gleichstromanbindungskapazität C und der Spannungsfestigkeit der Schaltelemente in dem Wandler 11 und dem Inverter 21 und von Elementen, wie Dioden, gesetzt ist, so dass es möglich ist zu verhindern, dass der Überspannungsalarmpegel V₃ eine übermäßige Zugabe annimmt hinsichtlich jedem Element wie in dem Stand der Technik, und die Elemente der Motoransteuervorrichtung effektiv und zuverlässig vor einer Überspannung der Gleichstromanbindungseinheit zu schützen.
Die Alarmpegelsetzeinheit 14 und die Alarmbestimmungseinheit 15 sind zum Beispiel mit Prozessoren aufgebaut, die in der Lage sind, eine Berechnungsverarbeitung und -bestimmung durchzuführen. Des Weiteren können der vorstehend beschriebene erste Parameter T₁, der zweite Parameter P₁, der dritte Parameter P₂ und der vierte Parameter C bei der Alarmpegelsetzeinheit 14 gesetzt werden durch ihre Eingabe oder durch ihre Vorabberechnung unter Berücksichtigung von Eigenschaften der Elemente der Motoransteuervorrichtung 1 und von Bedingungen, bei denen die Motoransteuervorrichtung 1 angewendet wird. Demgemäß ist es möglich, einen optimalen Überspannungsalarmpegel ohne den Bedarf an der Hinzufügung von Teilen zu setzen.
Es ist ebenso möglich, den ersten Parameter T₁, den zweiten Parameter P₁, den dritten Parameter P₂ und den vierten Parameter C zu setzen, um durch eine externe Anweisung geändert zu werden. 4 zeigt ein modifiziertes Beispiel der Motoransteuervorrichtung. In diesem modifizierten Beispiel ist eine externe Vorrichtung 41 mit der Alarmpegelsetzeinheit 14 verbunden, und können die Einstellungen des ersten Parameters T₁, des zweiten Parameters P₁, des dritten Parameters P₂ und des vierten Parameters C durch eine Anweisung aus der externen Vorrichtung 41 geändert werden. Beispiele der externen Vorrichtung 41 umfassen eine numerische Steuervorrichtung, die eine Hostvorrichtung Motoransteuervorrichtung 1 ist, einen Computer mit einer Eingabe/Ausgabevorrichtung und verschiedene Schalter, wie DIP-Schalter und Knopfschalter. Durch Setzen der Einstellungen des ersten Parameters T₁, des zweiten Parameters P₁, des dritten Parameters P₂ und des vierten Parameters C, um durch die externe Anweisung auf diese Art und Weise geändert zu werden, ist es möglich, eine Verarbeitung leicht unter Bezugnahme auf eine Überspannungsbestimmung der Motoransteuervorrichtung 1 einzustellen, zum Beispiel selbst dann, wenn der Motor 2, der durch die Motoransteuereinrichtung 1 anzusteuern und zu steuern ist, geändert wird, oder die Wartung aufgrund einer langfristigen Änderung erforderlich wird.
Die vorliegende Erfindung kann bei Motoransteuervorrichtungen angewendet werden, die Motoren in Werkzeugmaschinen, Press- und Schmiedemaschinen, Spritzgussmaschinen, Industriemaschinen oder verschiedenen Robotern ansteuern, die einen Wandler, der eingegebenen Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt, und einen Inverter aufweisen, der Gleichstrom von dem Wandler in Wechselstrom umwandelt, der als Ansteuerstrom jedem Motor zuzuführen ist, und die Elemente, die die Motoransteuervorrichtung aufbauen, vor einer Überspannung der Gleichstromanbindungseinheit schützen, die den Wandler und den Inverter verbindet.
Gemäß der Erfindung, in der Motoransteuervorrichtung, die Wechselstrom, der von der Wechselstromzufuhrseite zugeführt ist, in Gleichstrom umwandelt, den Gleichstrom ausgibt und weiterhin den Gleichstrom in Wechselstrom zur Ansteuerung eines Motors umwandelt, um diesen dem Motor zuzuführen, wird der Überspannungsalarmpegel gesetzt unter Berücksichtigung einer Zeit, die für den Inverter erforderlich ist, den Umwandlungsbetrieb anzuhalten, nachdem der Überspannungsalarmpegel überschritten ist, des Betrags der Gleichspannung, die von dem Inverter aus dem regenerierten Wechselstrom umgewandelt wird, der bei Abbremsung des Motors erzeugt wird, des Betrags des Gleichstroms, der verwendet wird, um Wechselstrom zu erzeugen, der zu der Wechselstromseite durch den Wandler bei Abbremsung des Motors zurückzugeben ist (d. h. die Fähigkeit des Wandlers, Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln) und des Kapazitätswerts der Gleichstromanbindungskapazität, so dass es möglich ist, den Überspannungsalarmpegel in der Gleichstromanbindungseinheit daran zu hindern, eine übermäßige Zugabe einzunehmen hinsichtlich der Spannungsfestigkeit der Elemente wie in dem Stand der Technik, und die Elemente, die die Motoransteuervorrichtung aufbauen, effektiv und zuverlässig vor einer Überspannung der Gleichstromanbindungseinheit zu schützen.

Claims

Motoransteuervorrichtung (1), umfassend: a) einen Wandler (11), der eingerichtet ist, um Wechselstrom, der von einer Wechselstromzufuhrseite zugeführt wird, in Gleichstrom umzuwandeln, der zu einer Gleichstromseite auszugeben ist, und der eingerichtet ist, um den Gleichstrom, der von der Gleichstromseite zugeführt wird, in Wechselstrom zu dem Zeitpunkt der Abbremsung eines Motors umzuwandeln, um diesen zu der Wechselstromzufuhrseite auszugeben; b) einen Inverter (21), der eingerichtet ist, um den Gleichstrom, der von einer Gleichstromseite zugeführt wird, in Wechselstrom zum Ansteuern des Motors (2) umzuwandeln, um diesen zu einer Wechselstrommotorseite auszugeben, und der eingerichtet ist, um regenerierten Wechselstrom von der Wechselstrommotorseite in Gleichstrom umzuwandeln, um diesen zu der Gleichstromseite zu dem Zeitpunkt des Abbremsens des Motors auszugeben; c) eine Gleichstromanbindungseinheit (12), die eingerichtet ist, um die Gleichstromseite des Wandlers (11) und die Gleichstromseite des Inverters (21) zu verbinden, und die eine Gleichstromanbindungskapazität aufweist, die in der Lage ist, Gleichstrom zu akkumulieren; d) eine Spannungserfassungseinheit (13), die eingerichtet ist, um einen Gleichspannungswert der Gleichstromanbindungskapazität zu erfassen; eine Alarmpegelsetzeinheit (14), die eingerichtet ist, um einen Überspannungsalarmpegel für den Gleichspannungswert der Gleichstromanbindungskapazität zu setzen; e) eine Alarmbestimmungseinheit (15), die eingerichtet ist, um zu bestimmen, ob der Gleichspannungswert, der durch die Spannungserfassungseinheit (13) erfasst ist, den Überspannungsalarmpegel überschreitet oder nicht, der durch die Alarmpegelsetzeinheit (14) gesetzt ist; und f) eine Alarmmeldeeinheit (16), die eingerichtet ist, um – wenn die Alarmbestimmungseinheit (15) bestimmt, dass der Gleichspannungswert, der durch die Spannungserfassungseinheit (13) erfasst ist, den Überspannungsalarmpegel überschreitet, der durch die Alarmpegelsetzeinheit (14) gesetzt ist – den Inverter (21) anzuweisen, den Umwandlungsbetrieb anzuhalten, g) wobei die Alarmpegelsetzeinheit (14) umfasst: g1) eine Vorhersageberechnungseinheit (31), die eingerichtet ist, um eine Vorhersageberechnung einer Erhöhung des Gleichspannungswerts der Gleichstromanbindungskapazität während einer Zeit, die für den Inverter (21) erforderlich ist, um den Umwandlungsbetrieb anzuhalten, nachdem die Alarmbestimmungseinheit (15) bestimmt, dass der Gleichspannungswert den Überspannungsalarmpegel überschreitet, durchzuführen auf der Grundlage eines ersten Parameters, der die Zeit ist, die für den Inverter (21) erforderlich ist, um den Umwandlungsbetrieb anzuhalten, nachdem die Alarmbestimmungseinheit (15) bestimmt, dass der Gleichspannungswert den Überspannungsalarmpegel überschreitet, eines zweiten Parameters, der ein Betrag des Gleichstroms ist, der durch Umwandeln durch den Inverter (21) von regeneriertem Wechselstrom erzeugt ist, der wiederum zu dem Zeitpunkt der Abbremsung des Motors erzeugt wird, eines dritten Parameters, der ein Betrag des Gleichstroms ist, der angewendet wird, um einen Gleichstrom zu erzeugen, der zu der Wechselstromzufuhrseite durch den Wandler (11) zu dem Zeitpunkt des Abbremsens des Motors zurückzugeben ist, und eines vierten Parameters, der ein Kapazitätswert der Gleichstromanbindungskapazität ist; und g2) eine Setzeinheit (32), die eingerichtet ist, um den Überspannungsalarmpegel auf der Grundlage der Erhöhung des Gleichspannungswerts der Gleichstromanbindungskapazität zu dem Zeitpunkt zu setzen, zu dem der Inverter (21) den Umwandlungsbetrieb anhält, der aus der Erhöhung berechnet wird, wenn der Gleichspannungswert der Gleichstromanbindungskapazität größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, der auf der Grundlage einer Spannungsfestigkeit der Gleichstromanbindungskapazität und einer Spannungsfestigkeit von jedem Element des Wandlers (11) und des Inverters (21) gesetzt ist, und die eingerichtet ist, um den vorbestimmten Schwellenwert als den Überspannungsalarmpegel zu setzen, wenn der Gleichspannungswert der Gleichstromanbindungskapazität zu dem Zeitpunkt, zu dem der Inverter den Umwandlungsbetrieb anhält, kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert ist.
Motoransteuervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei h) Einstellungen des ersten Parameters, des zweiten Parameters, des dritten Parameters und des vierten Parameters durch eine externe Anweisung geändert werden können.