DE102013103342B4

DE102013103342B4 - Motoransteuervorrichtung mit veränderlichem niederspannungsalarm-erkennungspegel

Info

Publication number: DE102013103342B4
Application number: DE102013103342.3A
Authority: DE
Inventors: Masakazu Niwa; Koujirou SAKAI
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2012-04-05
Filing date: 2013-04-04
Publication date: 2015-06-11
Anticipated expiration: 2033-04-05
Also published as: JP5363607B2; CN103368497A; CN103368497B; US8736215B2; JP2013219875A; DE102013103342A1; US20130264986A1; CN203261291U

Abstract

Motoransteuervorrichtung (1), die eine Gleichrichtereinheit (10) zum Gleichrichten von Wechselspannung einer Wechselspannungsversorgung in Gleichspannung enthält, und eine Wechselrichtereinheit (30), die die von der Gleichrichtereinheit gleichgerichtete Gleichspannung in eine Wechselspannung mit veränderlicher Frequenz umsetzt, wobei die Gleichrichtereinheit (10) umfasst: eine Versorgungsspannungs-Überwachungseinheit (3), die die Spannungen der jeweiligen Phasen der Wechselspannungsversorgung überwacht, um einen Spannungsausfall zu erkennen; eine Kopplungsgleichspannungs-Erfassungseinheit (4), die eine niedere Spannung erkennt, indem sie die Kopplungsgleichspannung überwacht; eine Kondensator-Gesamtkapazitäts-Berechnungsvorrichtung (6), die die Gesamtkapazität der Gleichspannungs-Glättungskondensatoren (17, 18) berechnet, die in der Gleichrichtereinheit und der Wechselrichtereinheit vorhanden sind; eine Einstelleinheit (8) für den Niederspannungsalarm-Erkennungspegel der Kopplungsgleichspannung, die den Niederspannungsalarm-Erkennungspegel für die Kopplungsgleichspannung für einen momentanen Spannungsausfall aus der berechneten Gesamtkapazität und unter Beachtung der Einbruchhöhe der Kopplungsgleichspannung nach Bedarf verändert; und eine Alarmerzeugungsvorrichtung (7), die die Kopplungsgleichspannung überwacht und, falls die Kopplungsgleichspannung unter den Niederspannungsalarm-Erkennungspegel für die Kopplungsgleichspannung fällt, einen Alarm zum Schutz der Gleichrichtereinheit erzeugt, wobei, wenn die Versorgungsspannungs-Überwachungseinheit (3) der Wechselspannungsversorgung (13) den Spannungsausfall erkennt, der Niederspannungsalarm-Erkennungspegel für die Kopplungsgleichspannung abhängig von der Gesamtkapazität der Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensatoren (17, 18) erhöht wird.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Motoransteuervorrichtung und insbesondere eine Motoransteuervorrichtung, die einen Gleichrichter enthält, der Gleichspannung aus einer dreiphasigen Wechselspannungsversorgung zuführt, und einen Wechselrichter, der eine dreiphasige Wechselspannung mit veränderlicher Frequenz aus der Gleichspannung erzeugt.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ansteuervorrichtungen, die einen Motor oder eine ähnliche Vorrichtung ansteuern, indem sie eine dreiphasige Netzwechselspannung in Gleichspannung umsetzen, sind bekannt. Bei derartigen Ansteuervorrichtungen ist es wichtig, dass das Auftreten von momentanen Spannungsausfällen exakt erfasst wird, damit die Anlagen sicher betrieben werden können, wenn eine Wechselspannungsversorgung ausfällt. Eine Spannungsversorgungsvorrichtung, die momentane, d. h. kurzzeitige, Ausfälle einer Wechselspannungsversorgung erkennt, ist bekannt (siehe beispielsweise Patentliteratur 1: JP 2008-128897 A ).
1 zeigt eine herkömmliche Motoransteuervorrichtung. Eine herkömmliche Motoransteuervorrichtung 100 weist eine Wechselspannungsversorgung 101 und eine Gleichspannungs-Versorgungsschaltung 103 auf, die die dreiphasigen Wechselspannungen V_R, V_S und V_T aus einer Wechselspannungsversorgung 101 in eine Gleichspannung umsetzt. Die Gleichspannungs-Versorgungsschaltung 103 besitzt einen Gleichrichter 102, der die von der Wechselspannungsversorgung 101 empfangenen Wechselspannungen in eine Gleichspannung umsetzt. Nachgeschaltet sind ein Wechselrichter 107, der die Gleichspannung in Wechselspannungen umsetzt, und ein Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensator 104, der den Kurvenverlauf der Gleichspannung glättet. Die Gleichspannung, die der Gleichrichter 102 ausgibt, wird über die Gleichspannungsleitungen 105 und 106 an den Wechselrichter 107 geliefert. Ein Motor 113 wird mit der Wechselspannung betrieben, die der Wechselrichter 107 ausgibt.
Die Motoransteuervorrichtung 100 weist eine Erfassungsschaltung 108 für momentane Spannungsausfälle auf, die kurzfristige Spannungsausfälle erkennt. Die Erfassungsschaltung 108 für momentane Spannungsausfälle besitzt eine Pegelumsetzschaltung 109 und eine Steuerschaltung 110. Die Pegelumsetzschaltung 109 setzt alle dreiphasigen Wechselspannungen V_R, V_S und V_T auf einen Pegel um, den die Steuerschaltung 110 messen kann. Die Steuerschaltung 110 stellt fest, ob ein momentaner Spannungsausfall auftritt, und zwar mit Hilfe der von der Pegelumsetzschaltung 109 umgesetzten Wechselspannung. Wird ein momentaner Spannungsausfall erkannt, so wird ein Erkennungssignal 111 für einen momentanen Spannungsausfall ausgegeben. Mit dieser Anordnung erkennt die herkömmliche Motoransteuervorrichtung 100 einen momentanen Spannungsausfall. In der Patentliteratur 1 ist eine Vorgehensweise offenbart, mit der ein momentaner Spannungsausfall einer Wechselspannungsversorgung auf der Eingabeseite einer Gleichspannungs-Versorgungsschaltung erkannt werden kann, in der eine Wechselspannungs/Gleichspannungs-Umsetzung erfolgt. In der Patentliteratur 1 ist jedoch kein Schutz eines Leistungsbauelements vor Beschädigung in einem Gleichrichter offenbart, und die Fortführung des laufenden Betriebs ist nicht beschrieben.
Tritt ein momentaner Spannungsausfall auf, so sinkt die Kopplungsgleichspannung V_DC, bei der es sich um die Spannung an den Anschlüssen des Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensators 104 handelt, ab. Ist der Spannungsausfall beendet, so fließt ein Strom, der Einschaltstrom (inrush current) heißt, in den Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensator 104. Je größer der Einbruch der Kopplungsgleichspannung ist und je größer die Gesamtkapazität der Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensatoren 104 und 112 ist, umso höher ist der Einschaltstrom.
Anhand von 2A bis 2C und 3A bis 3C wird nun der Zusammenhang zwischen der Einbruchhöhe der Kopplungsgleichspannung und dem Einschaltstrom beschrieben. 2A, 2B und 2C zeigen die zeitlichen Veränderungen der Wechselspannung, der Kopplungsgleichspannung und des Wechselstroms für den Fall, dass die Einbruchhöhe der Kopplungsgleichspannung groß ist. 3A, 3B und 3C zeigen die zeitlichen Veränderungen der Wechselspannung, der Kopplungsgleichspannung und des Wechselstroms für den Fall, dass die Einbruchhöhe der Kopplungsgleichspannung gering ist. In 2A bis 2C und 3A bis 3C wird jeweils unterstellt, dass die Kapazitäten der Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensatoren gleich sind.
2A zeigt die zeitlichen Veränderungen der Wechselspannungen V_R, V_S und V_T. Es wird angenommen, dass der Spannungsfehler zum Zeitpunkt t₀ auftritt und dass der Spannungsausfall zum Zeitpunkt t₁ beendet ist. In der Periode vom Zeitpunkt t₀ bis zum Zeitpunkt t₁ [s], bei der es sich um eine momentane, d. h. kurzfristige, Spannungsausfallperiode handelt, haben die Wechselspannungen V_R, V_S und V_T den Wert 0 [V].
2B zeigt die zeitliche Veränderung der Kopplungsgleichspannung V_DC [V]. Man sieht, dass die Kopplungsgleichspannung V_DC bis zum Zeitpunkt t₀ im Wesentlichen konstant ist und ab dem Zeitpunkt t₀ einzubrechen beginnt, zu dem der momentane Spannungsausfall auftritt. Nach dem Wiedereinsetzen der Spannung zum Zeitpunkt t₁ beginnt die Kopplungsgleichspannung V_DC zu wachsen. Danach setzt sich das abwechselnde Ansteigen und Abnehmen (Überschwingen) eine gewisse Zeit lang fort und die Spannung konvergiert dann gegen einen vorbestimmten Wert.
2C zeigt die zeitlichen Veränderungen der Wechselströme I_R, I_S und I_T. In der Periode vom Zeitpunkt t₀ bis zum Zeitpunkt t₁ [s], bei der es sich um eine momentane Spannungsausfallperiode handelt, haben die Wechselströme I_R, I_S und I_T den Wert 0 [A]. Nach dem Wiedereinsetzen der Spannung zum Zeitpunkt t₁ fließt ein Einschaltstrom. In der Gleichrichtereinheit müssen Leistungsbauelemente verwendet werden, die hohe Ströme bewältigen können, damit die Vorrichtung auch von Einschaltströmen nicht beeinträchtigt wird. Im Einzelnen wird in dem Standard IEC (International Electrotechnical Commission) 60204-1 verlangt, dass die Anlage auch für den Fall sicher arbeitet, dass ein momentaner Spannungsausfall in einer Wechselspannungsversorgung für maximal 3 ms andauert. Es ist also erwünscht, dass der Gleichrichter auch dann normal arbeitet, wenn die Spannungsversorgung nach einem momentanen Spannungsausfall in einer Wechselspannungsversorgung 3 ms nach dem Beginn des Spannungsausfalls wieder einsetzt.
Nun wird der Zusammenhang zwischen der Einbruchhöhe der Kopplungsgleichspannung und dem Einschaltstrom für den Fall beschrieben, dass die Einbruchhöhe der Kopplungsgleichspannung V_DC geringer ist als in 2A, 2B und 2C. 3A zeigt die zeitlichen Veränderungen der Wechselspannungen V_R, V_S und V_T. Es wird angenommen, dass der Spannungsfehler zum Zeitpunkt t₀ auftritt und dass der Spannungsausfall zum Zeitpunkt t₁ beendet ist. Ähnlich wie in 2A haben in der Periode vom Zeitpunkt t₀ bis zum Zeitpunkt t₁ [s], bei der es sich um eine momentane Spannungsausfallperiode handelt, die Wechselspannungen V_R, V_S und V_T den Wert 0 [V].
3B zeigt die zeitliche Veränderung der Kopplungsgleichspannung V_DC [V]. Die Kopplungsgleichspannung V_DC ist bis zum Zeitpunkt t₀ im Wesentlichen konstant, und ab dem Zeitpunkt t₀, zu dem der momentane Spannungsausfall auftritt, beginnt sie einzubrechen. Danach konvergiert sie gegen einen vorbestimmten Wert.
3C zeigt die zeitlichen Veränderungen der Wechselströme I_R, I_S und I_T. In der Periode vom Zeitpunkt t₀ bis zum Zeitpunkt t₁ [s], bei der es sich um eine momentane Spannungsausfallperiode handelt, haben die Wechselströme I_R, I_S und I_T den Wert 0 [A]. Nach dem Wiedereinsetzen der Spannung zum Zeitpunkt t₁ fließt ein Einschaltstrom. Die Stärke des Einschaltstroms ist jedoch geringer als im Fall von 2C. Die Stärke des Einschaltstroms, der bei einem momentanen Spannungsausfall auftritt, schwankt also abhängig von der Höhe des Kopplungsgleichspannungs-Einbruchs stark. Man kann die Stärke I des Einschaltstroms beschreiben als I = C × (dV_DC/dt), und zwar mit der Veränderungsrate dV_DC/dt der Kopplungsgleichspannung und der Kapazität C des Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensators.
Nun wird die Schwankung der Kopplungsgleichspannung V_DC für den Fall beschrieben, dass ein momentaner Spannungsausfall auftritt. 4A und 4B zeigen Skizzen mit dem Zusammenhang zwischen der Kopplungsgleichspannung V_DC und dem Pegel, bei dem ein Leistungsbauelement zerstört werden kann, um festzustellen, ob die Einbruchhöhe der Kopplungsgleichspannung V_DC in einem vorbestimmten Bereich liegt, und zwar sowohl für den Fall, dass die Einbruchhöhe der Kopplungsgleichspannung V_DC groß ist als auch für den Fall, dass die Einbruchhöhe der Kopplungsgleichspannung V_DC gering ist. Der Pegel, bei dem ein Leistungsbauelement zerstört werden kann, bezeichnet einen Spannungspegel, bei dem ein Leistungsbauelement in der Gleichrichtereinheit durch den Einschaltstrom zerstört werden kann, der durch den Abfall der Kopplungsgleichspannung V_DC verursacht wird. Sinkt die Kopplungsgleichspannung V_DC auf einen Pegel kleinergleich dem Pegel, bei dem das Leistungsbauelement zerstört werden kann, so wird ein Alarm erzeugt, um das Fließen eines Einschaltstroms zu verhindern, bei dem das Leistungsbauelement zerstört werden kann. Auf diese Weise kann die Zerstörung des Leistungsbauelements durch den Einschaltstrom verhindert werden, der durch den Abfall der Kopplungsgleichspannung V_DC verursacht wird.
4A zeigt die zeitlichen Veränderungen der Kopplungsgleichspannung für den Fall, dass die Einbruchhöhe der Kopplungsgleichspannung hoch ist. 4B zeigt die zeitlichen Veränderungen der Kopplungsgleichspannung für den Fall, dass die Einbruchhöhe der Kopplungsgleichspannung gering ist. Ist die Einbruchhöhe der Kopplungsgleichspannung V_DC hoch, siehe 4A, und wird angenommen, dass der Spannungsfehler in der Periode vom Zeitpunkt t₀ bis zum Zeitpunkt t₁ auftritt, so ist die Kopplungsgleichspannung V_DC nach dem Spannungsausfall geringer als die Kopplungsgleichspannung V_DC0 vor dem momentanen Spannungsausfall. Man sieht, dass die Kopplungsgleichspannung V_DC nach dem Zeitpunkt t₀ unter einen Pegel V_B fällt, bei dem das Leistungsbauelement durch den Einschaltstrom zerstört werden kann.
Ist die Einbruchhöhe der Kopplungsgleichspannung V_DC gering, siehe 4B, und wird angenommen, dass der Spannungsfehler in der Periode vom Zeitpunkt t₀ bis zum Zeitpunkt t₁ auftritt, so ist die Kopplungsgleichspannung V_DC nach dem Spannungsausfall geringer als die Kopplungsgleichspannung V_DC0 vor dem momentanen Spannungsausfall. Man sieht, dass die Kopplungsgleichspannung V_DC nicht unter den Pegel V_B fällt, bei dem das Leistungsbauelement durch den Einschaltstrom zerstört werden kann. Es ist also nicht möglich, dass das Leistungsbauelement beschädigt wird.
Bricht wie beschrieben die Kopplungsgleichspannung bei einem momentanen Spannungsausfall ein, so fließt ein Einschaltstrom von der Spannungsversorgung zum Gleichspannungszwischenkreis, wenn die Spannungsversorgung wieder einsetzt. Es muss verhindert werden, dass ein Leistungsbauelement, das eine Komponente der Gleichrichtereinheit ist, durch den Einschaltstrom beschädigt wird, der bei einem momentanen Spannungsausfall fließt. Im Normalfall verwendet man ein Leistungsbauelement zum Gleichrichten, das ausreichend belastbar ist, für die Gleichrichtereinheit, damit es durch den Einschaltstrom nicht beschädigt wird. Der Einschaltstrom nimmt hohe Werte an, falls die Kapazität des Gleichspannungs-Glättungskondensators hoch ist und wenn die Kopplungsgleichspannung bei dem momentanen Spannungsausfall einbricht. Folglich muss hinsichtlich des ungünstigsten Falls ein Bauteil, das im Normalbetrieb sehr hohe Reserven aufweist, als Leistungsbauelement für das Gleichrichten gewählt werden. Zudem hat in den letzten Jahren die Anzahl der Achsen zugenommen, die Kapazität der Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensatoren ist durch das Parallelschalten von Einheiten gewachsen, und es wird zunehmend schwierig, Leistungsbauelemente zu wählen, die sehr hohe Reserven aufweisen.
Die JP 2011-087378 A offenbart einen Wandler mit einer Gleichrichtungsschaltung, einer Glättungskapazität auf der Gleichstromseite der Gleichrichtungsschaltung, einem Strombegrenzungswiderstands zur Verhinderung eines Stoßstroms zu Beginn der Aufladung des Kondensators, einem Schalter, der parallel zu den beiden Enden des Strombegrenzungswiderstands angeschlossen ist, um den Strombegrenzungswiderstand kurzzuschließen, und eine Steuerschaltung, die den Schalter steuert. Der Wandler detektiert den Effektivwert der Spannungen von zwei Phasen im Dreiphasen-Wechselstromeingang in den Wandler und der von der Gleichrichterschaltung gleichgerichteten Gleichspannung. Wenn die Gleichspannung gleich oder größer als eine Differenz zwischen dem Effektivwert der Netzspannung und einem vorgegebenen Wert ist, wird Schalter geschlossen.
Die JP 2010-130741 A offenbart eine Steuereinrichtung für einen Wandler, welche auf einer Fall-zu-Fall-Basis arbeitet. Wenn eine Plötzliche-Unterbrechungs-Erfassungsschaltung das Auftreten einer momentanen Unterbrechung erfasst und eine 100%-Bus-Spannungs-Erfassungsschaltung ein Bus-Spannung erfasst, die nicht höher als eine Schwellenspannung ist, schaltet sie einen Hauptschalter ab, um den Betrieb des Wandlers zu stoppen. Wenn die Plötzliche-Unterbrechungs-Erfassungsschaltung eine Erholung von der plötzlichen Unterbrechung erfasst, verursacht sie eine Hilfs-Vorladeschaltung eine Vorladung durchzuführen, bevor Sie den Hauptschalter einschaltet. Wenn eine 90%-Bus-Spannungs-Erfassungsschaltung eine Bus-Spannung erfasst, die nicht niedriger als die Schwellenspannung ist, so verursacht sie ein Abschließen des Vorladens, Schaltet den Hauptschalter an, um den Wandler in einen Betriebszustand zu bringen, und bringt einen Inverter in einen Betriebszustand.
Die DE 10 2011 011 914 A1 offenbart eine Motortreibereinrichtung, bei der Vorkehrungen vorgesehen sind, um bei Auftreten eines Fehlers dessen Ursache isolieren zu können. Spannung und Strom in jeder Phase der an einen Wandler gelieferten Wechselspannung werden erfasst und die neuesten erfassten Daten eine vorgegebene Zeitperiode lang in einer Spannungsversorgungs-Überwachungseinheit gespeichert. Wenn ein Alarm im Wandler, Inverter oder der Steuereinrichtung auftritt, werden die aktuell in der Spannungsversorgungs-Überwachungseinheit gehaltenen Daten in einer Aufzeichnungseinheit aufgezeichnet. Durch Anzeigen der so aufgezeichneten Daten, lässt sich leicht bestimmen, ob die Ursache des Alarms auf die Spannungsversorgung oder die Motortreibereinrichtung selbst zurückzuführen ist.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Motoransteuervorrichtung bereitzustellen, für die man ein passendes Leistungsbauelement wählen kann, indem man einen Schutzpegel variabel wählt, damit das Leistungsbauelement nicht durch einen Einschaltstrom beschädigt wird, der nach der Rückkehr aus einem momentanen Spannungsausfall fließt, wobei wie in IEC60204-1 gefordert die Bedingung erfüllt wird, dass der Betrieb eines Gleichrichters sicher fortgesetzt wird, wenn der momentane Spannungsausfall 3 ms oder länger ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Motoransteuervorrichtung, die eine Gleichrichtereinheit zum Gleichrichten von Wechselspannung einer Wechselspannungsversorgung in Gleichspannung enthält, und eine Wechselrichtereinheit, die die von der Gleichrichtereinheit gleichgerichtete Gleichspannung in eine Wechselspannung mit veränderlicher Frequenz umsetzt, wobei die Gleichrichtereinheit umfasst:
eine Versorgungsspannungs-Überwachungseinheit, die die Spannungen der jeweiligen Phasen der Wechselspannungsversorgung überwacht, um einen Spannungsausfall zu erkennen;
eine Kopplungsgleichspannungs-Erfassungseinheit, die eine niedere Spannung erkennt, indem sie die Kopplungsgleichspannung überwacht;
eine Kondensator-Gesamtkapazitäts-Berechnungsvorrichtung, die die Gesamtkapazität der Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensatoren berechnet, die in der Gleichrichtereinheit und der Wechselrichtereinheit vorhanden sind, und die einen Niederspannungsalarm-Erkennungspegel für die Kopplungsgleichspannung bei einem momentanen Spannungsausfall berechnet;
eine Einstelleinheit für den Niederspannungsalarm-Erkennungspegel (LV-Pegel) der Kopplungsgleichspannung, die den Niederspannungsalarm-Erkennungspegel für die Kopplungsgleichspannung für einen momentanen Spannungsausfall nach Bedarf verändert; und
eine Alarmerzeugungsvorrichtung, die die Kopplungsgleichspannung überwacht und, falls die Kopplungsgleichspannung unter den Niederspannungsalarm-Erkennungspegel für die Kopplungsgleichspannung fällt, einen Alarm zum Schutz der Gleichrichtereinheit erzeugt, wobei, wenn die Versorgungsspannungs-Überwachungseinheit der Wechselspannungsversorgung den Spannungsausfall erkennt, der Niederspannungsalarm-Erkennungspegel für die Kopplungsgleichspannung abhängig von der Gesamtkapazität der Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensatoren erhöht wird.
In der Motoransteuervorrichtung ist der Schutzpegel variabel gestaltet, damit die Leistungsbauelemente nicht durch den Einschaltstrom nach der Rückkehr aus einem momentanen Spannungsausfall beschädigt werden, wobei wie in IEC60204-1 gefordert die Bedingung erfüllt wird, dass der Betrieb eines Gleichrichters fortgesetzt wird, wenn der momentane Spannungsausfall 3 ms oder länger dauert. Auf diese Weise kann man ein passendes Leistungsbauelement für die Motoransteuervorrichtung wählen.
Dadurch, dass der Niederspannungsalarm-Erkennungspegel für die Kopplungsgleichspannung variabel gemacht wird, kann der Niederspannungsalarm-Erkennungspegel für den Normalfall erniedrigt werden. Damit darf man erwarten, dass das Auftreten eines Niederspannungsalarms durch einen Betriebsfehler im Normalbetrieb verhindert wird.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die genannten Merkmale und Vorteile der Erfindung und weitere Merkmale und Vorteile gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen deutlicher hervor.
Es zeigt:
1 eine Skizze des Aufbaus einer herkömmlichen Motoransteuervorrichtung;
2A eine Skizze der zeitlichen Veränderungen der Wechselspannung für einen momentanen Spannungsausfall, falls die Einbruchhöhe der Kopplungsgleichspannung groß ist;
2B eine Skizze der zeitlichen Veränderungen der Kopplungsgleichspannung für einen momentanen Spannungsausfall, falls die Einbruchhöhe der Kopplungsgleichspannung groß ist;
2C eine Skizze der zeitlichen Veränderungen des Wechselstroms für einen momentanen Spannungsausfall, falls die Einbruchhöhe der Kopplungsgleichspannung groß ist;
3A eine Skizze der zeitlichen Veränderungen der Wechselspannung für einen momentanen Spannungsausfall, falls die Einbruchhöhe der Kopplungsgleichspannung gering ist;
3B eine Skizze der zeitlichen Veränderungen der Kopplungsgleichspannung für einen momentanen Spannungsausfall, falls die Einbruchhöhe der Kopplungsgleichspannung gering ist;
3C eine Skizze der zeitlichen Veränderungen des Wechselstroms für einen momentanen Spannungsausfall, falls die Einbruchhöhe der Kopplungsgleichspannung gering ist;
4A eine Skizze mit dem Zusammenhang zwischen der Kopplungsgleichspannung und dem Spannungspegel, bei dem ein Leistungsbauelement zerstört werden kann, wenn ein momentaner Spannungsausfall auftritt und die Einbruchhöhe der Kopplungsgleichspannung V_DC groß ist;
4B eine Skizze mit dem Zusammenhang zwischen der Kopplungsgleichspannung und dem Spannungspegel, bei dem ein Leistungsbauelement zerstört werden kann, wenn ein momentaner Spannungsausfall auftritt und die Einbruchhöhe der Kopplungsgleichspannung V_DC gering ist;
5 eine Skizze des Aufbaus einer Motoransteuervorrichtung einer ersten Ausführungsform;
6 ein Flussdiagramm der Arbeitsweise der Motoransteuervorrichtung der ersten Ausführungsform;
7A eine Skizze mit dem Zusammenhang zwischen der Kopplungsgleichspannung und einem Niederspannungsalarm-Erkennungspegel für die Kopplungsgleichspannung, falls ein momentaner Spannungsausfall auftritt und die Einbruchhöhe der Kopplungsgleichspannung V_DC in der Motoransteuervorrichtung der ersten Ausführungsform groß ist;
7B eine Skizze mit dem Zusammenhang zwischen der Kopplungsgleichspannung und einem Niederspannungsalarm-Erkennungspegel für die Kopplungsgleichspannung, falls ein momentaner Spannungsausfall auftritt und die Einbruchhöhe der Kopplungsgleichspannung V_DC in der Motoransteuervorrichtung der ersten Ausführungsform gering ist;
8 ein Flussdiagramm der Arbeitsweise der Motoransteuervorrichtung der zweiten Ausführungsform;
9 eine Skizze des Aufbaus einer Motoransteuervorrichtung einer dritten Ausführungsform;
10 ein Flussdiagramm der Arbeitsweise der Motoransteuervorrichtung der dritten Ausführungsform; und
11 ein Flussdiagramm der Arbeitsweise der Motoransteuervorrichtung der vierten Ausführungsform.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Weiteren wird eine Motoransteuervorrichtung gemäß den Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Man beachte, dass der technische Bereich der Erfindung nicht auf Ausführungsformen der Erfindung eingeschränkt ist, sondern den Bereich der Erfindung umfasst, der in den Ansprüchen beschrieben ist.
Erste Ausführungsform
5 zeigt eine Skizze des Aufbaus einer Motoransteuervorrichtung einer ersten Ausführungsform. Eine Motoransteuervorrichtung 1 enthält eine Gleichrichtereinheit 10, die die Wechselspannung einer Wechselspannungsversorgung 13 in Gleichspannung umsetzt, und eine Wechselrichtereinheit 30, die die von der Gleichrichtereinheit 10 gelieferte Gleichspannung in eine Wechselspannung mit veränderlicher Frequenz umsetzt. Die Gleichrichtereinheit 10 umfasst: eine Versorgungsspannungs-Überwachungseinheit 3, die die Spannungen der entsprechenden Phasen der Wechselspannungsversorgung 13 überwacht, um einen Spannungsausfall zu erkennen; eine Kopplungsgleichspannungs-Erfassungseinheit 4, die einen Spannungseinbruch durch Überwachen der Kopplungsgleichspannung erkennt; eine Kondensator-Gesamtkapazitäts-Berechnungsvorrichtung 6, die die Gesamtkapazität der Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensatoren (17 und 18) berechnet, die in der Gleichrichtereinheit 10 und der Wechselrichtereinheit 30 vorhanden sind; eine Einstelleinheit 8 für den Niederspannungsalarm-Erkennungspegel (LV-Pegel) der Kopplungsgleichspannung, die den Niederspannungsalarm-Erkennungspegel für die Kopplungsgleichspannung für einen momentanen Spannungsausfall nach Bedarf verändert; und eine Alarmerzeugungsvorrichtung 7, die die Kopplungsgleichspannung überwacht und, falls die Kopplungsgleichspannung unter den Niederspannungsalarm-Erkennungspegel für die Kopplungsgleichspannung fällt, einen Alarm zum Schutz der Gleichrichtereinheit 10 erzeugt. Wenn die Versorgungsspannungs-Überwachungseinheit 3 der Wechselspannungsversorgung den Spannungsausfall erkennt, wird der Niederspannungsalarm-Erkennungspegel für die Kopplungsgleichspannung abhängig von der Gesamtkapazität der Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensatoren (17 und 18) erhöht.
Die Wechselspannungsversorgung 13 liefert dreiphasige Wechselspannungen V_R, V_S und V_T über eine Drosselspule 16 an die Gleichrichtereinheit 10. Die an die Gleichrichtereinheit 10 angelegten Wechselspannungen werden von einer Wechselspannungs/Gleichspannungs-Umsetzschaltung 11 in eine Gleichspannung umgesetzt. Der Kurvenverlauf der Gleichspannung wird durch den ersten und dem zweiten Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensator 17 und 18 geglättet. Die Wechselspannungs/Gleichspannungs-Umsetzschaltung 11 befindet sich in der Gleichrichtereinheit 10. Die Wechselspannungs/Gleichspannungs-Umsetzschaltung 11 besitzt Leistungsbauelemente 11a (beispielsweise Transistoren) und Dioden 11b. Die Gleichspannung wird an die Wechselrichtereinheit 30 geliefert, die an die Gleichrichtereinheit 10 angeschlossen ist, und von einer Gleichspannungs/Wechselspannungs-Umsetzschaltung 14 in Wechselspannung umgewandelt, die eine Frequenz hat, die sich von der Frequenz der Wechselspannungsversorgung 13 unterscheidet. Anschließend wird die Wechselspannung an einen Motor 15 angelegt. Auf diese Weise wird die von der Wechselspannungsversorgung 13 zugeführte Wechselspannung über die Gleichrichtereinheit 10 und die Wechselrichtereinheit 30 an den Motor 15 angelegt, und der Motor 15 wird angesteuert.
Die Motoransteuervorrichtung 1 der ersten Ausführungsform weist in der Gleichrichtereinheit 10 eine erste Steuerschaltung 2 auf. Die erste Steuerschaltung 2 erkennt einen Spannungsausfall in der Wechselspannungsversorgung 13 und überwacht die Kopplungsgleichspannung in einer Kopplungsgleichspannungs-Messeinheit 20 in der Gleichrichtereinheit 10. Wird die Kopplungsgleichspannung kleinergleich einem vorbestimmten Wert, so erzeugt sie einen Alarm. Die Steuerschaltung 2 umfasst die Versorgungsspannungs-Überwachungseinheit 3, die Kopplungsgleichspannungs-Erfassungseinheit 4, einen ersten Speicherbereich 5, die Kondensator-Gesamtkapazitäts-Berechnungsvorrichtung 6, die Alarmerzeugungsvorrichtung 7, die Einstelleinheit 8 für den Niederspannungsalarm-Erkennungspegel (LV-Pegel) der Kopplungsgleichspannung, eine erste Kommunikationsvorrichtung 24, und eine CPU 23, die die genannten Komponenten kontrolliert.
Zudem umfasst die Motoransteuervorrichtung 1 der ersten Ausführungsform in der Wechselrichtereinheit 30 eine zweite Steuerschaltung 26. Die zweite Steuerschaltung 26 hat einen zweiten Speicherbereich 51 und eine zweite Kommunikationsvorrichtung 25.
Die Versorgungsspannungs-Überwachungseinheit 3 misst Spannungen, die an der Gleichrichtereinheit 10 anliegen, mit einer Wechselspannungs-Messeinheit 19, um festzustellen, ob ein Spannungsausfall auftritt. Wird ein Spannungsausfall erkannt, so überträgt die Versorgungsspannungs-Überwachungseinheit 3 ein Spannungsausfall-Erkennungssignal an die CPU 23.
Die Kopplungsgleichspannungs-Erfassungseinheit 4 erfasst die Spannung der Kopplungsgleichspannungs-Messeinheit 20 und misst damit eine Kopplungsgleichspannung VGC als Spannung zwischen den Anschlüssen zu beiden Seiten des ersten Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensators 17, der in die Gleichrichtereinheit 10 eingebaut ist.
Im ersten Speicherbereich 5 ist vorab der Kapazitätswert des ersten Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensators 17 gespeichert. Im zweiten Speicherbereich 51 ist vorab der Kapazitätswert des ersten Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensators 18 gespeichert.
Zum Verändern des Erkennungspegels eines Kopplungsgleichspannungs-Niederspannungsalarms (im Weiteren vereinfacht als ”Niederspannungsalarm-Erkennungspegel” bezeichnet) anhand des Kapazitätswerts des ersten Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensators 17 und des Kapazitätswerts des zweiten Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensators 18, die dem ersten Speicherbereich 5 und dem zweiten Speicherbereich 51 entnommen werden (wird später beschrieben), berechnet die Kondensator-Gesamtkapazitäts-Berechnungsvorrichtung 6 einen Gesamtkapazitätswert als Summe aus dem Kapazitätswert des ersten Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensators 17 und dem Kapazitätswert des zweiten Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensators 18, und sie berechnet den Niederspannungsalarm-Erkennungspegel aus dem berechneten Gesamtkapazitätswert.
Die Alarmerzeugungsvorrichtung 7 vergleicht den Größenzusammenhang zwischen der Kopplungsgleichspannung V_DC, die von der Kopplungsgleichspannungs-Erfassungseinheit 4 erfasst wird, und einem vorbestimmten Niederspannungsalarm-Erkennungspegel V_A. Wird die Kopplungsgleichspannung V_DC kleinergleich dem Niederspannungsalarm-Erkennungspegel V_A, so erzeugt sie einen Alarm.
Die LV-Pegel-Einstelleinheit 8 setzt den Niederspannungsalarm-Erkennungspegel V_A als Kriterium für die Alarmerzeugungsvorrichtung 7 fest, um festzulegen, ob ein Alarm erzeugt wird. Ein Verfahren zum Einstellen des Niederspannungsalarm-Erkennungspegels V_A wird später beschrieben.
Es wird nun der Betriebsablauf der Motoransteuervorrichtung der ersten Ausführungsform anhand des Flussdiagramms in 6 beschrieben. Im Schritt S101 liest die Kondensator-Gesamtkapazitäts-Berechnungsvorrichtung 6 den Kapazitätswert des ersten Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensators 17 und den Kapazitätswert des zweiten Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensators 18 aus dem ersten Speicherbereich 5 bzw. dem zweiten Speicherbereich 51, und sie berechnet einen Gesamtkapazitätswert als Summe der gelesenen Kapazitätswerte. Die Kondensator-Gesamtkapazitäts-Berechnungsvorrichtung 6 berechnet aus dem ermittelten Gesamtkapazitätswert einen Kopplungsgleichspannungs-Niederspannungsalarmpegel für einen momentanen Spannungsausfall und stellt ihn ein.
Im Schritt S102 überwacht die Kopplungsgleichspannungs-Erfassungseinheit 4 die Kopplungsgleichspannung V_DC.
Im Schritt S103 überwacht die Versorgungsspannungs-Überwachungseinheit 3 die Spannungen der jeweiligen Phasen, indem sie mit der Wechselspannungs-Messeinheit 19 sämtliche Wechselspannungen V_R, V_S und V_T misst, die die Wechselspannungsversorgung 13 ausgibt. Im Schritt S104 erkennt die Versorgungsspannungs-Überwachungseinheit 3 die An- oder Abwesenheit eines Spannungsausfalls in der Wechselspannungsversorgung 13 anhand des Überwachungsergebnisses der Spannungen in den jeweiligen Phasen. Wird kein Spannungsausfall erkannt, so kehrt die Versorgungsspannungs-Überwachungseinheit 3 zum Schritt S103 zurück und fährt mit der Überwachung der Spannungen in den jeweiligen Phasen fort. Wird ein Spannungsausfall erkannt, so überträgt die Versorgungsspannungs-Überwachungseinheit 3 eine Spannungsausfall-Erkennungsinformation, die einen erkannten Spannungsausfall anzeigt, an die CPU 23.
Erkennt die Versorgungsspannungs-Überwachungseinheit 3 einen Spannungsausfall, so verändert die LV-Pegel-Einstelleinheit 8 im Schritt S105 den Niederspannungsalarm-Erkennungspegel. Ein Verfahren zum Verändern des Niederspannungsalarm-Erkennungspegels wird anhand von 7A und 7B beschrieben. Der Niederspannungsalarm-Erkennungspegel dient als Referenzspannung zum Feststellen ob die Einbruchhöhe der Kopplungsgleichspannung V_DC der Gleichrichtereinheit 10 eine Höhe erreicht hat, bei der ein Leistungsbauelement beschädigt wird. Wird die Kopplungsgleichspannung V_DC kleinergleich dem Niederspannungsalarm-Erkennungspegel, so kann in dem Leistungsbauelement ein hoher Strom fließen. Durch das Überwachen der Kopplungsgleichspannung V_DC wird verhindert, dass das Leistungsbauelement durch den hohen Strom zerstört wird.
Die Höhe des Einschaltstroms ändert sich abhängig von der Einbruchhöhe der Kopplungsgleichspannung V_DC und der Gesamtkapazität der Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensatoren. Es wird nun unter Beachtung der Einbruchhöhe der Kopplungsgleichspannung V_DC ein Verfahren zum Verändern des Niederspannungsalarm-Erkennungspegels für eine große Einbruchhöhe und für eine geringe Einbruchhöhe beschrieben.
Anhand von 7A wird der Fall beschrieben, dass die Einbruchhöhe der Kopplungsgleichspannung V_DC groß ist. 7A zeigt die zeitlichen Veränderungen der Kopplungsgleichspannung V_DC und des Niederspannungsalarm-Erkennungspegels. Auf der Abszisse ist die Zeit in Sekunden aufgetragen und auf der Ordinate die Spannung in Volt. In 7A wird davon ausgegangen, dass ein Spannungsausfall (momentaner Spannungsausfall) in der Periode zwischen dem Zeitpunkt t₀ und dem Zeitpunkt t₁ auftritt.
Die Kopplungsgleichspannung vor dem Auftreten des Spannungsausfalls ist mit V_DC0 bezeichnet, und der Niederspannungsalarm-Erkennungspegel vor dem Auftreten des Spannungsausfalls ist mit V_AN bezeichnet. Der Niederspannungsalarm-Erkennungspegel V_AN ist auf eine kleinere Spannung als die Kopplungsgleichspannung V_DC0 gesetzt, und zwar um einen vorbestimmten Abstand. Wird der Abstand mit V_M0 bezeichnet, so gilt für V_M0 die folgende Gleichung. V_M0 = V_DC0 – V_AN (1)
Tritt kein Spannungsausfall auf, so ist es ungewöhnlich, dass die Kopplungsgleichspannung V_DC abnimmt. Folglich kann der Abstand V_M0 relativ groß eingestellt werden. D. h., man kann den Niederspannungsalarm-Erkennungspegel V_AN vor dem Auftreten eines Spannungsausfalls auf einen relativ niederen Wert setzen.
Tritt zum Zeitpunkt t₀ ein Spannungsausfall auf, so bricht die Kopplungsgleichspannung V_DC ein. Der größte Wert der Einbruchhöhe der Kopplungsgleichspannung V_DC wird mit V_DCL bezeichnet. Es sei angenommen, dass der erzeugte Einschaltstrom groß ist und ein Leistungsbauelement in der Gleichrichtereinheit 10 zerstört werden kann, wenn die Kopplungsgleichspannung V_DC um wenigstens V_DCL einbricht. In der Erfindung wird nach einem Spannungsausfall der Niederspannungsalarm-Erkennungspegel von V_AN als Wert vor dem Spannungsausfall auf V_AL erhöht. Wird ein Alarm erzeugt, wenn die Kopplungsgleichspannung V_DC auf V_AL einbricht, so wird eine Zerstörung des Leistungsbauelements verhindert.
Wird ein Abstand von der Kopplungsgleichspannung V_DC bis zum Niederspannungsalarm-Erkennungspegel V_AL nach einem Spannungsausfall mit V_M1 bezeichnet, so kann man V_M1 gemäß der folgenden Gleichung ausdrücken. V_M1 = V_DC0 – V_AL (2)
Erkennt in der Erfindung die Versorgungsspannungs-Überwachungseinheit 3, die die Versorgungsspannung der Wechselspannungsversorgung 13 überwacht, einen Spannungsausfall, so wird die folgende Ungleichung erfüllt, da der Kopplungsgleichspannungs-Niederspannungsalarm-Erkennungspegel abhängig von der Gesamtkapazität der Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensatoren erhöht wird. V_AL > V_AN (3)
Aus den Beziehungen (1) bis (3) geht hervor, dass gilt V_M1 < V_M0. D. h., die Abstandsspannung V_M1 von der Kopplungsgleichspannung V_DC bis zu dem Niederspannungsalarm-Erkennungspegel V_AL nach dem Spannungsausfall ist kleiner als die Abstandsspannung V_M0 von der Kopplungsgleichspannung V_DC vor dem Auftreten des Spannungsausfalls bis zu dem Niederspannungsalarm-Erkennungspegel V_AN vor dem Spannungsausfall. Durch das beschriebene Erhöhen des Niederspannungsalarm-Erkennungspegels nach dem Spannungsausfall vom Niederspannungsalarm-Erkennungspegel vor dem Spannungsausfall kann die Einbruchhöhe der Kopplungsgleichspannung erkannt werden, bevor die Einbruchhöhe der Kopplungsgleichspannung nach dem Spannungsausfall einen Pegel erreicht, bei dem ein Einschaltstrom erzeugt wird, durch den ein Leistungsbauelement der Gleichrichtereinheit zerstört werden kann. Dadurch kann auch dann, wenn ein Leistungsbauelement verwendet wird, dessen Beständigkeit gegen Einschaltströme nicht besonders hoch ist, eine Zerstörung des Leistungsbauelements durch Einschaltströme vermieden werden, die durch einen Abfall der Kopplungsgleichspannung erzeugt werden. Man kann also ein Leistungsbauelement mit einer geeignet bemessenen Reserve wählen.
Zudem kann man vor dem Auftreten eines Spannungsausfalls die Abstandsspannung V_M0 zwischen der Kopplungsgleichspannung V_DC0 im Normalbetrieb und dem Niederspannungsalarmpegel V_AN relativ groß einstellen. Dadurch kann das irrtümliche Auftreten eines Niederspannungsalarms im Normalbetrieb vermieden werden.
Anhand von 7B wird nun ein Verfahren zum Verändern des Niederspannungsalarm-Erkennungspegels für den Fall beschrieben, dass die Einbruchhöhe der Kopplungsgleichspannung V_DC gering ist. 7B zeigt die zeitlichen Änderungen der Kopplungsgleichspannung V_DC und des Niederspannungsalarm-Erkennungspegels. In 7B wird davon ausgegangen, dass ein Spannungsausfall (momentaner Spannungsausfall) in der Periode zwischen dem Zeitpunkt t₀ und dem Zeitpunkt t₁ auftritt. Die Kopplungsgleichspannung V_DC0, der Niederspannungsalarm-Erkennungspegel V_AN und der Abstand V_M0 vor dem Auftreten eines Spannungsausfalls gleichen dem Fall dass die Einbruchhöhe der Kopplungsgleichspannung V_DC hoch ist.
Tritt zum Zeitpunkt t₀ ein Spannungsausfall auf, so bricht die Kopplungsgleichspannung V_DC ein. Der größte Wert der Einbruchhöhe der Kopplungsgleichspannung V_DC wird mit V_DCS bezeichnet. Es wird unterstellt, dass der erzeugte Einschaltstrom klein ist, wenn die Kopplungsgleichspannung V_DC nur um V_DCS einbricht, und dass dadurch das Leistungsbauelement in der Gleichrichtereinheit 10 nicht zerstört wird. Bricht also die Kopplungsgleichspannung V_DC nach einem Spannungsausfall nur um V_DCS ein, so braucht kein Alarm erzeugt zu werden, da der Niederspannungsalarm-Erkennungspegel V_AL nicht erreicht wird.
Auf diese Weise wird in der Erfindung der Niederspannungsalarm-Erkennungspegel abhängig von der Gesamtkapazität der Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensatoren verändert. Damit kann eine Abnahme der Kopplungsgleichspannung, durch die das Leistungsbauelement zerstört werden kann, exakt erfasst werden, und man kann ein Leistungsbauelement mit einer geeigneten Reserve wählen.
Im Schritt S106 in 6 empfängt die CPU 23 Daten der gemessenen Kopplungsgleichspannung V_DC von der Kopplungsgleichspannungs-Erfassungseinheit 4, und sie stellt fest, ob die Kopplungsgleichspannung V_DC kleinergleich dem Niederspannungsalarm-Erkennungspegel V_A ist, der von der LV-Pegel-Einstelleinheit 8 verändert wird.
Ist die gemessenen Kopplungsgleichspannung V_DC kleinergleich dem Niederspannungsalarm-Erkennungspegel V_A, so ist die Kopplungsgleichspannung stärker als erwartet zurückgegangen. Da es möglich ist, dass ein Leistungsbauelement durch den hohen Einschaltstrom beschädigt wird, der durch den Rückgang der Kopplungsgleichspannung erzeugt wird, wird im Schritt S107 ein Alarm erzeugt.
Ist dagegen die gemessenen Kopplungsgleichspannung V_DC nicht kleinergleich dem Niederspannungsalarm-Erkennungspegel V_A, so kehrt das Programm zum Schritt S102 zurück, und die Kopplungsgleichspannung V_DC wird überwacht.
Nach der Alarmerzeugung erfolgt im Schritt S108 eine Systemschutzoperation.
Wie beschrieben wird in der Motoransteuervorrichtung der ersten Ausführungsform der Niederspannungsalarm-Erkennungspegel so verändert, dass keine Leistungsbauelemente durch Einschaltströme zerstört werden, wenn die Rückkehr aus einem kurzfristigen Spannungsausfall erfolgt, und man kann geeignete Leistungsbauelemente auswählen.
Zweite Ausführungsform
Es wird nun eine Motoransteuervorrichtung einer zweiten Ausführungsform beschrieben. Die Motoransteuervorrichtung der zweiten Ausführungsform ist ähnlich aufgebaut wie die erste Ausführungsform. In der Motoransteuervorrichtung der zweiten Ausführungsform sind die Kapazitätsinformation des ersten Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensators 17 in der Gleichrichtereinheit 10 und die Kapazitätsinformation des zweiten Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensators 18 in der Wechselrichtereinheit 30 vorab im ersten Speicherbereich 5 in der Gleichrichtereinheit 10 und im zweiten Speicherbereich 51 in der Wechselrichtereinheit 30 hinterlegt. Sind eine beliebige Anzahl Einheiten parallel geschaltet, so wird die Gesamtkapazität, die die Summe aus den Kapazitäten der ersten Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensatoren 17 in den Gleichrichtereinheiten 10 und den Kapazitäten der zweiten Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensatoren 18 in den Wechselrichtereinheiten 30 ist, von der CPU 23 in der Gleichrichtereinheit 10 berechnet, und zwar mit Hilfe der ersten Kommunikationsvorrichtungen 24 und der zweiten Kommunikationsvorrichtungen 25 zwischen den Einheiten, und ein Niederspannungsalarm-Erkennungspegel für einen momentanen Spannungsausfall wird ermittelt.
Es wird nun der Betriebsablauf der Motoransteuervorrichtung der zweiten Ausführungsform anhand der Zeichnung beschrieben. 8 ist ein Flussdiagramm, das den Betriebsablauf der Motoransteuervorrichtung der zweiten Ausführungsform darstellt. Zuerst werden im Schritt S201 mit Hilfe der ersten Kommunikationsvorrichtungen 24 und der zweiten Kommunikationsvorrichtungen 25 zwischen den Einheiten die Kapazitäten der ersten Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensatoren 17 in den Gleichrichtereinheiten 10 und die Kapazitäten der zweiten Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensatoren 18 in den Wechselrichtereinheiten 30 in jeder der parallel geschalteten Einheiten an die CPU 23 in der Gleichrichtereinheit 10 übertragen. Die CPU 23 berechnet die Gesamtkapazität als Summe der Kapazitäten der ersten Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensatoren 17 und der Kapazitäten der zweiten Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensatoren 18.
Im Schritt S202 überwacht die Kopplungsgleichspannungs-Erfassungseinheit 4 die Kopplungsgleichspannung. Da der Betriebsablauf in den Schritten S202 bis S208 dem Ablauf in den Schritten S102 bis S108 der ersten Ausführungsform gleicht, die in 6 dargestellt sind, erfolgt keine erneute ausführliche Beschreibung.
In der Motoransteuervorrichtung der zweiten Ausführungsform wird für den Fall, dass mehrere Gleichrichtereinheiten und Wechselrichtereinheiten mit Hilfe der Kommunikationsvorrichtungen parallel geschaltet sind, die Gesamtkapazität der Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensatoren in den Einheiten mit Hilfe der Kommunikationsvorrichtung berechnet. Damit kann man den Niederspannungsalarm-Erkennungspegel exakt einstellen, und man kann den Schutzpegel für die Leistungsbauelemente auf eine geeignete Höhe einstellen.
Dritte Ausführungsform
Es wird nun eine Motoransteuervorrichtung einer dritten Ausführungsform beschrieben. 9 zeigt eine Skizze des Aufbaus einer Motoransteuervorrichtung 1a der dritten Ausführungsform. Gleiche Komponenten wie in der Motoransteuervorrichtung 1 der ersten Ausführungsform sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Motoransteuervorrichtung 1a der dritten Ausführungsform unterscheidet sich von der Motoransteuervorrichtung 1 der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Gesamtkapazität des ersten Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensators 17 und des zweiten Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensators 18 als Steuervariable eines übergeordneten Controllers 9 eingestellt werden kann, der mit der Motoransteuervorrichtung 1a verbunden ist. Der Niederspannungsalarm-Erkennungspegel für einen momentanen Spannungsausfall wird mit Hilfe dieses Einstellwerts ermittelt. Da der weitere Aufbau der ersten Ausführungsform entspricht, erfolgt keine Beschreibung der Einzelheiten.
Der übergeordnete Controller 9 kann die Werte des ersten Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensators 17 und des zweiten Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensators 18 liefern. Damit kann man den Niederspannungsalarm-Erkennungspegel, der durch den Gesamtkapazitätswert bestimmt wird, beliebig einstellen. Verändern sich beispielsweise die Kapazitätswerte des ersten Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensators 17 und des zweiten Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensators 18 durch äußere Umgebungseinflüsse usw., so kann man den Gesamtkapazitätswert der Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensatoren einstellen, indem man vom übergeordneten Controller 9 Kapazitätswerte zuführt, die sich von den Kapazitätswerten unterscheiden, die im ersten Speicherbereich 5 und im zweiten Speicherbereich 51 abgelegt sind. Wahlweise kann man durch Zuführen eines Kapazitätswerts, der sich vom tatsächlichen Gesamtkapazitätswert unterscheidet, den Niederspannungsalarm-Erkennungspegel beliebig einstellen.
Der Betriebsablauf der Motoransteuervorrichtung der dritten Ausführungsform wird nun anhand der Zeichnung beschrieben. 10 zeigt ein Flussdiagramm der Arbeitsweise der Motoransteuervorrichtung der dritten Ausführungsform. Im Schritt S301 werden die Kapazitätswerte des ersten Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensators 17 und des zweiten Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensators 18 von dem übergeordneten Controller 9 geliefert.
Im Schritt S302 überwacht die Kopplungsgleichspannungs-Erfassungseinheit 4 die Kopplungsgleichspannung. Da der Betriebsablauf in den Schritten S302 bis S308 mit Ausnahme des Schritts S305 dem Ablauf in den Schritten S102 bis S108 der ersten Ausführungsform gleicht, die in 6 dargestellt sind, erfolgt keine erneute ausführliche Beschreibung.
Im Schritt S305 stellt die LV-Pegel-Einstelleinheit 8 einen Niederspannungsalarm-Erkennungspegel abhängig von den zugeführten Kapazitätswerten des ersten Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensators 17 und des zweiten Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensators 18 anstelle der im ersten Speicherbereich 5 und im zweiten Speicherbereich 51 hinterlegten Kapazitätswerte ein. Die Einstellprozedur des Niederspannungsalarm-Erkennungspegels aus den zugeführten Kapazitätswerten des ersten Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensators 17 und des zweiten Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensators 18 gleicht der ersten Ausführungsform.
In der Motoransteuervorrichtung der dritten Ausführungsform kann der Gesamtkapazitätswert der Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensatoren durch den übergeordneten Controller beliebig eingestellt werden. Folglich kann der Niederspannungsalarm-Erkennungspegel beliebig eingestellt werden, und der Schutzpegel für die Leistungsbauelemente kann auf eine beliebige Höhe eingestellt werden.
Vierte Ausführungsform
Es wird nun eine Motoransteuervorrichtung einer vierten Ausführungsform beschrieben. In der Motoransteuervorrichtung der vierten Ausführungsform wird die Gesamtkapazität des ersten Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensators 17 und des zweiten Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensators 18 durch eine Zeitkonstante der Vorladeschaltung berechnet, die die Motoransteuervorrichtung vorlädt, und der Kopplungsgleichspannungs-Niederspannungsalarm-Erkennungspegel für einen momentanen Spannungsausfall wird ebenfalls daraus bestimmt. Der Aufbau der Motoransteuervorrichtung der vierten Ausführungsform gleicht der Motoransteuervorrichtung 1 der ersten Ausführungsform.
In der Motoransteuervorrichtung der vierten Ausführungsform weist die Gleichrichtereinheit 10 eine Parallelschaltung 12 aus einem Widerstand 21 und einem Thyristor 22 auf (siehe 5). Der Widerstand 21 bildet zusammen mit dem ersten Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensator 17 und dem zweiten Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensator 18 einen geschlossenen Schaltkreis, der als Vorladeschaltung dient. Aus der Zeitkonstante des geschlossenen Schaltkreises kann die Gesamtkapazität des ersten Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensators 17 und des zweiten Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensators 18 berechnet werden. Da davon ausgegangen wird, dass der auf diese Weise berechnete Kapazitätswert die tatsächlichen Eigenschaften der Bauteile wiedergibt, kann man einen exakten Kapazitätswert berechnen. Ausgehend von einem solchen Kapazitätswert kann der Niederspannungsalarm-Erkennungspegel geeignet berechnet werden.
Der Betriebsablauf der Motoransteuervorrichtung der vierten Ausführungsform wird nun anhand der Zeichnung beschrieben. 11 zeigt ein Flussdiagramm der Arbeitsweise der Motoransteuervorrichtung der vierten Ausführungsform. Zuerst wird im Schritt S401 der Kapazitätswert anhand der Zeitkonstante einer Vorladeschaltung berechnet, die die Motoransteuervorrichtung vorlädt, d. h. der Zeitkonstante des geschlossenen Schaltkreises aus dem Widerstand 21 und dem ersten Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensator 17 und dem zweiten Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensator 18.
Im Schritt S402 überwacht die Kopplungsgleichspannungs-Erfassungseinheit 4 die Kopplungsgleichspannung. Da der Betriebsablauf in den Schritten S402 bis S408 dem Ablauf in den Schritten S102 bis S108 der ersten Ausführungsform gleicht, die in 6 dargestellt sind, erfolgt keine erneute ausführliche Beschreibung.
In der Motoransteuervorrichtung der vierten Ausführungsform wird der Gesamtkapazitätswert der Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensatoren mit Hilfe des geschlossenen Schaltkreises aus dem Widerstand und den Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensatoren berechnet. Folglich kann man den Niederspannungsalarm-Erkennungspegel mit Hilfe der tatsächlichen Kapazitätswerte der Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensatoren einstellen, und man kann den Schutzpegel der Leistungsbauelemente auf eine Höhe einstellen, die an die tatsächlichen Eigenschaften der Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensatoren angepasst ist.
In den vorstehenden Ausführungsformen ist der Fall beschrieben, dass ein Alarm erzeugt wird, wenn die Kopplungsgleichspannung kleinergleich dem Niederspannungsalarm-Erkennungspegel wird. Zusammen mit dem Erzeugen eines Alarms oder anstelle einer Alarmerzeugung kann die Motoransteuervorrichtung durch einen Schalter oder ein ähnliches Bauteil (nicht dargestellt) zwangsweise angehalten werden. Man kann auch eine Hilfsschaltung usw. (nicht dargestellt) auf Seite der Versorgungsspannung einfügen und einen Vorladevorgang vornehmen, wenn die Rückkehr aus dem Spannungsausfall erfolgt.

Claims

Motoransteuervorrichtung (1), die eine Gleichrichtereinheit (10) zum Gleichrichten von Wechselspannung einer Wechselspannungsversorgung in Gleichspannung enthält, und eine Wechselrichtereinheit (30), die die von der Gleichrichtereinheit gleichgerichtete Gleichspannung in eine Wechselspannung mit veränderlicher Frequenz umsetzt, wobei die Gleichrichtereinheit (10) umfasst: eine Versorgungsspannungs-Überwachungseinheit (3), die die Spannungen der jeweiligen Phasen der Wechselspannungsversorgung überwacht, um einen Spannungsausfall zu erkennen; eine Kopplungsgleichspannungs-Erfassungseinheit (4), die eine niedere Spannung erkennt, indem sie die Kopplungsgleichspannung überwacht; eine Kondensator-Gesamtkapazitäts-Berechnungsvorrichtung (6), die die Gesamtkapazität der Gleichspannungs-Glättungskondensatoren (17, 18) berechnet, die in der Gleichrichtereinheit und der Wechselrichtereinheit vorhanden sind; eine Einstelleinheit (8) für den Niederspannungsalarm-Erkennungspegel der Kopplungsgleichspannung, die den Niederspannungsalarm-Erkennungspegel für die Kopplungsgleichspannung für einen momentanen Spannungsausfall aus der berechneten Gesamtkapazität und unter Beachtung der Einbruchhöhe der Kopplungsgleichspannung nach Bedarf verändert; und eine Alarmerzeugungsvorrichtung (7), die die Kopplungsgleichspannung überwacht und, falls die Kopplungsgleichspannung unter den Niederspannungsalarm-Erkennungspegel für die Kopplungsgleichspannung fällt, einen Alarm zum Schutz der Gleichrichtereinheit erzeugt, wobei, wenn die Versorgungsspannungs-Überwachungseinheit (3) der Wechselspannungsversorgung (13) den Spannungsausfall erkennt, der Niederspannungsalarm-Erkennungspegel für die Kopplungsgleichspannung abhängig von der Gesamtkapazität der Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensatoren (17, 18) erhöht wird.
Motoransteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kapazitätsinformation des Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensators (17) in der Gleichrichtereinheit (10) und die Kapazitätsinformation des Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensators (18) in der Wechselrichtereinheit (30) vorab in einem Speicherbereich (5) in der Gleichrichtereinheit (10) bzw. einem Speicherbereich (51) in der Wechselrichtereinheit (30) abgelegt werden, und für den Fall dass eine beliebige Anzahl Einheiten parallel geschaltet sind, die Gesamtkapazität der Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensatoren (17, 18) in der Gleichrichtereinheit (10) und der Wechselrichtereinheit (30) von einer CPU (23) in der Gleichrichtereinheit (10) mit Hilfe einer Kommunikationsvorrichtung (25) zwischen den Einheiten berechnet wird, und der Kopplungsgleichspannungs-Niederspannungsalarm-Erkennungspegel für den momentanen Spannungsausfall ermittelt wird.
Motoransteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Gesamtkapazität der Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensatoren (17, 18) als Steuervariable eines übergeordneten Controllers (9), der mit der Motoransteuervorrichtung (1) verbunden ist, eingestellt werden kann, und der Kopplungsgleichspannungs-Niederspannungsalarm-Erkennungspegel für den momentanen Spannungsausfall mit Hilfe des eingestellten Werts ermittelt wird.
Motoransteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Gleichrichtereinheit (10) eine Parallelschaltung (12) aus einem Widerstand (21) und einem Thyristor (22) aufweist, wobei ein geschlossener Schaltkreis gebildet ist aus dem Widerstand (21) zusammen mit den Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensatoren (17, 18), die für die Gleichrichtereinheit (10) und die Wechselrichtereinheit (30) bereitgestellt sind, und wobei der geschlossene Schaltkreis als Vorladeschaltung dient, und wobei die Gesamtkapazität der Kopplungsgleichspannungs-Glättungskondensatoren (17, 18) abhängig von einer Zeitkonstante der Vorladeschaltung berechnet wird, die dem Vorladen der Motoransteuervorrichtung dient, und der Kopplungsgleichspannungs-Niederspannungsalarm-Erkennungspegel für den momentanen Spannungsausfall ermittelt wird.