DE102015108889A1

DE102015108889A1 - Motorsteuervorrichtung mit Schutzeinheit eines Ladewiderstands

Info

Publication number: DE102015108889A1
Application number: DE102015108889.4A
Authority: DE
Inventors: Kenta Yamamoto
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2014-06-13
Filing date: 2015-06-05
Publication date: 2015-12-17
Anticipated expiration: 2035-06-06
Also published as: CN105281643A; US9444373B2; US20150365019A1; JP5820021B1; CN105281643B; DE102015108889B4; JP2016005317A

Abstract

Eine Motorsteuervorrichtung 1 enthält einen Gleichrichter 11, einen Glättungskondensator 32, der für eine Gleichstromverbindung bereitgestellt ist, die eine Ausgangsseite des Gleichrichters 11 ist, einen Wechselrichter 12, der eine Leistungswandlung von Gleichstrom der Gleichstromverbindung und Wechselstrom einer Seite des Motors 2 durchführt, eine Anfangsladeeinheit 13, die den Glättungskondensator 32 mit einem von dem Gleichrichter 11 ausgegebenen Gleichstrom lädt, bevor die Ansteuerung des Motors beginnt, eine Stromdetektionseinheit 21, die einen Wechselstromdetektionswert einer Eingangsseite des Gleichrichters 11 detektiert, eine Stromwandlungseinheit 22, die einen Wandlungswert ausgibt, der durch Umwandeln des Detektionswertes in einen Wert erhalten wird, der einem Gleichstromverbindungsstrom entspricht, eine Stromintegrationseinheit 23, die einen Integrationswert ausgibt, der durch Integrieren des Wandlungswertes erhalten wird, eine Alarmausgabeeinheit 24, die einen Alarm ausgibt, wenn der Integrationswert mindestens so hoch ist wie ein erster Schwellenwert, eine Trennungseinheit 25, die den Wechselstrom zu dem Gleichrichter 11 in Reaktion auf einen Befehl trennen kann, und eine Schutzeinheit 26, die der Trennungseinheit 25 befiehlt, den Wechselstrom zu trennen, wenn der Alarm ausgegeben wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorsteuervorrichtung, die Wechselstrom, der von einer dreiphasigen Wechselstromversorgung zugeführt wird, in Gleichstrom umwandelt, den Gleichstrom an eine Gleichstromverbindung ausgibt, des Weiteren den Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt, um einen Motor anzutreiben, und den Wechselstrom in den Motor einspeist, und insbesondere in eine Motorsteuervorrichtung einspeist, die eine Schutzeinheit eines Ladewiderstands aufweist, der zum Laden eines Glättungskondensatoren verwendet wird, der in einer Gleichstromverbindung angeordnet ist.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
In einer Motorsteuervorrichtung, die einen Motor in einer Werkzeugmaschine, einer Druckschmiedemaschine, einer Spritzgießmaschine, einer industriellen Maschine oder verschiedenen Robotern ansteuert, wird Wechselstrom, der einmal von einer Wechselstromversorgungsseite zugeführt wird, in Gleichstrom umgewandelt, der Gleichstrom wird des Weiteren in Wechselstrom umgewandelt, und dieser Wechselstrom wird als Antriebsstrom von Motoren verwendet, die für jede Antriebsachse bereitgestellt sind.
7 ist ein Schaubild, das die Konfiguration einer allgemeinen Motorsteuervorrichtung veranschaulicht. Eine Motorsteuervorrichtung 100 enthält einen Gleichrichter 11, der Wechselstrom von einer dreiphasigen Eingangs-Wechselstromversorgung 3 gleichrichtet und Gleichstrom ausgibt, und Wechselrichter 12, die mit einer Gleichstromverbindung verbunden sind, die eine Gleichstromseite des Gleichrichters 11 ist, und die den von dem Gleichrichter 11 ausgegebenen Gleichstrom in Wechselstrom mit einer gewünschten Spannung und einer gewünschten Frequenz umwandeln, der als Antriebsstrom der Motoren 2 zugeführt werden soll, oder die von den Motoren 2 regenerierten Wechselstrom in Gleichstrom umwandeln, und steuert die Drehzahl und das Drehmoment der mit Wechselstromseiten der Wechselrichter 12 verbundenen Motoren 2 oder die Position eines Rotors. Des Weiteren ist in 7 eine Wechselstromdrossel einer Dreiphasenwechselstrom-Eingangsseite des Gleichrichters 11 mit L bezeichnet.
Die Wechselrichter 12, die in gleicher Anzahl wie die Motoren 2 vorhanden sind, die jeweils entsprechend mehreren Antriebsachsen bereitgestellt sind, sind parallel verbunden, um individuell Antriebsstrom zu jedem Motor 2 zu führen und jeden Motor 2 anzutreiben und zu steuern. Glättungskondensatoren 32 sind jeweils auf Gleichstromeingangsseiten der Wechselrichter 12 bereitgestellt. Da die Anzahl der Motoren 2 der Einfachheit halber 1 ist, ist des Weiteren in 7 die Anzahl der Wechselrichter 12 ebenfalls 1. Andererseits ist ein einzelner Gleichrichter 11 für mehrere Wechselrichter 12 bereitgestellt, um die Kosten und den Platz zu verringern, der in vielen Fällen durch die Motorsteuervorrichtung 100 belegt wird.
Der Glättungskondensator 32 muss geladen werden, bis der Antrieb des Motors 2 gestartet wird (d. h. eine Leistungsumwandlungsoperation wird durch den Wechselrichter 12 gestartet), unmittelbar nachdem die Motorsteuervorrichtung 100 zu arbeiten beginnt. Im Weiteren wird das Laden des Glättungskondensators 32, bevor das Ansteuern des Motors 2 gestartet wird, als „anfängliches Laden” bezeichnet. In dem Zustand, in dem zum Zeitpunkt des Beginns des anfänglichen Ladens keine Energie in dem Glättungskondensator 32 akkumuliert wurde, fließt ein hoher Einschaltstoßstrom durch den Gleichrichter 11. Genauer gesagt, wird, da die Kapazität des Glättungskondensators 32 groß ist, ein höherer Einschaltstoßstrom generiert. Als eine Gegenmaßnahme zum Einschaltstoßstrom wird allgemein eine Anfangsladeeinheit 13 zwischen dem Gleichrichter 11 und dem Glättungskondensator 32 oder auf der Dreiphasenwechselstrom-Eingangsseite des Gleichrichters 11 bereitgestellt. Das in 7 veranschaulichte Beispiel veranschaulicht den Fall, wo die Anfangsladeeinheit 13 zwischen dem Gleichrichter 11 und dem Glättungskondensator 32 bereitgestellt ist. Obgleich in der Zeichnung nicht veranschaulicht, haben zum Beispiel in dem Fall, wo mehrere Wechselrichter 12 parallel geschaltet sind, die Wechselrichter 12 in Reaktion auf den Fall eine parallele Verbindungsbeziehung zu dem Glättungskondensator 32. Jedoch ist in dem Fall, wo die Anfangsladeeinheit 13 zwischen dem Gleichrichter 11 und dem Glättungskondensator 32 bereitgestellt ist, eine Anfangsladeeinheit 13 zwischen dem Gleichrichter 11 und diesen Glättungskondensatoren 32 bereitgestellt. Des Weiteren ist zum Beispiel, obgleich in der Zeichnung nicht veranschaulicht, wenn die Anfangsladeeinheit 13 auf der Dreiphasenwechselstrom-Eingangsseite des Gleichrichters 11 bereitgestellt ist, ungeachtet der Anzahl der angeschlossenen Wechselrichter 12 die Anfangsladeeinheit 13 an mindestens zwei Phasen der drei Phasen der Dreiphasenwechselstrom-Eingangsseite des Gleichrichters 11 bereitgestellt.
Die Anfangsladeeinheit 13 hat eine Schalteinheit 33 und einen Ladewiderstand 31, der zu der Schalteinheit 33 parallel geschaltet ist. Die Schalteinheit 33 wird nur während eines anfänglichen Ladezeitraums des Glättungskondensators 32 geöffnet (ausgeschaltet), unmittelbar nachdem die Motorsteuervorrichtung 100 zu arbeiten beginnt, und erhält einen Geschlossenkreiszustand (einen Einschaltzustand) während eines typischen Betriebszeitraums aufrecht, in dem die Motorsteuervorrichtung 100 den Motor 2 ansteuert. Genauer gesagt, wird die Schalteinheit 33 während des anfänglichen Ladezeitraums geöffnet (ausgeschaltet), bis das Ansteuern des Motor 2 gestartet wird, unmittelbar nachdem die Motorsteuervorrichtung 100 zu arbeiten beginnt, so dass der von dem Gleichrichter 11 ausgegebene Gleichstrom durch den Ladewiderstand 31 in den Glättungskondensator 32 fließt, wodurch der Glättungskondensator 32 geladen wird. Wenn der Glättungskondensator 32 bis auf eine zuvor festgelegte Spannung geladen wird, so wird die Schalteinheit 33 geschlossen (eingeschaltet), so dass der anfängliche Ladebetrieb vollendet wird. Anschließend beginnt der Wechselrichter 12 eine Leistungsumwandlungsoperation, um dem Motor 2 Antriebsstrom zuzuführen, so dass der Motor 2 auf der Basis des Antriebsstroms angetrieben wird.
Wie oben beschrieben, fließt während des anfänglichen Ladezeitraums des Glättungskondensators 32, da die Schalteinheit 33 geöffnet (ausgeschaltet) wird, der von dem Gleichrichter 11 ausgegebene Gleichstrom durch den Ladewiderstand 31 und wird im Ladewiderstand 31 zu einem gewissen Grad als Wärme aufgebraucht, so dass das Generieren eines übermäßigen Einschaltstoßstroms während des anfänglichen Ladezeitraums unterdrückt wird. Jedoch schmilzt der Ladewiderstand 31, wenn Wärme in übermäßigem Maße durch einen Strom generiert wird, der durch den Ladewiderstand 31 fließt. Im Allgemeinen besitzt der Ladewiderstand 31 eine momentane Lasttoleranz (im Weiteren einfach als „Toleranz” bezeichnet), die als die Wärmekapazität definiert ist, die toleriert werden kann, ohne dass es zu einem Schmelzen kommt. Wenn ein Gleichstrom, der eine Wärmekapazität generiert, die mindestens so hoch ist wie die momentane Lasttoleranz, kontinuierlich durch den Ladewiderstand 31 fließt, so schmilzt der Ladewiderstand 31.
Da der Gleichstrom, der während des anfänglichen Ladezeitraums durch den Ladewiderstand 31 fließt, von der Kapazität des Glättungskondensators 32 abhängig ist und die in dem Ladewiderstand 31 generierte Wärmekapazität von dem Gleichstrom abhängig ist, der durch den Ladewiderstand 31 fließt, wird die maximale Kapazität des Glättungskondensators 32, der in der Motorsteuervorrichtung 100 montiert werden kann, in Reaktion auf die Toleranz des Ladewiderstands 31 entschieden. Zum Zeitpunkt des Entwurfs der Motorsteuervorrichtung 100 wählt ein Ingenieur in der Regel den Glättungskondensator 32 in einem Bereich, in dem die maximale Kapazität unter Berücksichtigung der Beziehung zwischen der Toleranz des Ladewiderstands 31 und der maximalen Kapazität des Glättungskondensators, der unter der Toleranz verwendet werden kann, nicht überschritten wird.
Wenn ein Ingenieur irrtümlicherweise einen Glättungskondensator 32 mit einer Kapazität wählt, die nicht die oben erwähnte Konstruktionsbedingung erfüllt (d. h. einen Glättungskondensator 32 mit einer Kapazität, die die maximale Kapazität des Glättungskondensators 32, die in Reaktion auf die Toleranz des Ladewiderstands 31 festgelegt wurde, übersteigt), so fließt ein Gleichstrom mindestens in Höhe der Toleranz durch den Ladewiderstand 31, was zu einer Fehlfunktion in einer Anfangsladeeinheit, wie zum Beispiel dem Schmelzen des Ladewiderstands 31, führt. Wenn zum Beispiel ein Ingenieur eine Motorsteuervorrichtung 100 entwirft, die mit mehreren Wechselrichtern 12 ausgestattet ist, um mehrere Motoren 2 anzusteuern, oder wenn der Glättungskondensator 32 gegen einen Glättungskondensator mit einer großen Kapazität ausgetauscht wird, oder wenn zu einem späteren Zeitpunkt im Zuge von Wartungsarbeiten oder ähnlichem ein neuer Glättungskondensator 32 hinzugefügt wird, so übersteigt die Gesamtkapazität der Kapazitäten mehrerer Glättungskondensatoren 32 die maximale Kapazität des Glättungskondensators 32, der in Reaktion auf die Toleranz des Ladewiderstands 31 festgelegt wurde (im Weiteren wird ein solcher Zustand einfach als „überschüssige Kapazität des Glättungskondensators 32” bezeichnet).
Des Weiteren fließt selbst dann, wenn eine Motorsteuervorrichtung 100 bereitgestellt wird, die die oben erwähnte Konstruktionsbedingung erfüllt, wenn zum Beispiel die Gleichstromverbindung durch den Ausfall eines Schaltelement und dergleichen des Gleichrichters 11 oder des Wechselrichters 12 kurzgeschlossen wird, ein Gleichstrom mindestens in Höhe der Toleranz während des anfänglichen Ladezeitraums durch den Ladewiderstand 31, was zu einer Fehlfunktion in der Anfangsladeeinheit, wie zum Beispiel dem Schmelzen des Ladewiderstands 31, führt.
Wie oben beschrieben, sind Hauptfaktoren, die dazu führen, dass ein Gleichstrom mindestens in Höhe der Toleranz durch den Ladewiderstand 31 fließt, eine überschüssige Kapazität des Glättungskondensators 32 und ein Kurzschluss der Gleichstromverbindung durch den Ausfall des Schaltelements und dergleichen des Gleichrichters 11 oder des Wechselrichters 12. Im Weiteren wird der Fall, wo die Anfangsladeeinheit 13 zwischen dem Gleichrichter 11 und dem Glättungskondensator 32 bereitgestellt ist, beschrieben. Jedoch kommt es selbst in dem Fall, wo die Anfangsladeeinheit 13 auf der Dreiphasenwechselstrom-Eingangsseite des Gleichrichters 11 bereitgestellt ist, in einer ähnlichen Weise zu einem Problem wie zum Beispiel dem Schmelzen des Ladewiderstands 31.
Wie in der japanischen ungeprüften Patentpublikation Nr. 2000-152643 offenbart, gibt es im Stand der Technik für das Detektieren einer Fehlfunktion in einer Anfangsladeeinheit eine Technologie, bei der bestimmt wird, dass eine Fehlfunktion in der Anfangsladeeinheit vorliegt und ein Ladebetriebsstromkreis getrennt wird, wenn ein Wert, der durch zeitweiliges Integrieren eines Ausgangsstroms der Anfangsladeeinheit erhalten wird, mit einem Wert verglichen wird, der durch Multiplizieren der Kapazität eines Kondensators, der mit beiden Enden einer Gleichstromseite eines Wechselrichters verbunden ist, mit der Spannung des Kondensator erhalten wird und eine Differenz von mindestens einem zuvor festgelegten Einstellwert zwischen diesen zwei Werten existiert.
Des Weiteren gibt es, wie in der japanischen ungeprüften Patentpublikation Nr. 2013-205257 offenbart, eine Technologie, bei der die Kapazität eines Kondensators, der auf der Eingangsseite einer Last parallel geschaltet ist, und eine Zeitkonstante, die anhand eines Widerstandswertes eines Vorladekreises festgelegt wird, anhand von Spannungsanstiegseigenschaften eines vorgeladenen Kondensators detektiert werden und die Fehlfunktion des Vorladekreises oder des Kondensators anhand der detektierten Zeitkonstante bestimmt wird.
Gemäß den oben erwähnten Technologien des Standes der Technik ist es möglich, die Fehlfunktion der Anfangsladeeinheit zu detektieren, die durch den Kurzschluss der Gleichstromverbindung durch den Ausfall des Schaltelements und dergleichen des Gleichrichters 11 oder des Wechselrichters 12 verursacht wird, aber es gibt das Problem, dass es nicht möglich ist, die Fehlfunktion der Anfangsladeeinheit zu detektieren, die durch überschüssige Kapazität des Glättungskondensators 32 verursacht wird. Wie oben beschrieben, wenn ein Ingenieur eine Motorsteuervorrichtung 100 entwirft, die mit mehreren Wechselrichtern 12 ausgestattet ist, um mehrere Motoren 2 anzusteuern, oder wenn der Glättungskondensator 32 gegen einen Glättungskondensator mit einer großen Kapazität ausgetauscht wird, oder wenn zu einem späteren Zeitpunkt im Zuge von Wartungsarbeiten oder ähnlichem ein neuer Glättungskondensator 32 hinzugefügt wird, so kann die Gesamtkapazität der Kapazitäten mehrerer Glättungskondensatoren 32 die maximale Kapazität des Glättungskondensators 32 übersteigen, der in Reaktion auf die Toleranz des Ladewiderstands 31 festgelegt wurde. Selbst wenn die Glättungskondensatoren 32 parallel geschaltet sind oder der Glättungskondensator 32 gegen einen Glättungskondensatoren mit einer anderen Kapazität ausgetauscht wird, es ist, da keine Änderung eines Gleichspannungswertes an beiden Enden des Glättungskondensators 32 stattfindet, mit den oben erwähnten Technologien des Standes der Technik nicht möglich, die Fehlfunktion der Anfangsladeeinheit zu detektieren, die durch „überschüssige Kapazität des Glättungskondensators 32” verursacht wird. Wenn es nicht möglich ist, die Fehlfunktion der Anfangsladeeinheit zu detektieren, so ist es nicht möglich, die Anfangsladeeinheit (genauer gesagt, den Ladewiderstand) zweckmäßig zu schützen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Motorsteuervorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, zuverlässig eine Anfangsladeeinheit zu schützen, die beim anfänglichen Laden eines Glättungskondensators verwendet wird, der für eine Gleichstromverbindung bereitgestellt ist. Um die oben erwähnte Aufgabe zu erfüllen, enthält eine Motorsteuervorrichtung: einen Gleichrichter, der einen Wechselstrom gleichrichtet, der von einer Dreiphasenwechselstrom-Eingangsseite zugeführt wird, und Gleichstrom ausgibt; einen Glättungskondensator, der für eine Gleichstromverbindung bereitgestellt ist, der eine Gleichstromausgangsseite des Gleichrichters ist; einen Wechselrichter, der sowohl eine Leistungswandlung von Gleichstrom in die Gleichstromverbindung als auch von Wechselstrom, der Antriebsstrom oder regenerative Leistung eines Motors ist, durchführt; eine Anfangsladeeinheit mit einer Schalteinheit und einem Ladewiderstand, der zu der Schalteinheit parallel geschaltet ist, die Schalteinheit öffnet, bevor die Ansteuerung des Motors gestartet wird, und den Glättungskondensator mit einem Gleichstromausgangssignal von dem Gleichrichter über den Ladewiderstand lädt; eine Stromdetektionseinheit, die einen Wechselstromwert der Dreiphasenwechselstrom-Eingangsseite des Gleichrichters detektiert und einen Wechselstromdetektionswert ausgibt; eine Stromwandlungseinheit, die einen Wandlungswert ausgibt, der durch Umwandeln des Wechselstromdetektionswertes in einen Wert erhalten wird, der einem Gleichstrom in der Gleichstromverbindung entspricht; eine Stromintegrationseinheit, die einen Integrationswert ausgibt, der durch Integrieren des Wandlungswertes erhalten wird, der von der Stromwandlungseinheit während eines Ladezeitraums des Glättungskondensators durch die Anfangsladeeinheit ausgegeben wird; eine Alarmausgabeeinheit, die einen Alarm ausgibt, wenn der Integrationswert mindestens so hoch ist wie ein erster Schwellenwert; eine Trennungseinheit, die in der Lage ist, die Zufuhr des Wechselstroms zu dem Gleichrichter in Reaktion auf einen empfangenen Befehl zu trennen; und eine Schutzeinheit, die der Trennungseinheit befiehlt, die Zufuhr des Wechselstroms zu trennen, wenn der Alarm ausgegeben wird.
Der erste Schwellenwert wird als ein Wert eingestellt, der kleiner als eine Ladungsmenge ist, durch die der Ladewiderstand durch die Ladungsmenge, die durch den Ladewiderstand fließt, geschmolzen wird.
Des Weiteren kann die Motorsteuervorrichtung des Weiteren enthalten: eine Spannungsdetektionseinheit, die einen Gleichspannungswert des Glättungskondensators detektiert und einen Gleichspannungsdetektionswert ausgibt; und eine Spannungsanstiegswertberechnungseinheit, die einen Gleichspannungsanstiegswert berechnet, der ein Inkrement des Gleichspannungsdetektionswertes ab dem Ladungsbeginn des Glättungskondensators durch die Anfangsladeeinheit ist. In diesem Fall, wenn der Integrationswert mindestens so groß ist wie der erste Schwellenwert und der Gleichspannungsanstiegswert kleiner ist als ein zweiter Schwellenwert, gibt die Alarmausgabeeinheit den Alarm aus.
Der zweite Schwellenwert wird als ein Wert eingestellt, der kleiner als ein Mindestwert des Gleichspannungsanstiegswertes ist, wenn der Integrationswert den ersten Schwellenwert erreicht hat.
Des Weiteren kann die Motorsteuervorrichtung des Weiteren eine Faktorbestimmungseinheit enthalten, die einen Alarmgenerierungsfaktor der Anfangsladeeinheit auf der Basis des Gleichspannungsanstiegswertes bestimmt, wenn der Alarm ausgegeben wurde.
Des Weiteren bestimmt die Faktorbestimmungseinheit in einem Fall, wo der Gleichspannungsanstiegswert, wenn der Alarm ausgegeben wurde, kleiner als ein dritter Schwellenwert ist, dass der Alarmgenerierungsfaktor ein Kurzschluss der Gleichstromverbindung ist, und in einem Fall, wo der Gleichspannungsanstiegswert mindestens so groß ist wie der dritte Schwellenwert, bestimmt die Faktorbestimmungseinheit, dass der Alarmgenerierungsfaktor eine überschüssige Kapazität des Glättungskondensators ist, der für die Gleichstromverbindung bereitgestellt wurde.
Der dritte Schwellenwert wird in Reaktion auf einen Detektionsfehler der Spannungsdetektionseinheit als ein Wert eingestellt, der kleiner als der zweite Schwellenwert ist.
Die Stromwandlungseinheit berechnet, als den Wandlungswert, eine Vektornorm auf einer zweiphasigen Koordinate, die durch Ausführen einer Dreiphasen-zu-Zweiphasen-Wandlung des Wechselstromdetektionswertes oder eines Spitzenstromwertes des Wechselstromdetektionswertes erhalten wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf die folgenden beiliegenden Zeichnungen besser verstanden, in denen Folgendes zu sehen ist:
1 ist ein grundlegendes Blockschaubild einer Motorsteuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 ist ein Schaubild, das einen dreiphasigen Wechselstrom veranschaulicht;
3A und 3B sind Diagramme zum Erläutern einer Dreiphasen-zu-Zweiphasen-Wandlung;
4 ist ein grundlegendes Blockschaubild einer Motorsteuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
5 ist ein grundlegendes Blockschaubild einer Motorsteuervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform;
6 ist ein grundlegendes Blockschaubild einer Motorsteuervorrichtung, bei der eine Anfangsladeeinheit auf einer Dreiphasenwechselstrom-Eingangsseite eines Gleichrichters bereitgestellt ist; und
7 ist ein Schaubild, das die Konfiguration einer allgemeinen Motorsteuervorrichtung veranschaulicht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Im Folgenden wird unter Bezug auf die Zeichnungen eine Motorsteuervorrichtung mit einer Schutzeinheit eines Ladewiderstands beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die unten veranschaulichten Zeichnungen oder Ausführungsformen beschränkt ist.
1 ist ein grundlegendes Blockschaubild einer Motorsteuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform. Im Weiteren wird angenommen, dass Elemente mit den gleichen Bezugszahlen in verschiedenen Zeichnungen Elemente mit der gleichen Funktion bezeichnen.
Des Weiteren ist in den ersten bis dritten Ausführungsformen eine dreiphasige Eingangs-Wechselstromversorgung 3 mit einer Dreiphasenwechselstrom-Eingangsseite einer Motorsteuervorrichtung 1 verbunden, und ein dreiphasiger Motor 2 ist mit einer Wechselstrommotorseite der Motorsteuervorrichtung 1 verbunden. Des Weiteren wird in den ersten bis dritten Ausführungsformen die Motorsteuervorrichtung 1 beschrieben, die einen einzelnen Motor 2 ansteuert und steuert. Jedoch beschränkt die Anzahl der Motoren 2, die anzusteuern und zu steuern sind, die vorliegende Erfindung in keiner Weise, und die vorliegende Erfindung kann auch auf eine Motorsteuervorrichtung angewendet werden, die mehrere Motoren 2 ansteuert und steuert. Des Weiteren beschränkt auch die Art des Motors 2, der durch die Motorsteuervorrichtung angesteuert wird, in keiner Weise die vorliegende Erfindung, und zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung auch auf einen Induktionsmotor und einen Synchronmotor angewendet werden.
Gemäß der ersten Ausführungsform enthält die Motorsteuervorrichtung 1 einen Gleichrichter 11, einen Wechselrichter 12, einen Glättungskondensator 32, eine Anfangsladeeinheit 13, eine Stromdetektionseinheit 21, eine Stromwandlungseinheit 22, eine Stromintegrationseinheit 23, eine Alarmausgabeeinheit 24, eine Trennungseinheit 25 und eine Schutzeinheit 26.
Der Gleichrichter 11 richtet Wechselstrom gleich, der von einer Dreiphasenwechselstrom-Eingangsseite einer handelsüblichen dreiphasigen Eingangs-Wechselstromversorgung 3 zugeführt wird, und gibt Gleichstrom zu einer Gleichstromverbindung aus, die eine Gleichstromausgangsseite des Gleichrichters 11 ist. In der vorliegenden Erfindung gilt für eine Ausführungsform des zu verwendenden Gleichrichters keine spezielle Einschränkung, und es gibt zum Beispiel einen dreiphasigen Vollwellengleichrichtungskreis mit einer 120°-Leitungsregenerierungsfunktion, einen Gleichrichtungskreis eines PWM-Steuerungsregimes und dergleichen. Eine Wechselstromdrossel L ist mit einer Dreiphasenwechselstrom-Eingangsseite des Gleichrichters 11 verbunden.
Der Wechselrichter 12 führt sowohl eine Leistungswandlung von Gleichstrom in die Gleichstromverbindung als auch von Wechselstrom, der Antriebsstrom oder regenerative Leistung eines Motors 2 ist, durch. Der Wechselrichter 12 ist zum Beispiel als ein Wandlungskreis mit einem Schaltelement darin, wie zum Beispiel einem PWM-Wechselrichter, konfiguriert. Der Wechselrichter 12 erlaubt es dem internen Schaltelement, einen Schaltvorgang auszuführen, um Gleichstrom, der von einer Gleichstromverbindungsseite zugeführt wird, in dreiphasigen Wechselstrom mit einer gewünschten Spannung und einer gewünschten Frequenz umzuwandeln, um den Motor 2 auf der Basis eines Motorantriebsbefehls anzutreiben, der von einer oberen Steuervorrichtung (nicht veranschaulicht) empfangen wird. Der Motor 2 arbeitet auf der Basis des zugeführten spannungsvariablen und frequenzvariablen dreiphasigen Wechselstroms. Des Weiteren wird zum Zeitpunkt des Abbremsens des Motors 2 regenerative Leistung generiert. Jedoch wird auf der Basis des von der oberen Steuervorrichtung empfangenen Motoransteuerungsbefehls Wechselstrom, der die im Motor 2 generierte regenerative Leistung ist, in Gleichstrom umgewandelt und zu der Gleichstromverbindung zurückgeführt. Des Weiteren werden, wenn die Motorsteuervorrichtung 1 mehrere Motoren 2 ansteuert und steuert, mehrere Wechselrichter 12 in gleicher Anzahl wie die Motoren 2 parallel geschaltet, um die Motoren 2 individuell mit Antriebsstrom zu versorgen und die Motoren 2 anzusteuern und zu steuern.
Der Gleichrichter 11 ist auf der Dreiphasenwechselstrom-Eingangsseite davon bereitgestellt, wobei die Trennungseinheit 25 in der Lage ist, die Zufuhr des Wechselstroms zu dem Gleichrichter 11 in Reaktion auf einen empfangenen Befehl zu trennen. Die Trennungseinheit 25 ist allgemein auf einer Eingangsstufe der Motorsteuervorrichtung 1 bereitgestellt, um den Gleichrichter 11 und den Wechselrichter 12 der Motorsteuervorrichtung 1 in einem Notfall zu schützen, und öffnet zum Beispiel einen (nicht veranschaulichten) Öffnungs-/Schließschalter der Trennungseinheit 25 und trennt die Zufuhr des Wechselstroms zu dem Gleichrichter 11, wenn ein Trennungsbefehl von der oberen Steuervorrichtung (nicht veranschaulicht) empfangen wird. Des Weiteren öffnet in der ersten Ausführungsform, selbst wenn ein Trennungsbefehl von der Schutzeinheit 26 empfangen wird, wie später noch beschrieben wird, die Trennungseinheit 25 den Öffnungs-/Schließschalter (nicht veranschaulicht) der Trennungseinheit 25 und trennt die Zufuhr des Wechselstroms zu dem Gleichrichter 11.
Der Glättungskondensators 32 ist an die Gleichstromverbindung bereitgestellt, die die Gleichstromseite des Gleichrichters 11 mit der Gleichstromseite des Wechselrichters 12 verbindet. Der Glättungskondensator 32 hat eine Funktion zum Unterdrücken einer Pulsationskomponente des Gleichstromausgangssignals von dem Gleichrichter 11 oder dem Wechselrichter 12, und hat des Weiteren eine Funktion zum vorübergehenden Akkumulieren des Gleichstromausgangssignals von dem Gleichrichter 11 oder dem Wechselrichter 12.
Des Weiteren veranschaulicht 1 ein Beispiel, in dem ein einzelner Wechselrichter 12 bereitgestellt ist. Wenn jedoch mehrere Wechselrichter 12 parallel geschaltet sind, so ist der Glättungskondensator 32 auf einer Gleichstromeingangsseite jedes Wechselrichters 12 bereitgestellt, und somit haben die Wechselrichter 12 eine parallele Verbindungsbeziehung für die Glättungskondensatoren 32.
Die Anfangsladeeinheit 13 dient zum Laden des Glättungskondensators 32 mit einem Gleichstrom, der von dem Gleichrichter 11 ausgegeben wird, bis die Motorsteuervorrichtung 1 mit der eigentlichen Motorantriebssteuerung nach Beginn des Betriebes beginnt, und ist in der ersten Ausführungsform zwischen dem Gleichrichter 11 und dem Glättungskondensator 32 bereitgestellt. Alternativ kann die Anfangsladeeinheit 13 auf der Dreiphasenwechselstrom-Eingangsseite des Gleichrichters 11 vorhanden sein, wie oben beschrieben wurde. Des Weiteren veranschaulicht 1 ein Beispiel, in dem ein einzelner Wechselrichter 12 bereitgestellt ist. Wenn jedoch mehrere Wechselrichter 12 parallel geschaltet sind, so ist eine einzelne Anfangsladeeinheit 13 zwischen dem Gleichrichter 11 und diesen Glättungskondensatoren 32 bereitgestellt, da die Wechselrichter 12 eine parallele Verbindungsbeziehung für die Glättungskondensatoren 32 haben.
Die Anfangsladeeinheit 13 hat eine Schalteinheit 33 und einen Ladewiderstand 31, der zu der Schalteinheit 33 parallel geschaltet ist. Die Schalteinheit 33 wird zum Beispiel durch einen mechanischen Schalter oder ein Halbleiterschaltelement, wie zum Beispiel einen IGBT und einen Thyristor, konfiguriert. Die Schalteinheit 33 wird nur während eines anfänglichen Ladezeitraums des Glättungskondensators 32 geöffnet (ausgeschaltet), unmittelbar nachdem die Motorsteuervorrichtung 1 zu arbeiten beginnt, und erhält einen Geschlossenkreiszustand (einen Einschaltzustand) während eines typischen Betriebszeitraums aufrecht, in dem die Motorsteuervorrichtung 1 den Motor 2 ansteuert. Genauer gesagt, wird die Schalteinheit 33 während des anfänglichen Ladezeitraums geöffnet (ausgeschaltet), bis das Ansteuern des Motor 2 gestartet wird, unmittelbar nachdem die Motorsteuervorrichtung 1 zu arbeiten beginnt, so dass der von dem Gleichrichter 11 ausgegebene Gleichstrom durch den Ladewiderstand 31 in den Glättungskondensator 32 fließt, wodurch der Glättungskondensator 32 geladen wird. Wenn der Glättungskondensator 32 bis auf eine zuvor festgelegte Spannung geladen wird, so wird die Schalteinheit 33 geschlossen (eingeschaltet), so dass der anfängliche Ladebetrieb vollendet wird. Nachdem der Anfangsladevorgang vollendet ist, beginnt der Wechselrichter 12 eine Leistungsumwandlungsoperation, um dem Motor 2 Antriebsstrom zuzuführen, so dass der Motor 2 auf der Basis des Antriebsstroms angetrieben wird.
Die Stromdetektionseinheit 21 detektiert einen Wechselstromwert der Dreiphasenwechselstrom-Eingangsseite des Gleichrichters 11 und gibt einen Wechselstromdetektionswert aus. Um den Wechselstromwert zu detektieren, der in der Antriebssteuerung des Motors 2 durch die Motorsteuervorrichtung 1 verwendet wird, ist die Stromdetektionseinheit 21 allgemein in der Motorsteuervorrichtung 1 bereitgestellt. Jedoch wird in der ersten Ausführungsform der durch die Stromdetektionseinheit 21 ausgegebene Wechselstromdetektionswert auch an die Stromwandlungseinheit 22 gesendet.
Die Stromwandlungseinheit 22 wandelt den Wechselstromdetektionswert in einen Wert um, der einem Gleichstrom in der Gleichstromverbindung entspricht, und gibt den Wert aus. Im Weiteren wird der durch die Stromwandlungseinheit 22 ausgegebene Wert einfach als ein „Wandlungswert” bezeichnet. Der durch die Stromwandlungseinheit 22 ausgegebene Wandlungswert wird an die Stromintegrationseinheit 23 gesendet.
Die Stromwandlungseinheit 22 berechnet zum Beispiel eine Vektornorm auf einer zweiphasigen Koordinate, die durch Ausführen einer Dreiphasen-zu-Zweiphasen-Wandlung des Wechselstromdetektionswertes erhalten wird, und gibt die Vektornorm als den Wandlungswert aus. 2 ist ein Schaubild, das einen dreiphasigen Wechselstrom veranschaulicht, und 3A ist ein Schaubild zum Erläutern der Dreiphasen-zu-Zweiphasen-Wandlung. Der dreiphasige UVW-Wechselstrom, wie in 2 veranschaulicht, wird durch einen Stromvektor, wie in 3A veranschaulicht, auf einer dreiphasigen Koordinate dargestellt. Wenn der Stromvektor auf der dreiphasigen Koordinate der Dreiphasen-zu-Zweiphasen-Wandlung unterzogen wird, so wird ein Stromvektor auf der zweiphasigen Koordinate, wie in 3B veranschaulicht, erhalten, und diese Vektornorm wird als der oben erwähnte Wandlungswert verwendet. Des Weiteren wird in dem veranschaulichten Beispiel eine αβ-Wandlung als die Dreiphasen-zu-Zweiphasen-Wandlung verwendet; jedoch kann auch eine dq-Wandlung verwendet werden.
In der vorliegenden ersten Ausführungsform berechnet die Stromwandlungseinheit 22 die Vektornorm als den Wandlungswert. Jedoch kann alternativ ein Spitzenstromwert des Wechselstromdetektionswertes berechnet werden und kann als der Wandlungswert ausgegeben werden.
Die Stromintegrationseinheit 23 gibt einen Wert aus, der durch Integrieren des Wandlungswertes erhalten wird, der von der Stromwandlungseinheit 22 während des Ladezeitraums des Glättungskondensators 32 durch die Anfangsladeeinheit 13 ausgegeben wird. Im Weiteren wird der durch die Stromintegrationseinheit 23 ausgegebene Wert einfach als ein „Integrationswert” bezeichnet. Der durch die Stromintegrationseinheit 23 ausgegebene Integrationswert wird an die Alarmausgabeeinheit 24 gesendet.
Genauer gesagt, wird der oben erwähnte „Integrationswert” durch Integrieren des Wandlungswertes erhalten, der von der Stromwandlungseinheit 22 während des anfänglichen Ladezeitraums „ab dem Startzeitpunkt der Motorsteuervorrichtung 1 bis zum Ladungsvollendungszeitpunkt des Glättungskondensators 32” ausgegeben wird, und eine Einheit des Integrationswertes ist „Q (Coulomb)”, was eine Einheit der Ladung ist. Da der Wechselrichter 12 nicht die Leistungsumwandlungsoperation während des anfänglichen Ladezeitraums ausführt, fließt der von dem Gleichrichter 11 ausgegebene Gleichstrom in den Glättungskondensators 32 und wird dort akkumuliert, während er durch den Ladewiderstand 31 begrenzt wird. Dementsprechend kann der oben erwähnte, durch die Stromintegrationseinheit 23 ausgegebene „Integrationswert” so angesehen werden, dass er „dem Betrag an Ladung entspricht, die durch den Ladewiderstand 31 in den Glättungskondensator 32 fließt”.
Die Alarmausgabeeinheit 24 bestimmt, ob der von der Stromintegrationseinheit 23 empfangene Integrationswert mindestens so hoch ist wie ein erster Schwellenwert, und gibt einen Alarm aus, wenn der Integrationswert mindestens so groß ist wie der erste Schwellenwert.
Im Weiteren wird das Einstellen des ersten Schwellenwertes, der in einem Alarmausgabeprozess in der Alarmausgabeeinheit 24 verwendet wird, beschrieben. Wie oben beschrieben, wird, da der Gleichstrom, der während des anfänglichen Ladezeitraums durch den Ladewiderstand 31 fließt, von der Kapazität des Glättungskondensators 32 abhängt und die in dem Ladewiderstand 31 generierte Wärmekapazität von dem Gleichstrom abhängt, der durch den Ladewiderstand 31 fließt, die maximale Kapazität des Glättungskondensators 32, der in der Motorsteuervorrichtung 1 montiert werden kann, in Reaktion auf die Toleranz des Ladewiderstands 31 entschieden. Die momentane Lasttoleranz J_MAX [J] des Ladewiderstands 31 (R[Ω]) wird durch Gleichung 1 unten ausgedrückt, wenn die maximale Kapazität des Glättungskondensators 32, der in der Motorsteuervorrichtung 1 montiert werden kann, auf C_MAX [F] eingestellt wird und ein Spitzenwert eines oberen Grenzwertes einer Spezifikation einer an die Dreiphasenwechselstrom-Eingangsseite angelegten Wechselspannung des Gleichrichters 11 auf V_MAX [V] eingestellt wird. J_MAX = 1 / 2C_MAX·V_MAX ² (1)
In dem Fall, wo die Gleichstromverbindung durch den Ausfall des Schaltelements und dergleichen des Gleichrichters 11 oder des Wechselrichters 12 während des anfänglichen Ladezeitraums kurzgeschlossen wird, wenn eine Zeit, bis der Ladewiderstand 31 mit der momentanen Lasttoleranz J_MAX [J] geschmolzen ist, auf T_SHT [Sekunde] eingestellt wird und der Widerstandswert des Ladewiderstands 31 auf R [Ω] eingestellt wird, wird die folgende Gleichung 2 aufgestellt.
Wenn Gleichung 2 in Gleichung 1 eingesetzt wird, wird die folgende Gleichung 3 erhalten, welche die Zeit T_SHT darstellt, bis der Ladewiderstand 31 geschmolzen ist.
Ein Strom I_SHT [A], der durch den Ladewiderstand 31 fließt, wenn die Gleichstromverbindung kurzgeschlossen wird, wird durch Gleichung 4 unten ausgedrückt.
Wenn also die Gleichstromverbindung kurzgeschlossen wird, so wird eine Ladungsmenge Q_SHT [C], die in den Glättungskondensator 32 fließt, bis der Ladewiderstand 31 geschmolzen ist, durch Gleichung 5 unten unter Verwendung von Gleichung 3 und Gleichung 4 oben ausgedrückt.
Die durch Gleichung 5 oben ausgedrückte Ladungsmenge Q_SHT [C] bezeichnet eine „entsprechende Ladungsmenge, durch die der Ladewiderstand 31 durch den Betrag der durch den Ladewiderstand 31 fließenden Ladungsmenge geschmolzen wird”. Um also in der ersten Ausführungsform zu verhindern, dass der Ladewiderstand 31 durch den Gleichstrom schmilzt, der während des anfänglichen Ladezeitraums ab dem Startzeitpunkt der Motorsteuervorrichtung 1 bis zum Ladungsvollendungszeitpunkt des Glättungskondensators 32 durch den Ladewiderstand 31 fließt, wird der erste Schwellenwert Th₁ niedriger eingestellt als die „Ladungsmenge Q_SHT [C], durch die der Ladewiderstand 31 durch die Ladungsmenge, die durch den Ladewiderstand 31 fließt, geschmolzen wird”, wie durch Gleichung 6 unten ausgedrückt, und wird als eine Bestimmungsbedingung zum Bestimmen des Vorliegens oder Fehlens der Wahrscheinlichkeit verwendet, dass der Ladewiderstand 31 geschmolzen wird.
Wenn bestimmt wird, dass der oben erwähnte Integrationswert mindestens so groß ist wie der erste Schwellenwert Th₁, so gibt die Alarmausgabeeinheit 24 einen Alarm aus, weil es höchst wahrscheinlich ist, dass der Ladewiderstand 31 geschmolzen wird, und anderenfalls gibt die Alarmausgabeeinheit 24 keinen Alarm aus.
Die Schutzeinheit 26 gibt einen Trennungsbefehl für die Zufuhr des Wechselstroms an die Trennungseinheit 25 aus, wenn der Alarm von der Alarmausgabeeinheit 24 ausgegeben wird. Nachdem die Trennungseinheit 25 den Trennungsbefehl empfangen hat, öffnet sie den internen Öffnungs-/Schließschalter (nicht veranschaulicht), wodurch die Zufuhr des Wechselstroms zu dem Gleichrichter 11 getrennt wird. Wenn der Eingang des Wechselstroms getrennt ist, so wird kein Gleichstrom von dem Gleichrichter 11 ausgegeben, und somit fließt kein Gleichstrom durch die Anfangsladeeinheit 13, so dass es möglich ist, die Anfangsladeeinheit 13 zu schützen. Wie oben beschrieben, sind Hauptfaktoren, die dazu führen, dass ein Gleichstrom mindestens in Höhe der Toleranz durch den Ladewiderstand 31 fließt, eine überschüssige Kapazität des Glättungskondensators 32 und ein Kurzschluss der Gleichstromverbindung durch den Ausfall des Schaltelements und dergleichen des Gleichrichters 11 oder des Wechselrichters 12. Weil jedoch gemäß der ersten Ausführungsform der Wert, der durch Ausführen des oben erwähnten Berechnungsprozesses für den Wechselstromdetektionswert der Dreiphasenwechselstrom-Eingangsseite des Gleichrichters 11 erhalten wird, mit dem ersten Schwellenwert Th₁ verglichen wird und es detektiert wird, dass der Ladewiderstand 31 wahrscheinlich geschmolzen ist, wird dies nicht durch den Faktor (d. h. den Alarmgenerierungsfaktor) beeinflusst, der verursacht, dass ein übermäßiger Gleichstrom durch den Ladewiderstand 31 fließt, wie zum Beispiel ein Ausfall des Schaltelements und dergleichen des Gleichrichters 11 oder des Wechselrichters 12 oder überschüssige Kapazität des Glättungskondensators 32. Wenn ein Alarm ausgegeben wird, der die Wahrscheinlichkeit des Schmelzens des Ladewiderstands 31 anzeigt, ist es – da die Schutzeinheit 26 den Trennungsbefehl für die Zufuhr des Wechselstroms an die Trennungseinheit 25 ungeachtet des Inhalts des Alarmgenerierungsfaktors ausgibt – möglich zu verhindern, dass ein Gleichstrom mindestens in Höhe der Toleranz durch den Ladewiderstand 31 fließt, und die Anfangsladeeinheit zuverlässig zu schützen.
4 ist ein grundlegendes Blockschaubild einer Motorsteuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform. In der zweiten Ausführungsform sind zusätzlich in der Motorsteuervorrichtung 1 der ersten Ausführungsform von 1 noch eine Spannungsdetektionseinheit 27 zum Detektieren eines Gleichspannungswertes, der an beide Enden des Glättungskondensators 32 angelegt wird, und zum Ausgeben eines Gleichspannungsdetektionswertes sowie eine Spannungsanstiegswertberechnungseinheit 28 zum Berechnen eines Gleichspannungsanstiegswertes, der ein Inkrement eines Gleichspannungsdetektionswertes ab den Beginn des Ladens des Glättungskondensators 32 durch die Anfangsladeeinheit 13 ist, bereitgestellt, und zusätzlich zu dem ersten Schwellenwert Th₁ wird ein zweiter Schwellenwert Th₂ als die Bestimmungsbedingung zum Bestimmen des Vorliegens oder Fehlens der Wahrscheinlichkeit, dass der Ladewiderstand 31 geschmolzen ist, verwendet. Weil des Weiteren die anderen Stromkreiselemente außer der Spannungsanstiegswertberechnungseinheit 28 und der Spannungsdetektionseinheit 27 den in 1 veranschaulichten Stromkreiselementen ähneln, werden die gleichen Bezugszahlen zum Bezeichnen derselben Stromkreiselemente verwendet, und auf ihre detaillierte Beschreibung wird verzichtet.
In der oben erwähnten ersten Ausführungsform – in Anbetracht des Falles, wo der erste Schwellenwert Th₁ gleich der Ladungsmenge Q_SHT [C] ist, die in den Glättungskondensator 32 fließt, bis die Gleichstromverbindung kurzgeschlossen und der Ladewiderstand 31 geschmolzen wird –, gibt die Alarmausgabeeinheit 24 einen Alarm aus, wenn die Kapazität des in der Motorsteuervorrichtung 1 montierten Glättungskondensators 32 im Bereich von C_MAX/2 bis zur maximalen Kapazität C_MAX liegt, auch wenn kein Ausfall vorliegt. Darum wird in der zweiten Ausführungsform die Größenordnung des Gleichspannungsanstiegswertes, der das Inkrement des Gleichspannungsdetektionswertes ab dem Ladungsstart des Glättungskondensators 32 durch die Anfangsladeeinheit 13 ist, mit der Größenordnung des zweiten Schwellenwertes Th₂ verglichen, so dass die Genauigkeit der Detektion eines Ausfalls verbessert wird.
Im Allgemeinen wird der Gleichspannungsdetektionswert des Glättungskondensators 32 in der Antriebssteuerung des Motors 2 durch die Motorsteuervorrichtung 1 verwendet; jedoch ist die Spannungsdetektionseinheit 27 zum Detektieren des Gleichspannungswertes allgemein in der Motorsteuervorrichtung 1 bereitgestellt. In der zweiten Ausführungsform wird der durch die Spannungsdetektionseinheit 27 ausgegebene Gleichspannungsdetektionswert auch an die Spannungsanstiegswertberechnungseinheit 28 gesendet.
Die Spannungsanstiegswertberechnungseinheit 28 berechnet den Gleichspannungsanstiegswert, der das Inkrement des Gleichspannungsdetektionswertes ab dem Ladungsbeginn des Glättungskondensators 32 durch die Anfangsladeeinheit 13 ist.
Die Alarmausgabeeinheit 24 bestimmt, ob der von der Stromintegrationseinheit 23 empfangene Integrationswert mindestens so groß ist wie der erste Schwellenwert Th₁, und bestimmt, ob der von der Spannungsanstiegswertberechnungseinheit 28 empfangene Gleichspannungsanstiegswert kleiner ist als der zweite Schwellenwert Th₂. Wenn der Integrationswert mindestens so groß ist wie der erste Schwellenwert Th₁ und der Gleichspannungsanstiegswert kleiner ist als der zweite Schwellenwert Th₂, so gibt die Alarmausgabeeinheit 24 einen Alarm aus.
Im Weiteren wird das Einstellen des zweiten Schwellenwertes Th₂, der in dem Alarmausgabeprozess in der Alarmausgabeeinheit 24 verwendet wird, beschrieben. In dem Fall, in dem eine Ladungsmenge gleich dem ersten Schwellenwert Th₁, der in der oben beschriebenen Weise eingestellt wurde, in den Glättungskondensator 32 fließt, wird der Gleichspannungsanstiegswert ab dem Ladungsbeginn des Glättungskondensators 32 durch die Anfangsladeeinheit 13 ein Mindestwert ΔV_DCMIN [V] (im Weiteren einfach als ein „Mindestwert des Gleichspannungsanstiegswertes” bezeichnet), wenn die Kapazität des in der Motorsteuervorrichtung 1 vorhandenen Glättungskondensators 32 die maximale Kapazität C_MAX [F] ist. Das heißt, in diesem Fall wird Gleichung 7 unten aufgestellt. Th₁ = C_MAX·ΔV_DCMIN (7)
Wenn Gleichung 7 oben nicht mehr gilt, so wird Gleichung 8 unten erhalten.
Wenn ein Zustand vorhanden ist, in dem kein Ausfall eintritt, so wird ein durch die Spannungsanstiegswertberechnungseinheit berechneter Gleichspannungsanstiegswert nicht kleiner als der Mindestwert ΔV_DCMIN [V]. Oder anders ausgedrückt: Wenn der durch die Spannungsanstiegswertberechnungseinheit berechnete Gleichspannungsanstiegswert weiter klein ist, so kann man sagen, dass ein Ausfall eingetreten ist. Dementsprechend wird in der zweiten Ausführungsform, wie durch Gleichung 9 unten ausgedrückt, der zweite Schwellenwert Th₂ als ein Wert eingestellt, der kleiner als der Mindestwert ΔV_DCMIN [V] des Gleichspannungsanstiegswertes ist, wenn eine Ladungsmenge gleich dem ersten Schwellenwert Th₁ in den Glättungskondensators 32 geflossen ist. Da, wie oben beschrieben, „die Ladungsmenge, die durch den Ladewiderstand 31 in den Glättungskondensator 32 fließt”, äquivalent dem Wert ist, der durch die Stromintegrationseinheit 23 als der „Integrationswert” berechnet wurde, kann man sagen, dass „der Fall, wo die Ladungsmenge gleich dem ersten Schwellenwert Th₁ in den Glättungskondensator 32 geflossen ist”, die gleiche Bedeutung hat wie „der Fall, wo der durch die Stromintegrationseinheit 23 berechnete Integrationswert die erste Schwellenwert Th₁ erreicht hat”. Dementsprechend kann die Definition des zweiten Schwellenwertes Th₂ angesehen werden als ein „Wert, der kleiner eingestellt ist als der Mindestwert des Gleichspannungsanstiegswertes, wenn der durch die Stromintegrationseinheit 23 berechnete Integrationswert den ersten Schwellenwert Th₁ erreicht hat”.
In der zweiten Ausführungsform werden der erste Schwellenwert Th₁ und der zweite Schwellenwert Th₂ als die Bestimmungsbedingung zum Bestimmen des Vorliegens oder Fehlens der Wahrscheinlichkeit, dass der Ladewiderstand 31 geschmolzen ist, verwendet, so dass das Vorliegen oder Fehlen der Wahrscheinlichkeit, dass der Ladewiderstand geschmolzen ist, mit hoher Genauigkeit bestimmt wird. Wenn bestimmt wird, dass der oben erwähnte Integrationswert mindestens so groß ist wie der erste Schwellenwert Th₁ und der Gleichspannungsanstiegswert kleiner ist als der zweite Schwellenwert Th₂, so gibt die Alarmausgabeeinheit 24 einen Alarm aus, weil es höchst wahrscheinlich ist, dass der Ladewiderstand 31 geschmolzen ist; und anderenfalls gibt die Alarmausgabeeinheit 24 keinen Alarm aus. Da es gemäß der zweiten Ausführungsform möglich ist, die Wahrscheinlichkeit genauer zu detektieren, dass der Ladewiderstand geschmolzen ist, kann die Schutzeinheit einen Trennungsbefehl für die Zufuhr von Wechselstrom an die Trennungseinheit ungeachtet des Faktors wie zum Beispiel überschüssige Kapazität des Glättungskondensators 32 und Kurzschluss der Gleichstromverbindung durch den Ausfall des Schaltelements und dergleichen des Gleichrichters 11 oder des Wechselrichters 12 ausgeben, so dass es möglich ist, zuverlässiger zu verhindern, dass ein Gleichstrom, der mindestens so groß ist wie die momentane Lasttoleranz, durch den Ladewiderstand fließt.
5 ist ein grundlegendes Blockschaubild einer Motorsteuervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform. In der dritten Ausführungsform ist zusätzlich zu der in 4 veranschaulichten zweiten Ausführungsform der Motorsteuervorrichtung 1 eine Faktorbestimmungseinheit 29 zum Bestimmen des Alarmgenerierungsfaktors bereitgestellt. Weil des Weiteren die anderen Stromkreiselemente außer der Faktorbestimmungseinheit 29 den in 4 veranschaulichten Stromkreiselementen ähneln, werden die gleichen Bezugszahlen zum Bezeichnen derselben Stromkreiselemente verwendet, und auf ihre detaillierte Beschreibung wird verzichtet.
Die Faktorbestimmungseinheit 29 bestimmt den Alarmgenerierungsfaktor der Anfangsladeeinheit 13 auf der Basis des durch die Spannungsanstiegswertberechnungseinheit 28 berechneten Gleichspannungsanstiegswertes und eines dritten Schwellenwertes Th₃, wenn die Alarmausgabeeinheit 24 einen Alarm ausgibt. Der dritte Schwellenwert Th₃ wird in Reaktion auf einen Detektionsfehler der Spannungsdetektionseinheit 27 als ein Wert eingestellt, der kleiner als der zweite Schwellenwert Th₂ ist.
Im Weiteren wird der dritte Schwellenwert Th₃ beschrieben, der in dem Alarmgenerierungsfaktorbestimmungsprozess in der Faktorbestimmungseinheit 29 verwendet wird. Im Fall eines Kurzschlusses der Gleichstromverbindung durch den Ausfall des Schaltelements und dergleichen des Gleichrichters 11 oder des Wechselrichters 12 ist der durch die Spannungsanstiegswertberechnungseinheit 28 berechnete Gleichspannungsanstiegswert idealerweise 0. Jedoch ist der Gleichspannungsanstiegswert aufgrund des Gleichspannungsdetektionsfehlers der Spannungsdetektionseinheit 27 in der Realität nicht 0. Weil des Weiteren die Alarmausgabeeinheit 24 einen Alarm ausgibt, falls der Integrationswert mindestens so groß ist wie der erste Schwellenwert Th₁ und der Gleichspannungsanstiegswert kleiner ist als der zweite Schwellenwert Th₂, kann die Faktorbestimmungseinheit 29 – falls der dritte Schwellenwert Th₃ als ein Wert eingestellt ist, der größer als 0 und kleiner als der zweite Schwellenwert Th₂, wie durch Gleichung 10 unten ausgedrückt, ist, und wenn der Alarm ausgegeben wird, weil der Integrationswert mindestens so groß ist wie der erste Schwellenwert Th₁ und der Gleichspannungsanstiegswert kleiner ist als der zweite Schwellenwert Th₂ – bestimmen, ob der Gleichspannungsanstiegswert zu diesem Zeitpunkt kleiner ist als der dritte Schwellenwert Th₃, wodurch bestimmt wird, ob der Kurzschluss der Gleichstromverbindung ein Ausfallfaktor ist.
In dem Fall, wo der durch die Spannungsanstiegswertberechnungseinheit 28 berechnete Gleichspannungsanstiegswert kleiner ist als der dritte Schwellenwert Th₃, und wenn der Alarm ausgegeben wurde, bestimmt die Faktorbestimmungseinheit 29, dass der Alarmgenerierungsfaktor der Kurzschluss der Gleichstromverbindung ist; und in dem Fall, wo der Gleichspannungsanstiegswert mindestens so groß ist wie der dritte Schwellenwert Th₃, bestimmt die Faktorbestimmungseinheit 29, dass der Alarmgenerierungsfaktor die überschüssige Kapazität des an der Gleichstromverbindung bereitgestellten Glättungskondensators ist. Das Bestimmungsergebnis durch die Faktorbestimmungseinheit 29 kann zum Beispiel auf einem (nicht veranschaulichten) Display angezeigt werden, das in der Motorsteuervorrichtung 1 bereitgestellt ist, oder kann in einer (nicht veranschaulichten) Speichereinheit gespeichert werden. Weil ein Ingenieur oder ein Arbeiter den Alarmgenerierungsfaktor erkennen kann, ist es auf die Weise einfach, Änderungen in der Motorsteuervorrichtung 1 aufrecht zu erhalten und zu entwerfen. Wenn zum Beispiel ein Arbeiter anhand der Faktorbestimmungseinheit 29 erkannt hat, dass der Alarmgenerierungsfaktor der Kurzschluss der Gleichstromverbindung ist, so kann der Arbeiter unverzüglich Maßnahmen einleiten, wie zum Beispiel einen Austausch oder eine Reparatur des Schaltelements des Gleichrichters 11 oder des Wechselrichters 12, das den Ausfall verursacht hat. Wenn zum Beispiel ein Arbeiter anhand der Faktorbestimmungseinheit 29 erkannt hat, dass der Alarmgenerierungsfaktor die überschüssige Kapazität des Glättungskondensators 32 ist, so kann der Arbeiter unverzüglich zu einem Glättungskondensator 32 mit einer kleineren Kapazität wechseln.
In allen oben erwähnten Ausführungsformen ist die Anfangsladeeinheit 13 zwischen dem Gleichrichter 11 und dem Glättungskondensator 32 bereitgestellt. Jedoch kann die vorliegende Erfindung auch dann realisiert werden, wenn alternativ die Anfangsladeeinheit 13 auf der Dreiphasenwechselstrom-Eingangsseite des Gleichrichters 11 bereitgestellt ist. 6 ist ein grundlegendes Blockschaubild der Motorsteuervorrichtung, bei der die Anfangsladeeinheit auf der Dreiphasenwechselstrom-Eingangsseite des Gleichrichters bereitgestellt ist. In dem in 6 veranschaulichten Beispiel wird eine Beschreibung für den Fall gegeben, wo die Anfangsladeeinheit 13 zwischen der Wechselstromdrossel L, die die Dreiphasenwechselstrom-Eingangsseite des Gleichrichters 11 ist, und der Trennungseinheit 25 in der Motorsteuervorrichtung der mit Bezug auf 1 beschriebenen ersten Ausführungsform bereitgestellt ist. Jedoch kann dies auch in den zweiten und dritten Ausführungsformen in einer ähnlichen Weise angewendet werden. In der Anfangsladeeinheit 13 ist eine Gruppe, in der der Ladewiderstand 31 und die Schalteinheit 33 zueinander parallel geschaltet sind, an mindestens zwei Phasen der drei Phasen bereitgestellt. Des Weiteren ist in dem veranschaulichten Beispiel die Gruppe an allen drei Phasen bereitgestellt. Während des anfänglichen Ladezeitraums wird die Schalteinheit 33 geöffnet (ausgeschaltet), und während des typischen Betriebszeitraums, in dem die Motorsteuervorrichtung 1 den Motor 2 ansteuert, wird der Geschlossenkreiszustand (ein Einschaltzustand) der Schalteinheit 33 aufrecht erhalten. Genauer gesagt, wird die Schalteinheit 33 während des anfänglichen Ladezeitraums geöffnet (ausgeschaltet), bis das Ansteuern des Motors 2 gestartet wird, unmittelbar nachdem die Motorsteuervorrichtung 1 zu arbeiten beginnt, so dass ein Wechselstrom von der dreiphasigen Eingangs-Wechselstromversorgung 3 in den Gleichrichter 11 durch den Ladewiderstand 31 eingegeben und gleichgerichtet wird, und einen von dem Gleichrichter 11 ausgegebener Gleichstrom fließt in den Glättungskondensator 32, so dass der Glättungskondensator 32 geladen wird. Wenn der Glättungskondensator 32 bis auf eine zuvor festgelegte Spannung geladen ist, so wird die Schalteinheit 33 geschlossen (eingeschaltet), so dass der anfängliche Ladebetrieb vollendet wird. Anschließend beginnt der Wechselrichter 12 eine Leistungsumwandlungsoperation, um dem Motor 2 Antriebsstrom zuzuführen, so dass der Motor 2 auf der Basis des Antriebsstroms angetrieben wird. Weil des Weiteren die anderen Stromkreiselemente außer den oben beschriebenen den veranschaulichten Stromkreiselementen in jeder der obigen Ausführungsformen ähneln, werden die gleichen Bezugszahlen zum Bezeichnen derselben Stromkreiselemente verwendet, und auf ihre detaillierte Beschreibung wird verzichtet.
Des Weiteren können die Stromwandlungseinheit 22, die Stromintegrationseinheit 23, die Alarmausgabeeinheit 24, die Schutzeinheit 26 und die Faktorbestimmungseinheit 29, die in allen oben erwähnten Ausführungsformen beschrieben wurden, zum Beispiel in Form eines Softwareprogramms implementiert werden oder können auch in einer Kombination aus verschiedenen elektronischen Schaltkreisen und eines Softwareprogramms implementiert werden. Wenn zum Beispiel diese Einheiten in Form eines Softwareprogramms implementiert werden, so arbeitet die Berechnungsverarbeitungsvorrichtung in der Motorsteuervorrichtung 1 gemäß dem Softwareprogramm, so dass die Funktionen aller oben erwähnten Einheiten ausgeführt werden. Des Weiteren wird ein Softwareprogramm, das mit diesen Einheiten in einer existierenden Motorsteuervorrichtung verknüpft ist, zusätzlich in einer Berechnungsverarbeitungsvorrichtung in der Motorsteuervorrichtung installiert, so dass die vorliegende Erfindung ebenfalls angewendet werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Motorsteuervorrichtung zu realisieren, die in der Lage ist, die Anfangsladeeinheit 13, die für das anfängliche Laden des an der Gleichstromverbindung bereitgestellten Glättungskondensators verwendet wird, zuverlässig zu schützen.
Weil gemäß der ersten Ausführungsform der erste Schwellenwert als ein Wert eingestellt wird, der kleiner ist als die „Ladungsmenge, durch die der Ladewiderstand durch die Ladungsmenge, die durch den Ladewiderstand fließt, geschmolzen wird”, und das Vorliegen oder Fehlen der Wahrscheinlichkeit, dass der Ladewiderstand geschmolzen ist, durch Vergleichen des ersten Schwellenwertes mit einem Wert bestimmt wird, der durch Ausführen eines zuvor festgelegten Berechnungsprozesses für den Wechselstromdetektionswert der Dreiphasenwechselstrom-Eingangsseite des Gleichrichters erhalten wird, kann die Schutzeinheit einen Trennungsbefehl für die Zufuhr von Wechselstrom an die Trennungseinheit senden, und zwar ungeachtet des Faktors wie zum Beispiel überschüssige Kapazität des Glättungskondensators 32 und Kurzschluss der Gleichstromverbindung durch den Ausfall des Schaltelements und dergleichen des Gleichrichters 11 oder des Wechselrichters 12, so dass es möglich ist zu verhindern, dass ein Gleichstrom mindestens in Höhe der momentanen Lasttoleranz durch den Ladewiderstand fließt.
Weil gemäß der zweiten Ausführungsform der zweite Schwellenwert als die Bestimmungsbedingung zum Bestimmen des Vorliegens oder Fehlens der Wahrscheinlichkeit, dass der Ladewiderstand geschmolzen wird, zusätzlich zu dem erste Schwellenwert verwendet wird, kann die Wahrscheinlichkeit, dass der Ladewiderstand geschmolzen ist, mit hoher Genauigkeit bestimmt werden, so dass es möglich ist, zuverlässiger zu verhindern, dass ein Gleichstrom mindestens in Höhe der momentanen Lasttoleranz durch den Ladewiderstand fließt.
Weil es gemäß der dritten Ausführungsform möglich ist, den Alarmgenerierungsfaktor unter Verwendung des dritten Schwellenwertes zu bestimmen, der in Reaktion auf den Detektionsfehler der Spannungsdetektionseinheit und den Gleichspannungsanstiegswert, der ein Inkrement des Gleichspannungsdetektionswertes ab dem Ladungsbeginn des Glättungskondensators 32 ist, als ein Wert eingestellt wird, der kleiner als der zweite Schwellenwert ist, kann ein Ingenieur oder ein Arbeiter auf einfache Weise den Alarmgenerierungsfaktor erkennen, und daher ist es möglich, Änderungen in der Motorsteuervorrichtung aufrecht zu erhalten und zu entwerfen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2000-152643 [0012]
JP 2013-205257 [0013]

Claims

Motorsteuervorrichtung (1), die Folgendes umfasst: einen Gleichrichter (11), der einen Wechselstrom gleichrichtet, der von einer Dreiphasenwechselstrom-Eingangsseite zugeführt wird, und Gleichstrom ausgibt; einen Glättungskondensator (32), der für eine Gleichstromverbindung bereitgestellt ist, die eine Gleichstromausgangsseite des Gleichrichters (11) ist; einen Wechselrichter (12), der eine Leistungswandlung sowohl von Gleichstrom in der Gleichstromverbindung als auch von Wechselstrom durchführt, der ein Antriebsstrom oder eine regenerative Leistung eines Motors (2) ist; eine Anfangsladeeinheit (13) mit einer Schalteinheit (33) und einem Ladewiderstand (31), der zu der Schalteinheit (33) parallel geschaltet ist, die die Schalteinheit (33) öffnet, bevor die Ansteuerung des Motors gestartet wird, und den Glättungskondensator (32) mit einem Gleichstrom lädt, der von dem Gleichrichter (11) über den Ladewiderstand (31) ausgegeben wird; eine Stromdetektionseinheit (21), die einen Wechselstromwert der Dreiphasenwechselstrom-Eingangsseite des Gleichrichters (11) detektiert und einen Wechselstromdetektionswert ausgibt; eine Stromwandlungseinheit (22), die einen Wandlungswert ausgibt, der durch Umwandeln des Wechselstromdetektionswertes in einen Wert erhalten wird, der einem Gleichstrom in der Gleichstromverbindung entspricht; eine Stromintegrationseinheit (23), die einen Integrationswert ausgibt, der durch Integrieren des Wandlungswertes erhalten wird, der von der Stromwandlungseinheit (22) während eines Ladezeitraums des Glättungskondensators (32) durch die Anfangsladeeinheit (13) ausgegeben wird; eine Alarmausgabeeinheit (24), die einen Alarm ausgibt, wenn der Integrationswert mindestens so hoch ist wie ein erster Schwellenwert; eine Trennungseinheit (25), die in der Lage ist, die Zufuhr des Wechselstroms zu dem Gleichrichter (11) in Reaktion auf einen empfangenen Befehl zu trennen; und eine Schutzeinheit (26), die der Trennungseinheit (25) befiehlt, die Zufuhr des Wechselstroms zu trennen, wenn der Alarm ausgegeben wird.
Motorsteuervorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der erste Schwellenwert als ein Wert eingestellt wird, der kleiner als eine Ladungsmenge ist, durch die der Ladewiderstand (31) durch die Ladungsmenge, die durch den Ladewiderstand (31) fließt, geschmolzen wird.
Motorsteuervorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, die des Weiteren Folgendes umfasst: eine Spannungsdetektionseinheit (27), die einen Gleichspannungswert des Glättungskondensators (32) detektiert und einen Gleichspannungsdetektionswert ausgibt; und eine Spannungsanstiegswertberechnungseinheit (28), die einen Gleichspannungsanstiegswert berechnet, der ein Inkrement des Gleichspannungsdetektionswertes ab dem Ladungsbeginn des Glättungskondensators (32) durch die Anfangsladeeinheit (13) ist, wobei, wenn der Integrationswert mindestens so groß ist wie der erste Schwellenwert und der Gleichspannungsanstiegswert kleiner ist als ein zweiter Schwellenwert, die Alarmausgabeeinheit (24) den Alarm ausgibt.
Motorsteuervorrichtung (1) nach Anspruch 3, wobei der zweite Schwellenwert als ein Wert eingestellt wird, der kleiner als ein Mindestwert des Gleichspannungsanstiegswertes ist, wenn der Integrationswert den ersten Schwellenwert erreicht hat.
Motorsteuervorrichtung (1) nach Anspruch 3 oder 4, die des Weiteren Folgendes umfasst: eine Faktorbestimmungseinheit (29), die einen Alarmgenerierungsfaktor der Anfangsladeeinheit (13) auf der Basis des Gleichspannungsanstiegswertes bestimmt, wenn der Alarm ausgegeben wurde.
Motorsteuervorrichtung (1) nach Anspruch 5, wobei in einem Fall, wo der Gleichspannungsanstiegswert, wenn der Alarm ausgegeben wurde, kleiner als ein dritter Schwellenwert ist, die Faktorbestimmungseinheit (29) bestimmt, dass der Alarmgenerierungsfaktor ein Kurzschluss der Gleichstromverbindung ist, und in einem Fall, wo der Gleichspannungsanstiegswert mindestens so groß ist wie der dritte Schwellenwert, die Faktorbestimmungseinheit (29) bestimmt, dass der Alarmgenerierungsfaktor eine überschüssige Kapazität des Glättungskondensators (32) ist, der für die Gleichstromverbindung bereitgestellt ist.
Motorsteuervorrichtung (1) nach Anspruch 6, wobei der dritte Schwellenwert in Reaktion auf einen Detektionsfehler der Spannungsdetektionseinheit (27) als ein Wert eingestellt wird, der kleiner als der zweite Schwellenwert ist.
Motorsteuervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Stromwandlungseinheit (22) als den Wandlungswert eine Vektornorm auf einer zweiphasigen Koordinate berechnet, die durch Ausführen einer Dreiphasen-zu-Zweiphasen-Wandlung des Wechselstromdetektionswertes oder eines Spitzenstromwertes des Wechselstromdetektionswertes erhalten wird.