DE102017103589B4

DE102017103589B4 - Motorsteuerung mit Drehmomentbefehlsbeschränkungsteil

Info

Publication number: DE102017103589B4
Application number: DE102017103589.3A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Ikai; Yuuki Kumamoto
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2016-02-29
Filing date: 2017-02-22
Publication date: 2023-03-02
Anticipated expiration: 2037-02-23
Also published as: JP2017158239A; US20170250643A1; CN107134949A; US10027272B2; CN107134949B; DE102017103589A1; JP6400617B2

Abstract

Motorsteuerung (1), die einen Motor (3) in einer Werkzeugmaschine oder Industriemaschine steuert, umfassend:einen Stromausfallnachweisteil (11), der einen Stromausfall einer Stromquelle (2) nachweist, die die elektrische Energie für den Antrieb des Motors (3) liefert,einen Zwischenkreisspannungsnachweisteil (12), der den Wert der Zwischenkreisspannung nachweist, die an dem Verstärker (5) anliegt, der den Motor (3) antreibt,einen Vergleichsteil (13), der den Wert der genannten Zwischenkreisspannung mit einem bestimmten Schwellenwert vergleicht,einen Drehmomentbefehlsgenerierungsteil (14), der Drehmomentbefehle für den Antrieb des Motors (3) generiert,einen Drehmomentgrenzwertbestimmungsteil (15), der abhängig von dem Ergebnis des Vergleichs durch den genannten Vergleichsteil (13) einen ersten Drehmomentgrenzwert als Drehmomentbegrenzung zum Verlangsamen des Motors festlegt, um einer Abnahme der Zwischenkreisspannung entgegenzuwirken, wenn der Vergleich durch den genannten Vergleichsteil (13) ergibt, dass der Wert der genannten Zwischenkreisspannung kleiner als der bestimmte Schwellenwert ist, und einen zweiten Drehmomentgrenzwert, der größer als der genannte erste Drehmomentgrenzwert und nicht größer als das maximale Drehmoment des Motors (3) ist, so auswählt, dass durch Verbrauch der im Zwischenkreis gespeicherten Energie eine schnelle Verlangsamung des Motors (3) erreicht wird, wenn der Wert der genannten Zwischenkreisspannung nicht kleiner als der bestimmte Schwellenwert ist, undeinen Drehmomentbefehlsbeschränkungsteil (16), der, wenn der genannte Stromausfallnachweisteil (11) einen Stromausfall erkennt, die genannten Drehmomentbefehle auf den genannten Drehmomentgrenzwert beschränkt, wobei ein absoluter Wert des zweiten Drehmomentgrenzwerts größer als ein absoluter Wert des ersten Drehmomentgrenzwerts ist.

Description

Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine Motorsteuerung, insbesondere um eine Motorsteuerung, die bei einem Stromausfall der Stromquelle eine Bremsung unter Beschränkung des Drehmoments des Motors durchführt.
In einer Motorsteuerung, die einen Motor in einer Werkzeugmaschine oder Industriemaschine steuert, wird Wechselstrom einer Wechselstromquelle in Gleichstrom umgewandelt, der an einen Zwischenkreis ausgegeben und anschließend von einem Verstärker in Wechselstrom umgewandelt wird, der als Antriebsstrom an den Motor geliefert wird.
Wenn die Stromquelle, die den Strom für den Antrieb des Motors liefert, ausfällt, muss eine Notabschaltung des Motors, der z.B. die Zugspindel einer Werkzeugmaschine antreibt, vorgenommen werden.
Z.B. ist laut der Patentveröffentlichung JP 5 612 058 B2 für eine Werkzeugmaschine, bei der ein Zugspindelmotor eine Zugspindel und ein Hauptspindelmotor eine Hauptspindel antreibt, ein Verfahren bekannt, mit dem bei einem Stromausfall auf der Seite der Wechselstromquelle ein Über- bzw. Unterspannungsalarm dadurch vermieden wird, dass der Hauptspindelmotor abhängig von dem Wert der Zwischenkreisspannung beschleunigt oder verlangsamt wird. Einen ähnlichen Stand der Technik betrifft DE 10 2013 005 941 A1 .
Weiter ist z.B. laut Patentveröffentlichung JP 5 746 276 B2 für eine Werkzeugmaschine, bei der ein Zugspindelmotor eine Zugspindel und ein Hauptspindelmotor eine Hauptspindel antreibt, ein Verfahren bekannt, mit dem der Zugspindelmotor auch bei einem Stromausfall auf der Seite der Wechselstromquelle dadurch frühzeitig sicher gestoppt werden kann, dass durch die Anweisung eines übergeordneten Steuerungsmittels der Befehl für einen größeren als den vorher befohlenen Erregerstrom an den Hauptspindelmotor gegeben wird, wenn der Betrieb des Zugspindelmotors bestimmte Kriterien erfüllt, und mit dem im normalen Betrieb die Erwärmung des Hauptspindelmotors unterdrückt wird.
Weiter ist z.B. aus der Veröffentlichung der Patentoffenlegung JP 2016 025 828 A eine Motorsteuerung bekannt, die nach einem Stromausfall einen Überspannungsalarm vermeidet und den Motor, der die Zugspindel antreibt, schnell stoppt.
Ein Verfahren zur Verlangsamung eines Motors besteht darin, dass in dem Motor ein verzögerndes Drehmoment erzeugt wird (im Folgenden als „Verzögerung durch Steuerung“ bezeichnet) und ein anderes darin, dass der Motor dynamisch gebremst wird, indem er mit einem Widerstand verbunden wird, durch den der Strom geführt und in dem so die Energie verbraucht wird (im Folgenden als „Verzögerung durch Hardware“ bezeichnet). Da bei einem Stromausfall die Stromversorgung des Motors durch die Stromquelle unterbrochen wird, wird für die „Verzögerung durch Steuerung“ Strom genutzt, der im Zwischenkreis gespeichert wurde. Da im Allgemeinen die Strecke, bis der Motor zum Stillstand kommt, (der so genannte Bremsweg) bei „Verzögerung durch Steuerung“ kürzer ist als bei „Verzögerung durch Hardware“, sollte für die Notabschaltung des Motors aufgrund eines Stromausfalls innerhalb der begrenzten Strommenge die Zeit für die Dauer der „Verzögerung durch Steuerung“ sichergestellt sein.
Wenn ein Motor verlangsamt wird, nimmt im Normalfall wegen des Generatorbetriebs die kinetische Energie ab und der Strom (die elektrische Energie) zu, so dass bei der Notabschaltung des Motors bei einem Stromausfall innerhalb der begrenzten Strommenge die Zeit für die Dauer der „Verzögerung durch Steuerung“ sichergestellt werden kann.
Aber je nach den technischen Daten des Motors wirkt die „Verzögerung durch Steuerung“, wenn das verzögernde Drehmoment zu groß ausgelegt wird, nicht regenerativ, sondern als Anstrengung, die Strom verbraucht, was zu der Situation führt, dass die begrenzte Strommenge aufgebraucht wird. 5 ist ein Schaltplan mit dem Ersatzschaltbild für eine Motorphase. 6 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Wicklungsstrom und der elektrischen Leistung des Motors. Wenn i[A] der Wicklungsstrom des Motors, V[V] die Klemmenspannung des Motors, ω(t) [rad/sec] die Winkelgeschwindigkeit des Motors, R[Ω] der Wicklungswiderstand einer Motorphase, L[H] die Induktivität einer Motorphase und Kv[V x sec/rad] der Koeffizient der Gegen-Elektromotorischen-Kraft des Motors ist, stellt sich die elektrische Leistung P[W] des Motors wie in Formel 1 dar. $\begin{array}{l} P = Vi \\ = {Ri}^{2} + Li \frac{di}{dt} - K_{V} ω (t) i \end{array}$
Mit einem konstanten Strom (di/dt = 0) und durch Ordnung nach dem Wicklungsstrom i des Motors wird Formel 1 zu Formel 2. $P = R {(i = \frac{K_{V} ω}{2 R})}^{2} - \frac{K_{V}^{2} ω^{2}}{4 R}$
Wie Formel 2 zeigt, ist die elektrische Leistung P des Motors eine quadratische Funktion des Wicklungsstroms i des Motors, deren grafische Darstellung 6 zeigt. In 6 ist auf der horizontalen Achse der Wicklungsstrom i des Motors und auf der vertikalen Achse die elektrische Leistung P des Motors aufgetragen. Wie 6 zu entnehmen ist, bewirkt die Verlangsamung des Motors Energierückgewinnung, wenn der Wicklungsstrom i des Motors kleiner als Kvω/R ist, aber Energieverbrauch, wenn der Wicklungsstrom i des Motors nicht kleiner als Kvω/R ist. Da das Drehmoment des Motors proportional zum Wicklungsstrom des Motors ist, lässt sich aus Formel 2 und 6 ersehen, dass je nach den technischen Daten des Motors, wenn das verzögernde Drehmoment zu groß ausgelegt wird, die „Verzögerung durch Steuerung“ nicht regenerativ, sondern als Anstrengung wirkt, die Strom verbraucht.
Wenn für die Notabschaltung eines Motors aufgrund eines Stromausfalls bei der „Verzögerung durch Steuerung“ das verzögernde Drehmoment zu groß ausgelegt wird, so dass Strom verbraucht wird und die elektrische Energie im Zwischenkreis sinkt, kann die Vorrichtung für die Stromversorgung (die allgemeine Stromquelle) keine elektrische Leistung mehr erbringen, wodurch in dem Verstärker (Wechselrichter) ein Unterspannungsalarm ausgelöst wird. Wenn ein Unterspannungsalarm ausgelöst wird, findet ein Wechsel von „Verzögerung durch Steuerung“ zu „Verzögerung durch Hardware“ (dynamische Bremse) statt. Wenn dieser Wechsel früh stattfindet, verlängert sich die Strecke zum Stoppen des Motors (Bremsweg).
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Motorsteuerung zur Verfügung zu stellen, die einen Unterspannungsalarm nach einem Stromausfall der Stromquelle vermeiden und den Halteweg des Motors verkürzen kann.
Um das obige Ziel zu realisieren, ist die Motorsteuerung, die einen Motor in einer Werkzeugmaschine oder Industriemaschine steuert, mit einem Stromausfallnachweisteil, der einen Stromausfall einer Stromquelle nachweist, die die elektrische Energie für den Antrieb des Motors liefert, einem Zwischenkreisspannungsnachweisteil, der den Wert der Zwischenkreisspannung nachweist, die an dem Verstärker anliegt, der den Motor antreibt, einem Vergleichsteil, der den Wert der Zwischenkreisspannung mit einem bestimmten Schwellenwert vergleicht, einem Drehmomentbefehlsgenerierungsteil, der Drehmomentbefehle für den Antrieb des Motors generiert, einem Drehmomentgrenzwertbestimmungsteil, der abhängig von dem Ergebnis des Vergleichs durch den Vergleichsteil einen Drehmomentgrenzwert festlegt, und einem Drehmomentbefehlsbeschränkungsteil, der, wenn der Stromausfallnachweisteil einen Stromausfall erkennt, die Drehmomentbefehle auf den Drehmomentgrenzwert beschränkt, ausgestattet.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Drehmomentgrenzwertbestimmungsteil einen ersten Drehmomentgrenzwert auswählt, wenn der Vergleich durch den Vergleichsteil ergibt, dass der Wert der Zwischenkreisspannung kleiner als der bestimmte Schwellenwert ist, und einen zweiten Drehmomentgrenzwert, der größer als der erste Drehmomentgrenzwert ist, auswählt, wenn der Wert der Zwischenkreisspannung nicht kleiner als der bestimmte Schwellenwert ist.
Weiter kann der oben genannte bestimmte Schwellenwert ein im Voraus festgelegter fester Wert sein.
Weiter kann die Motorsteuerung mit einem Hinterlegungsteil ausgestattet sein, in dem jeder Wert der Zwischenkreisspannung, den der Zwischenkreisspannungsnachweisteil periodenweise nachweist, hinterlegt wird, und es kann so eingerichtet sein, dass für den oben genannten bestimmten Schwellenwert der Zwischenkreisspannungswert benutzt wird, der in der Periode nachgewiesen und im Hinterlegungsteil hinterlegt wurde, die der Periode voranging, in der die Zwischenkreisspannung nachgewiesen wurde, die im Vergleich durch den Vergleichsteil verwendet wird.
Die Motorsteuerung kann ferner mit einem Geschwindigkeitsnachweisteil, der die Winkelgeschwindigkeit des angetriebenen Motors nachweist, ausgestattet sein, und es kann so eingerichtet sein, dass der Drehmomentgrenzwertbestimmungsteil für den Fall, dass der Wert der Zwischenkreisspannung kleiner als der bestimmte Schwellenwert ist, als ersten Drehmomentgrenzwert einen Drehmomentgrenzwert festlegt, mit dem der Abnahme der Zwischenkreisspannung, die anhand der vom Geschwindigkeitsnachweisteil nachgewiesenen Winkelgeschwindigkeit ermittelt wird, entgegengewirkt wird.
Weiter kann es so eingerichtet sein, dass der Drehmomentgrenzwertbestimmungsteil den ersten Drehmomentgrenzwert so festlegt, dass er nicht größer als der Wert T_upper ist, der mit der Formel $T_{upper} = \frac{K_{V} K_{T} ω}{R}$
ermittelt wird, in der Kv der Koeffizient der Gegen-Elektromotorischen-Kraft, K_T die Drehmomentkonstante, R der Wicklungswiderstand und ω die Winkelgeschwindigkeit des angetriebenen Motors ist.
Außerdem kann es so eingerichtet sein, dass der Drehmomentgrenzwertbestimmungsteil für den Fall, dass der Wert der Zwischenkreisspannung nicht kleiner als der bestimmte Schwellenwert ist, den zweiten Drehmomentgrenzwert so festlegt, dass er nicht größer als das größte Drehmoment ist, das der angetriebene Motor zulässt.
Die vorliegende Erfindung kann durch Hinzuziehen der nachstehend aufgeführten Figuren eindeutig verstanden werden.

1 ist ein Blockdiagramm für die Motorsteuerung einer Ausführungsform.
2 ist ein Blockdiagramm für die Motorsteuerung einer anderen Ausführungsform.
3 ist ein Flussdiagramm für den Arbeitsablauf der Motorsteuerungen der Ausführungsformen.
4 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Zusammenhangs zwischen der Winkelgeschwindigkeit des Motors und der Energierückgewinnung bzw. dem Energieverbrauch des Motors.
5 ist ein Schaltplan mit dem Ersatzschaltbild für eine Motorphase.
6 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Wicklungsstrom und der elektrischen Leistung des Motors.

Im Folgenden wird die Motorsteuerung mit einem Drehmomentbefehlsbeschränkungsteil anhand der Figuren erläutert. Dies muss aber so verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die durch die Figuren oder nachfolgenden Erläuterungen gegebenen Ausführungsformen beschränkt ist.
1 ist ein Blockdiagramm für die Motorsteuerung einer Ausführungsform. Ab hier gilt, dass Komponenten, die in unterschiedlichen Figuren gleich bezeichnet sind, die gleiche Funktion besitzen.
Die Motorsteuerung 1 der Ausführungsform wandelt Wechselstrom, der von einer Wechselstromquelle (im Folgenden auch einfach nur als Stromquelle bezeichnet) 2 geliefert wird, in einen für den Antrieb eines Motors 3 geeigneten Strom um und liefert diesen an den Motor 3. Der Motor 3 kann Antriebsquelle für z.B. die Zug- oder Hauptspindel einer Werkzeugmaschine, eine Industriemaschine, den Arm eines Industrieroboters usw. sein. Die vorliegende Erfindung beschränkt nicht die Art des von der Motorsteuerung 1 angetriebenen Motors 3; es kann sich um einen Wechselstrommotor wie einen Asynchron- oder Synchronmotor oder einen Gleichstrommotor handeln. Für die vorliegende Ausführungsform wird als Beispiel der Fall erläutert, dass der Motor 3 ein Wechselstrommotor ist. Im Übrigen ist in den in den Figuren gezeigten Beispielen die Phasenzahl der Wechselstromquelle 2 auf drei festgelegt, aber auch diese Phasenzahl schränkt die vorliegende Erfindung nicht ein; neben einer Dreiphasen- kommen auch eine Einphasen- oder eine Mehrphasenwechselstromquelle in Frage. Beispiele, die für die Wechselstromquelle 2 genannt werden können, sind eine 400V-Dreiphasenwechselstromquelle, eine 200V-Dreiphasenwechselstromquelle, eine 600V-Dreiphasenwechselstromquelle und eine 100V-Einphasenwechselstromquelle.
In der Motorsteuerung 1 wird ein von der Wechselstromquelle 2 eingegebener Wechselstrom von einem Gleichrichter 4 in Gleichstrom umgewandelt, der an einen Zwischenkreis ausgegeben wird. Im Zwischenkreis ist ein Zwischenkreis-Kondensator 6 angebracht, der die Aufgabe hat, den pulsierenden Anteil der Gleichstromausgabe des Gleichrichters 4 zu schwächen und Gleichstromenergie zu speichern. Die Spannung im Zwischenkreis (im Folgenden Zwischenkreisspannung) wird an einen Verstärker 5 angelegt, der den Motor 3 antreibt. Der Verstärker 5, der mit einem Wechselrichter (Inverter) aufgebaut ist, der als aus Halbleiterschaltelementen bestehende Vollbrückenschaltung realisiert ist, wandelt die Zwischenkreisspannung dadurch in Wechselspannung um, dass die Schaltelemente in Übereinstimmung mit Schaltbefehlen, die in Entsprechung zu Drehmomentbefehlen generiert werden, ein- und ausgeschaltet werden, und liefert die Antriebsleistung für den Motor 3. Der Verstärker 5 kann außerdem wie später beschrieben die im Motor 3 zurückgewonnene Wechselstromleistung in Gleichstromleistung umwandeln und an den Zwischenkreis ausgeben. Im Übrigen stellen die Art und der Aufbau des Gleichrichters 4 und des Verstärkers 5 keine zusätzliche Beschränkung der vorliegenden Erfindung dar.
Die Motorsteuerung 1 der vorliegenden Ausführungsform ist mit einem Stromausfallnachweisteil 11, einem Zwischenkreisspannungsnachweisteil 12, einem Vergleichsteil 13, der den Wert der Zwischenkreisspannung mit einem bestimmten Schwellenwert vergleicht, einem Drehmomentbefehlsgenerierungsteil 14, einem Drehmomentgrenzwertbestimmungsteil 15, einem Drehmomentbefehlsbeschränkungsteil 16 und einem Geschwindigkeitsnachweisteil 17 ausgestattet.
Der Stromausfallnachweisteil 11 weist einen Stromausfall der Wechselstromquelle 2 nach, die die Energie für den Antrieb des Motors 3 bereitstellt. Das Verfahren für den Nachweis eines Stromausfall bildet keine Beschränkung der vorliegenden Erfindung; eine Möglichkeit besteht z.B. darin, dass die Dreiphasen-Eingangswechselspannung an der Seite des Gleichrichters 4 zur Wechselstromquelle 2 mit einer Koordinatentransformation in den äquivalenten Spannungsvektor eines zweidimensionalen Koordinatensystems umgewandelt, durch Berechnung der Vektorlänge die Amplitude der Stromquellenspannung ermittelt und als Stromausfall ein Zustand erkannt wird, in dem die Amplitude eine bestimmte kritische Zeit lang unter einem bestimmten kritischen Spannungswert liegt. Wenn der Stromausfallnachweisteil 11 einen Stromausfall der Wechselstromquelle 2 nachweist, wird ein Stromausfallnachweissignal, das anzeigt, dass ein Stromausfall erkannt worden ist, an den Drehmomentbefehlsbeschränkungsteil 16 gesendet.
Der Zwischenkreisspannungsnachweisteil 12 ermittelt den Wert der Zwischenkreisspannung, die an dem Verstärker 5 anliegt, der den Motor 3 antreibt. Der vom Zwischenkreisspannungsnachweisteil 12 ermittelte Wert der Zwischenkreisspannung wird an den Vergleichsteil 13 gesendet.
Der Vergleichsteil 13 vergleicht den vom Zwischenkreisspannungsnachweisteil 12 ermittelten Wert der Zwischenkreisspannung mit einem bestimmten Schwellenwert. Der Schwellenwert wird im Detail später beschrieben.
Der Drehmomentbefehlsgenerierungsteil14 generiert Drehmomentbefehle für den Antrieb des Motors 3. Damit der Motor 3 eine Drehbewegung mit dem Drehmoment, das dem jeweiligen Drehmomentbefehl entspricht, vollführen kann, gibt der Verstärker (Wechselrichter) 5 Wechselstromleistung an den Motor 3 ab (Energieversorgungsbetrieb) oder nimmt Wechselstromleistung vom Motor 3 auf (Energierückgewinnungsbetrieb). Wenn der Verstärker 5 z.B. ein PWM-gesteuerter Inverter ist, wird ein vom Drehmomentbefehlsgenerierungsteil 14 generierter Drehmomentbefehl für die PWM-Steuerung der Schaltbewegungen der einzelnen Halbleiterschaltelemente im Verstärker 5 in PWM-Steuersignale umgewandelt, die an die jeweiligen Schaltelemente im Verstärker 5 gesendet werden.
Der Drehmomentgrenzwertbestimmungsteil 15 legt abhängig von dem Ergebnis des Vergleichs durch den Vergleichsteil 13 einen Drehmomentgrenzwert fest. Der Drehmomentgrenzwert wird später im Detail beschrieben. Der vom Drehmomentgrenzwertbestimmungsteil 15 festgelegte Drehmomentgrenzwert wird an den Drehmomentbefehlsbeschränkungsteil 16 gesendet.
Wenn der Stromausfallnachweisteil 11 einen Stromausfall erkennt, schränkt der Drehmomentbefehlsbeschränkungsteil 16 die Drehmomentbefehle, die der Drehmomentbefehlsgenerierungsteil 14 generiert, auf den Drehmomentgrenzwert ein. D.h. wenn ein Stromausfall erkannt wird, wird vom Drehmomentbefehlsgenerierungsteil 14 ein Drehmomentbefehl mit dem Drehmomentgrenzwert ausgegeben, der für die Steuerung der Schaltbewegungen der einzelnen Halbleiterschaltelemente im Verstärker 5 in Schaltbefehle umgewandelt wird, die an die jeweiligen Halbleiterschaltelemente im Verstärker 5 gesendet werden, so dass der Verstärker 5 die Stromumrichtung auf dieser Basis durchführt.
Der Geschwindigkeitsnachweisteil 17 weist die Winkelgeschwindigkeit des angetriebenen Motors 3 nach. Die vom Geschwindigkeitsnachweisteil 17 nachgewiesene Winkelgeschwindigkeit wird an den Drehmomentgrenzwertbestimmungsteil 15 gesendet.
Als Nächstes wird das Funktionsprinzip der Motorsteuerung 1 der vorliegenden Ausführungsform erläutert.
Wie anhand der 5 und 6 erläutert wird, schaltet der Motor 3 im Fall einer Verzögerung durch die Erzeugung eines verzögernden Drehmoments im Motor 3 („Verzögerung durch Steuerung“) abhängig von der Größe des verzögernden Drehmoments entweder auf Energierückgewinnung oder Energieverbrauch um. Wie 6 zu entnehmen ist, wird Energie zurückgewonnen, wenn der Wicklungsstrom i des Motors 3 kleiner als Kvω/R ist und im Motor 3 ein verzögerndes Drehmoment erzeugt wird, und Energie verbraucht, wenn der Wicklungsstrom i des Motors 3 nicht kleiner als Kvω/R ist und im Motor 3 ein verzögerndes Drehmoment erzeugt wird. Weiter ergibt sich, wenn K_T[N/Arms] die Drehmomentkonstante ist, die in Formel 4 angegebene Beziehung zwischen dem Wicklungsstrom i des Motors 3 und dem Drehmoment T. $T = K_{T} i$
Deswegen wird Energie zurückgewonnen, wenn das Drehmoment T des Motors 3 kleiner als K_VK_tω/R ist und im Motor 3 ein verzögerndes Drehmoment erzeugt wird, und Energie verbraucht, wenn das Drehmoment T des Motors 3 nicht kleiner als K_VK_tω/R ist und im Motor 3 ein verzögerndes Drehmoment erzeugt wird. Wenn auf der Seite des Gleichrichters 4 zur Wechselstromquelle 2 ein Stromausfall eintritt, kann der Gleichrichter 4 keinen Gleichstrom abgeben, weshalb die „Verzögerung durch Steuerung“, die im Motor 3 ein verzögerndes Drehmoment generiert und den Motor 3 verlangsamt, in dieser Zeit mit der im Zwischenkreis gespeicherten Energie arbeiten muss. Je größer das verzögernde Drehmoment ist, desto kürzer ist der Halteweg (Bremsweg) des Motors 3, was ein Vorteil ist, aber wenn das Drehmoment T gleich größer K_VK_tω/R wird, verbraucht der Motor 3 trotz der Verzögerung des Motors 3 Strom und es besteht die Gefahr, dass die Zwischenkreisspannung sinkt und im Verstärker 5 ein Unterspannungsalarm ausgelöst wird. Andererseits ist der Halteweg (Bremsweg) des Motors 3 desto länger, je kleiner das verzögernde Drehmoment ist, was ein Nachteil ist, aber wenn das Drehmoment T kleiner als K_VK_tω/R ist, wird durch die Verzögerung des Motors 3 Energie vom Motor 3 zurückgewonnen und die Zwischenkreisspannung sinkt nicht und es wird kein Unterspannungsalarm ausgelöst. Deswegen wird, um den Motor 3, wenn der Strom der Wechselstromquelle 2 ausfällt, in möglichst kurzer Zeit zu stoppen und dabei die Entstehung eines Unterspannungsalarms zu vermeiden, ein erster Drehmomentgrenzwert T_lim1 für den Fall festgelegt, dass der Wert der Zwischenkreisspannung kleiner als der bestimmte Schwellenwert ist, und ein zweiter Drehmomentgrenzwert T_lim2, der größer als der erste Drehmomentgrenzwert T_lim1 ist, für den Fall festgelegt, dass der Wert der Zwischenkreisspannung nicht kleiner als der bestimmte Schwellenwert ist. D.h. es ergibt sich die Beziehung „erster Drehmomentgrenzwert T_lim1 < zweiter Drehmomentgrenzwert T_lim2“. Wenn der Strom der Wechselstromquelle 2 ausfällt, wird abhängig vom Wert der Zwischenkreisspannung der erste Drehmomentgrenzwert T_lim1 oder der zweite Drehmomentgrenzwert T_lim2 ausgewählt und der Drehmomentbefehl auf diesen Drehmomentgrenzwert beschränkt, um den Halteweg (Bremsweg) des Motors 3 möglichst kurz zu machen (d.h. um den Motor 3 in möglichst kurzer Zeit zum Stillstand zu bringen). Die Festlegung, ob der erste Drehmomentgrenzwert T_lim1 oder der zweite Drehmomentgrenzwert T_lim2 gewählt wird, nimmt der Drehmomentgrenzwertbestimmungsteil 15 vor. Die Verarbeitung, den Drehmomentbefehl, den der Drehmomentbefehlsgenerierungsteil 14 generiert, auf den Drehmomentgrenzwert zu beschränken, führt der Drehmomentbefehlsbeschränkungsteil 16 durch.
Als erster Drehmomentgrenzwert T_lim1 wird für den Fall, dass der Wert der Zwischenkreisspannung kleiner als der bestimmte Grenzwert ist, ein Drehmomentgrenzwert festgelegt, mit dem der Abnahme der Zwischenkreisspannung, die anhand der vom Geschwindigkeitsnachweisteil 17 nachgewiesenen Winkelgeschwindigkeit ermittelt wird, entgegengewirkt wird. Da wie oben beschrieben bei einem Drehmoment T kleiner als K_VK_tω/R durch die Verzögerung des Motors 3 Energie vom Motor 3 zurückgewonnen wird, sinkt die Zwischenkreisspannung mit einem ersten Drehmomentgrenzwert T_lim1, der so festgelegt ist, dass er nicht größer als K_VK_tω/R(= T_upper) ist, auch dann nicht, wenn der Drehmomentbefehl auf den ersten Drehmomentgrenzwert beschränkt wird. K_VK_tω/R ist mit anderen Worten die obere Grenze T_upper für den ersten Drehmomentgrenzwert T_lim1.
Auf der anderen Seite ist erfindungsgemäß als zweiter Drehmomentgrenzwert T_lim2 für den Fall, dass der Wert der Zwischenkreisspannung nicht kleiner als der bestimmte Schwellenwert ist, ein Wert festgelegt, der größer als der erste Drehmomentgrenzwert T_lim1 ist und nach oben durch das größte Drehmoment begrenzt ist, das der Motor 3 zulässt. Der Fall, dass der Wert der Zwischenkreisspannung nicht kleiner als der bestimmte Schwellenwert ist, kann so gesehen werden, dass im Zwischenkreis relativ reichlich Energie gespeichert ist, so dass in diesem Fall die „Verzögerung durch Steuerung“, mit der im Motor 3 ein verzögerndes Drehmoment generiert und der Motor 3 verlangsamt wird, in einem Rahmen durchgeführt werden kann, bei dem das größte Drehmoment, das der Motor 3 zulässt, nicht überschritten wird.
Um den Motor 3, wenn der Strom der Wechselstromquelle 2 ausfällt, in möglichst kurzer Zeit zu stoppen und dabei die Entstehung eines Unterspannungsalarms zu vermeiden, wird wie oben beschrieben abhängig vom Wert der Zwischenkreisspannung umgeschaltet.
Hierfür kann der oben genannte bestimmte Schwellenwert im Voraus auf einen festen Wert festgelegt werden.
Oder der oben genannte bestimmte Schwellenwert kann auf den Wert der Zwischenkreisspannung festgelegt werden, der in der Periode nachgewiesen wurde, die der Periode voranging, in der die Zwischenkreisspannung für den Vergleich durch den Vergleichsteil 13 nachgewiesen wurde. 2 ist ein Blockdiagramm für die Motorsteuerung einer anderen Ausführungsform. Der Zwischenkreisspannungsnachweisteil 12 weist den Wert der Zwischenkreisspannung in bestimmten Perioden nach, so dass der Vergleichsteil 13 durch die Anbringung eines Hinterlegungsteil 18, in dem die von dem Zwischenkreisspannungsnachweisteil 12 nachgewiesenen Werte der Zwischenkreisspannung vorübergehend hinterlegt werden, in die Lage versetzt wird, den von dem Zwischenkreisspannungsnachweisteil 12 nachgewiesenen Wert der Zwischenkreisspannung mit dem Wert der Zwischenkreisspannung (d.h. als Schwellenwert festgelegten Wert) zu vergleichen, der in der Periode nachgewiesen wurde, die der Periode voranging, in der die betreffende Zwischenkreisspannung nachgewiesen wurde. Durch die Anbringung des Hinterlegungsteils 18 kann der Vergleichsteil 13 feststellen, ob die Zwischenkreisspannung eine steigende oder sinkende Tendenz aufweist, so dass es möglich wird, den Motor 3 in möglichst kurzer Zeit noch sicherer zu stoppen, ohne dass ein Unterspannungsalarm hervorgerufen wird. Wenn z.B. der Wert der Zwischenkreisspannung kleiner als der Wert der Zwischenkreisspannung ist, der in der Periode nachgewiesen wurde, die der Periode voranging, in der die betreffende Zwischenkreisspannung nachgewiesen wurde, (d.h. kleiner als der im Hinterlegungsteil 18 hinterlegte Schwellenwert ist,) weist die Zwischenkreisspannung sinkende Tendenz auf und gewählt wird der erste Drehmomentgrenzwert T_lim1 und, wenn der Wert der Zwischenkreisspannung nicht kleiner als der Wert der Zwischenkreisspannung ist, der in der Periode nachgewiesen wurde, die der Periode voranging, in der die betreffende Zwischenkreisspannung nachgewiesen wurde, (d.h. nicht kleiner als der im Hinterlegungsteil 18 hinterlegte Schwellenwert ist,) weist die Zwischenkreisspannung steigende Tendenz auf und gewählt wird der zweite Drehmomentgrenzwert T_lim2, der größer als der erste Drehmomentgrenzwert T_lim1 ist.
3 ist ein Flussdiagramm für den Arbeitsablauf der Motorsteuerungen der Ausführungsformen.
Wenn die Motorsteuerung 1 den Motor 3 steuert, prüft der Stromausfallnachweisteil 11 zunächst in Schritt S101, ob ein Stromausfall der Wechselstromquelle 2 vorliegt oder nicht. Wenn der Stromausfallnachweisteil 11 einen Stromausfall der Wechselstromquelle 2 erkennt, wird ein Stromausfallnachweissignal, das den Nachweis eines Stromausfalls anzeigt, an den Drehmomentbefehlsbeschränkungsteil 16 gesendet und mit Schritt S102 weitergemacht.
In Schritt S102 beurteilt der Vergleichsteil 13, ob der von dem Zwischenkreisspannungsnachweisteil 12 nachgewiesene Wert der Zwischenkreisspannung größer gleich dem bestimmten Schwellenwert ist oder nicht. Wenn der Wert der Zwischenkreisspannung größer gleich dem bestimmten Schwellenwert ist, wird mit Schritt S103 und, wenn der Wert der Zwischenkreisspannung kleiner als der bestimmte Schwellenwert ist, mit Schritt S104 weitergemacht.
In Schritt S103 wählt der Drehmomentgrenzwertbestimmungsteil 15 den zweiten Drehmomentgrenzwert T_lim2 aus.
In Schritt S104 wählt der Drehmomentgrenzwertbestimmungsteil 15 den ersten Drehmomentgrenzwert T_lim1 aus.
In Schritt S105 beschränkt der Drehmomentbefehlsbeschränkungsteil 16 den Drehmomentbefehl, den der Drehmomentbefehlsgenerierungsteil 14 erzeugt, auf den in Schritt S103 festgelegten zweiten Drehmomentgrenzwert T_lim2 oder den in Schritt S104 festgelegten ersten Drehmomentgrenzwert T_lim1.
Der Verstärker (Wechselrichter) 5 steuert aufgrund von Schaltbefehlen, die entsprechend zu dem festgelegten Drehmomentgrenzwert erzeugt werden, die Schaltbewegungen der einzelnen Halbleiterschaltelemente im Verstärker 5 so, dass durch die Stromumrichtung ein verzögerndes Drehmoment im Motor 3 entsteht. Auf diese Weise wird im Motor 3 ein verzögerndes Drehmoment erzeugt und der Motor verlangsamt (Schritt S106).
In Schritt S107 wird geprüft, ob der Motor 3 vollkommen zum Stillstand gekommen ist. Diese Prüfung kann z.B. der Drehmomentbefehlsbeschränkungsteil 16 oder eine (in den Figuren nicht gezeigte) übergeordnete Steuerung auf Basis der vom Geschwindigkeitsnachweisteil 17 nachgewiesenen Winkelgeschwindigkeit durchführen. Wenn der Motor 3 nicht vollkommen zum Stillstand gekommen ist, wird zu Schritt S102 zurückgegangen.
Nachdem Nachweis des Stromausfalls der Wechselstromquelle 2 in Schritt S101 werden die Schritte S102 bis S107 wiederholt durchlaufen, bis in Schritt S107 festgestellt wird, dass der Motor 3 vollkommen zum Stillstand gekommen ist. In dieser Zeit wird abhängig vom Wert der Zwischenkreisspannung zum ersten Drehmomentgrenzwert T_lim1 bzw. zweiten Drehmomentgrenzwert T_lim2 umgeschaltet, so dass im Motor 3 entsprechend zu dem auf den gewählten Drehmomentgrenzwert beschränkten Drehmomentbefehl ein verzögerndes Drehmoment entsteht. Mit den vorliegenden Ausführungsformen wird durch eine flexible Verzögerung, die darin besteht, dass mit dem großen zweiten Drehmomentgrenzwert T_lim2 in einem Zug verzögert wird, wenn im Zwischenkreis relativ reichlich Energie gespeichert ist, und mit dem kleinen ersten Drehmomentgrenzwert T_lim1 so verzögert wird, dass einer Abnahme der Zwischenkreisspannung entgegengewirkt wird, wenn die im Zwischenkreis gespeicherte Energie knapp ist, die Entstehung eines Unterspannungsalarm im Verstärker 5 vermieden und der Halteweg (Bremsweg) des Motors 3 verkürzt.
4 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Zusammenhangs zwischen der Winkelgeschwindigkeit des Motors und der Energierückgewinnung bzw. dem Energieverbrauch des Motors. In 4 ist auf der horizontalen Achse der Wicklungsstrom i des Motors 3 und auf der vertikalen Achse die elektrische Leistung P des Motors 3 aufgetragen. Wie anhand der 5 und 6 erläutert worden ist, findet, wenn der Motor 3 dadurch verlangsamt wird, dass ein verzögerndes Drehmoment im Motor 3 erzeugt wird („Verzögerung durch Steuerung“), abhängig von der Größe des verzögernden Drehmoments entweder eine Umschaltung des Motors auf Energierückgewinnung oder Energieverbrauch statt. Energie wird zurückgewonnen, wenn der Wicklungsstrom i des Motors 3 kleiner als K_Vω/R ist und im Motor 3 ein verzögerndes Drehmoment erzeugt wird, und Energie wird verbraucht, wenn der Wicklungsstrom i des Motors 3 nicht kleiner als K_Vω/R ist und im Motor 3 ein verzögerndes Drehmoment erzeugt wird. Je kleiner die Winkelgeschwindigkeit ω des Motors 3 ist, desto kleiner wird der Wert K_Vω/R des Wicklungsstroms des Motors 3, bei dem der Wechsel von Energieverbrauch zu Energierückgewinnung stattfindet. Je nach den technischen Daten des Motors 3 ist die Situation so, dass für eine Weile (in der Zeit, in der die Winkelgeschwindigkeit ω des Motors 3 noch relativ hoch ist) nach dem Auftreten des Stromausfalls der Wechselstromquelle 2 nur Energierückgewinnung stattfindet. Aber wenn bei fortgesetzter Verlangsamung des Motors 3 die Winkelgeschwindigkeit ω des Motors 3 zu einem gewissen Grad abnimmt, wird der Wert K_Vω/R des Wickelstroms, bei dem der Wechsel von Stromverbrauch zu Stromrückgewinnung stattfindet, kleiner, so dass es zu der Situation kommen kann, dass „trotz Verlangsamung des Motors 3 Energie durch den Motor 3 verbraucht wird“. Infolgedessen kann die Motorsteuerung unabhängig davon, welche Parameter sich aus den technischen Daten des Motors 3 ergeben, nach einem Stromausfall der Stromquelle einen Unterspannungsalarm vermeiden und den Halteweg des Motors 3 verkürzen.
Im Übrigen können der Vergleichsteil 13, der Drehmomentbefehlsgenerierungsteil14, der Drehmomentgrenzwertbestimmungsteil 15 und der Drehmomentbefehlsbeschränkungsteil 16, die oben beschrieben worden sind, z.B. in Form von Software-Programmen , oder als Kombinationen verschiedener elektronischer Schaltungen und SoftwareProgramme realisiert werden. Z.B. lassen sich bei einer Realisierung in Form von Software-Programmen die Funktionen der einzelnen oben beschriebenen Teile dadurch realisieren, dass ein in der Motorsteuerung 1 befindlicher Rechner arbeitet, indem er diese SoftwareProgramme ausführt. Oder der Vergleichsteil 13, der Drehmomentbefehlsgenerierungsteil14, der Drehmomentgrenzwertbestimmungsteil 15 und der Drehmomentbefehlsbeschränkungsteil 16 können als integrierte Halbleiterschaltungen, in denen SoftwareProgramme mit den jeweiligen Funktionen geladen sind, realisiert werden.
Mit der vorliegenden Erfindung kann bei einer Motorsteuerung, die einen Motor in einer Werkzeugmaschine oder Industriemaschine steuert, nach einem Stromausfall der Stromquelle ein Unterspannungsalarm vermieden und der Halteweg des Motors verkürzt werden. Mit der vorliegenden Erfindung kann durch eine flexible Verzögerung, die darin besteht, dass der Motor mit einem großen Drehmomentgrenzwert verzögert wird, wenn im Zwischenkreis relativ reichlich Energie gespeichert ist, und mit einem kleinen Drehmomentgrenzwert derart verzögert wird, dass einer Abnahme der Zwischenkreisspannung entgegengewirkt wird, wenn die im Zwischenkreis gespeicherte Energie knapp ist, die Entstehung eines Unterspannungsalarms vermieden und der Halteweg des Motors verkürzt (der Motor in kurzer Zeit zum Stillstand gebracht) werden.

Claims

Motorsteuerung (1), die einen Motor (3) in einer Werkzeugmaschine oder Industriemaschine steuert, umfassend: einen Stromausfallnachweisteil (11), der einen Stromausfall einer Stromquelle (2) nachweist, die die elektrische Energie für den Antrieb des Motors (3) liefert, einen Zwischenkreisspannungsnachweisteil (12), der den Wert der Zwischenkreisspannung nachweist, die an dem Verstärker (5) anliegt, der den Motor (3) antreibt, einen Vergleichsteil (13), der den Wert der genannten Zwischenkreisspannung mit einem bestimmten Schwellenwert vergleicht, einen Drehmomentbefehlsgenerierungsteil (14), der Drehmomentbefehle für den Antrieb des Motors (3) generiert, einen Drehmomentgrenzwertbestimmungsteil (15), der abhängig von dem Ergebnis des Vergleichs durch den genannten Vergleichsteil (13) einen ersten Drehmomentgrenzwert als Drehmomentbegrenzung zum Verlangsamen des Motors festlegt, um einer Abnahme der Zwischenkreisspannung entgegenzuwirken, wenn der Vergleich durch den genannten Vergleichsteil (13) ergibt, dass der Wert der genannten Zwischenkreisspannung kleiner als der bestimmte Schwellenwert ist, und einen zweiten Drehmomentgrenzwert, der größer als der genannte erste Drehmomentgrenzwert und nicht größer als das maximale Drehmoment des Motors (3) ist, so auswählt, dass durch Verbrauch der im Zwischenkreis gespeicherten Energie eine schnelle Verlangsamung des Motors (3) erreicht wird, wenn der Wert der genannten Zwischenkreisspannung nicht kleiner als der bestimmte Schwellenwert ist, und einen Drehmomentbefehlsbeschränkungsteil (16), der, wenn der genannte Stromausfallnachweisteil (11) einen Stromausfall erkennt, die genannten Drehmomentbefehle auf den genannten Drehmomentgrenzwert beschränkt, wobei ein absoluter Wert des zweiten Drehmomentgrenzwerts größer als ein absoluter Wert des ersten Drehmomentgrenzwerts ist.
Motorsteuerung (1) nach Anspruch 1, die zusätzlich mit einem Hinterlegungsteil (18) ausgestattet ist, in dem jeder Wert der Zwischenkreisspannung, den der genannte Zwischenkreisspannungsnachweisteil (12) periodenweise nachweist, hinterlegt wird, und so eingerichtet ist, dass für den oben genannten bestimmten Schwellenwert der Zwischenkreisspannungswert benutzt wird, der in der Periode nachgewiesen und im genannten Hinterlegungsteil (18) hinterlegt wurde, die der Periode voranging, in der die Zwischenkreisspannung nachgewiesen wurde, die im Vergleich durch den genannten Vergleichsteil (13) verwendet wird.
Motorsteuerung (1) nach Anspruch 1, die zusätzlich mit einem Geschwindigkeitsnachweisteil (17), der die Winkelgeschwindigkeit des angetriebenen Motors (3) nachweist, ausgestattet ist, und so eingerichtet ist, dass der Drehmomentgrenzwertbestimmungsteil (15) für den Fall, dass der Wert der genannten Zwischenkreisspannung kleiner als der genannte bestimmte Grenzwert ist, als ersten Drehmomentgrenzwert einen Drehmomentgrenzwert festlegt, mit dem der Abnahme der Zwischenkreisspannung, die anhand der vom genannten Geschwindigkeitsnachweisteil (17) nachgewiesenen Winkelgeschwindigkeit ermittelt wird, entgegengewirkt wird.
Motorsteuerung (1) nach Anspruch 3, bei der der genannte Drehmomentgrenzwertbestimmungsteil (15) den ersten Drehmomentgrenzwert so festlegt, dass er kleiner als der Wert T_upper ist, der mit der Formel $T_{upper} = \frac{K_{V} K_{T} ω}{R}$
ermittelt wird, in der Kv der Koeffizient der Gegen-Elektromotorischen-Kraft, K_T die Drehmomentkonstante, R der Wicklungswiderstand und ω die Winkelgeschwindigkeit des angetriebenen Motors (3) ist.