DE102018112730B4

DE102018112730B4 - Motoransteuergerät zum Erfassen des Auftretens von Leckstrom

Info

Publication number: DE102018112730B4
Application number: DE102018112730.8A
Authority: DE
Inventors: Masaya TATEDA; Yasuyuki Matsumoto
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-05-30
Filing date: 2018-05-28
Publication date: 2021-01-14
Anticipated expiration: 2038-05-29
Also published as: JP6606123B2; US20180351494A1; JP2018207566A; US10587213B2; DE102018112730A1; CN108988735A; CN108988735B

Abstract

Motoransteuergerät (1), das Folgendes umfasst:- einen Wandler (11), der konfiguriert ist, um Wechselstrom, der von einer Wechselstromversorgung (3) eingegeben wird, in Gleichstrom umzuwandeln und den Gleichstrom zu einem Gleichstromlink auszugeben;- eine Wechselstromdrossel (18), die auf einer Wechselstromeingangsseite des Wandlers (11) bereitgestellt ist;- einen Gleichstromlinkkondensator (12), der für den Gleichstromlink vorgesehen ist;- einen Inverter (13), der konfiguriert ist, um den Gleichstrom in dem Gleichstromlink in Wechselstrom zum Ansteuern eines Motors und zum Ausgeben des Wechselstroms umzuwandeln;- eine Gleichspannungserfassungseinheit (14), die konfiguriert ist, um den Wert der Gleichspannung, die über dem Gleichstromlinkkondensator (12) angelegt wird, zu erfassen;- eine Wechselspannungserfassungseinheit (15), die konfiguriert ist, um einen Spitzenwert der Wechselspannung auf der Wechselstromeingangsseite des Wandlers (11) zu erfassen, und- eine Leckstromerfassungseinheit (16), die konfiguriert ist, um einen Leckstrom zu erfassen, der durch das Ansteuern des Motors verursacht wird, basierend auf dem Wert der Gleichspannung, der von der Gleichspannungserfassungseinheit (14) erfasst wird, und auf dem Spitzenwert der Wechselspannung, der von der Wechselspannungserfassungseinheit (15) erfasst wird;wobei die Leckstromerfassungseinheit (16) eine Berechnungseinheit (21) umfasst, die konfiguriert ist, um einen Unterschied zwischen dem Wert der Gleichspannung, der von der Gleichspannungserfassungseinheit (14) erfasst wird, und dem Spitzenwert der Wechselspannung, der von der Wechselspannungserfassungseinheit (15) erfasst wird, zu berechnen, undein Auftreten von Leckstrom, das durch das Ansteuern des Motors verursacht wird, basierend auf dem Unterschied erfasst, der von der Berechnungseinheit (21) berechnet wird.

Description

STAND DER TECHNIK
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Motoransteuergerät zum Erfassen eines Auftretens von Leckstrom.
Beschreibung der verwandten Technik
Motoransteuergeräte zum Ansteuern von Motoren in Werkzeugmaschinen, Formmaschinen, Spritzgussmaschinen, industriellen Maschinen oder diversen Arten von Robotern wandeln Wechselstrom, der von einer Wechselstromversorgung geliefert wird, in Gleichstrom durch einen Wandler um und wandeln dann den Gleichstrom in Wechselstrom durch einen Inverter um, und verwenden diesen Wechselstrom als die Ansteuerleistung für die Motoren, die jeweils für Antriebsachsen bereitgestellt werden.
Bei diesem Typ von Motoransteuergeräten verursacht beim Ausführen der PWM-Umschaltsteuerung auf den Invertern die Gegenwart von Streukapazität mit Motoren, Motorstromkabeln und dergleichen, Leckstrom. Es ist wichtig, das Problem des Leckstroms zu beheben, weil Leckstrom eine Betriebsstörung oder Beschädigung in dem Motoransteuergerät oder seinen peripheren Vorrichtungen verursachen kann.
Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung (Kokai) JP 2001 - 218 474 A offenbart zum Beispiel ein Verfahren zum Erfassen eines Erdungsfehlers einer Ausgangsklemme eines Inverters, wobei Wechselstrom, der von einer Stromquelle geliefert wird, von Dioden gleichgerichtet und in Gleichstrom umgewandelt und von einem Kondensator geglättet wird, wobei ein Strom durch einen Gleichstrombus erzeugt wird, und der Inverter Wechselstrom durch Umschaltvorgänge einer Vielzahl von Halbleiterbrücken ausgibt, die auf dem Strom umgesetzt werden, wobei das Verfahren das Vergleichen von Potenzialunterschied zwischen einer Ausgangsklemme des Inverters während mindestens einer Phase und einem der Pole des Gleichstrombusses mit einer Bezugsspannung aufweist, wenn der Inverter nicht in Betrieb ist, um dadurch einen Erdungsfehler der Ausgangsklemme des Inverters zu erfassen.
Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung (Kokai) JP H05- 336 759 A offenbart eine Invertervorrichtung, die eine Wandlereinheit zum Gleichrichten eines eingegebenen Wechselstroms, ein Glättmittel zum Glätten des gleichgerichteten Stroms, aufweist, wobei das Glättmittel mit einem gleichgerichteten Strom aufgeladen wird, der von der Wandlereinheit ausgegeben wird, ein Stromeinschränkungsmittel zum Einschränken einer Stärke eines Ladestroms des Glättmittels, eine PWM-Invertereinheit zum Ausführen von PWM-Steuerung auf dem geglätteten Ausgang aus dem Glättmittel, um Wechselstrom zu einer Last zu liefern, ein Spannungserfassungsmittel zum Erfassen einer Spannung über dem Glättmittel, und ein Bestimmungsmittel zum Bestimmen, ob ein Erfassungsausgang des Spannungserfassungsmittels normal ist oder nicht, basierend darauf, ob der Erfassungsausgang größer oder kleiner ist als eine bestimmte Spannung.
Zum Beispiel offenbart die ungeprüfte japanische Gebrauchsmodellveröffentlichung (U. M. Kokai) JP H02- 88 478 U ein Ansteuergerät, das einen Wandler aufweist, der mit einer Wechselstromversorgung verbunden ist, um eine Gleichspannung auszugeben, einen Inverter, der konfiguriert ist um die Gleichspannung, die von dem Wandler ausgegeben wird, in Wechselspannung umzuwandeln, ein erstes Umschaltmittel, das zwischen der Wechselstromversorgung und dem Wandler angeordnet ist, ein zweites Umschaltmittel, das in einem eines positiven Ausgangsbusses und eines negativen Ausgangsbusses des Wandlers angeordnet ist, einen Widerstand, der in einem des positiven Ausgangsbusses und des negativen Ausgangsbusses angeordnet ist, ein Erfassungsmittel zum Erfassen einer Spannung über dem positiven Ausgangsbus und dem negativen Ausgangsbus, ein Erdungsfehlererfassungsmittel zum Ausgeben eines Signals, wenn die Spannung, die von dem Erfassungsmittel ausgegeben wird, eine Bezugsspannung überschreitet, ein erstes Umschaltsteuermittel zum Öffnen des ersten Umschaltmittels durch das Signal, das von dem Erdungsfehlererfassungsmittel ausgegeben wird, und ein zweites Umschaltsteuermittel zum Schließen des zweiten Umschaltmittels, nachdem eine bestimmte Zeit seit dem Schließen des ersten Umschaltmittels verstrichen ist.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Zum Beheben des Leckstromproblems muss der Leckstrom gemessen werden. Leckstrom wird durch eine Hochgeschwindigkeits-PWM-Umschaltsteuerung von Invertern zum Liefern von Ansteuerleistung zu Motoren bei Vorhandensein von Streukapazität verursacht und dementsprechend besitzt der Leckstrom eine sehr hohe Frequenz. Es ist daher sehr schwierig, Leckstrom selbst direkt zu messen. Eine Technologie zum leichten und präzisen Erfassen des Zustands des Auftretens von Leckstrom ist daher in dem Bereich der Motoransteuergeräte wünschenswert.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist ein Motoransteuergerät einen Wandler auf, der konfiguriert ist, um Wechselstrom, der von einer Wechselstromversorgung eingegeben wird, in Gleichstrom umzuwandeln und den Gleichstrom zu einem Gleichstromlink auszugeben, einen Gleichstromlinkkondensator, der für den Gleichstromlink vorgesehen ist, einen Inverter, der konfiguriert ist, um den Gleichstrom in dem Gleichstromlink in Wechselstrom zum Ansteuern eines Motors und Ausgeben des Wechselstroms umzuwandeln, eine Gleichspannungserfassungseinheit, die konfiguriert ist, um einen Wert der Gleichspannung zu erfassen, die über den Gleichstromlinkkondensator angelegt ist, eine Wechselspannungserfassungseinheit, die konfiguriert ist, um einen Spitzenwert der Wechselspannung auf einer Wechselstromeingangsseite des Wandlers zu erfassen, und eine Leckstromerfassungseinheit, die konfiguriert ist, um einen Leckstrom zu erfassen, der durch Ansteuern des Motors verursacht wird, basierend auf dem Wert der Gleichspannung, der von der Gleichspannungserfassungseinheit erfasst wird, und dem Spitzenwert der Wechselspannung, der von der Wechselspannungserfassungseinheit erfasst wird.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren besser verstanden:

1 veranschaulicht ein Motoransteuergerät gemäß einer Ausführungsform;
2A ist ein schematisches Diagramm zum Erklären einer Spannungsschwankung über dem Gleichspannungskondensator, die von einem Auftreten von Leckstrom verursacht wird, wobei das Diagramm eine Beziehung zwischen Wechselspannungswellenformen auf der Wechselstromeingangsseite des Wandlers und Gleichspannungswellenformen über dem Gleichstromlinkkondensator veranschaulicht, wenn die Umschaltvorrichtungen in den Invertern keinen Umschaltvorgang ausführen;
2B ist ein schematisches Diagramm zum Erklären einer Spannungsschwankung über dem Gleichspannungskondensator, die von einem Auftreten von Leckstrom verursacht wird, wobei das Diagramm eine Beziehung zwischen Wechselspannungswellenformen auf der Wechselstromeingangsseite des Wandlers und Gleichspannungswellenformen über dem Gleichstromlinkkondensator veranschaulicht, wenn die Umschaltvorrichtungen in den Invertern Umschaltvorgänge ausgeführt haben;
3 ist ein (erstes) Diagramm zum Erklären eines Stromflusses in dem Zeitpunkt einer Spannungsschwankung über dem Gleichstromlinkkondensator, die durch ein Auftreten von Leckstrom verursacht wird;
4 ist ein (zweites) Diagramm zum Erklären eines Stromflusses in dem Zeitpunkt einer Spannungsschwankung über dem Gleichstromlinkkondensator, die durch ein Auftreten von Leckstrom verursacht wird;
5 ist ein (drittes) Diagramm zum Erklären eines Stromflusses in dem Zeitpunkt einer Spannungsschwankung über dem Gleichstromlinkkondensator, die durch ein Auftreten von Leckstrom verursacht wird;
6 ist ein Diagramm, das schematisch eine Spannung über dem Gleichstromlinkkondensator veranschaulicht, die von einem Auftreten von Leckstrom verursacht wird;
7 veranschaulicht ein Resultat einer Simulation einer Spannungsschwankung über dem Gleichstromlinkkondensator, die durch ein Auftreten von Leckstrom verursacht wird;
8 veranschaulicht ein Resultat einer Simulation von Schwankungen in der Wechselspannung auf der Wechselstromeingangsseite des Wandlers, die von einem Auftreten von Leckstrom verursacht werden;
9 veranschaulicht ein Resultat einer Simulation von Flüssen von Wechselstrom, die von einem Auftreten von Leckstrom verursacht werden und durch Wechselstromdrosseln auf der Wechselstromeingangsseite des Wandlers fließen;
10 veranschaulicht ein Resultat einer Simulation der Ladungsmenge, die von einem Auftreten von Leckstrom verursacht wird und in den Gleichstromlinkkondensator fließt, und
11 veranschaulicht ein Motoransteuergerät gemäß einem modifizierten Beispiel einer Ausführungsform.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird nun ein Motoransteuergerät zum Erfassen eines Auftretens von Leckstrom beschrieben. In den Zeichnungen sind gleiche Elemente durch gleiche Bezugszeichen benannt. Bestandteile, die mit den gleichen Bezugszeichen in unterschiedlichen Zeichnungen benannt sind, müssen als dieselben Funktionen habend verstanden werden. Ferner sind die Zeichnungen in diversen Maßstäben präsentiert, um das Verstehen der Leser zu unterstützen.
1 veranschaulicht ein Motoransteuergerät gemäß einer Ausführungsform. Als ein Beispiel wird ein Fall, bei dem das Motoransteuergerät 1 einen Drehstrommotor 2 steuert, beschrieben, obwohl die folgende Ausführungsform nicht auf einen Motor 2 eines besonderen Typs beschränkt ist; der Motor kann zum Beispiel ein Induktionsmotor oder ein Synchronmotor sein. Ferner ist die vorliegende Ausführungsform nicht auf eine Wechselstromversorgung 3 oder einen Motor 2 beschränkt, die/der an eine bestimmte Anzahl von Phasen angepasst ist/sind; eine einphasige Stromversorgung und ein einphasiger Motor können verwendet werden. Gemäß der Ausführungsform, die in 1 veranschaulicht ist, ist die Wechselstromversorgung 3 eine Drehstromversorgung, und der Motor 2 ist ein Drehstrommotor.
Vor der Beschreibung eines Servomotoransteuergeräts 1 gemäß einer Ausführungsform, wird zunächst die Ansteuerung des Motors 2 beschrieben. Ähnlich wie bei herkömmlichen Motoransteuergeräten, steuert das Motoransteuergerät 1 einen Inverter 13, der eine Stromumwandlung zwischen Gleichstrom eines Gleichstromlinks und Wechselstrom, der ein Ansteuerstrom oder ein Regenerativstrom des Motors 2 ist, steuert. Basierend auf der Drehzahl (des Rotors) des Motors 2 (Drehzahlrückmeldung), dem Strom durch die Wicklung des Motors 2 (Stromrückmeldung), einem spezifischen Drehmomentbefehl, einem Betriebsprogramm für den Motor 2 und dergleichen, erzeugt das Motoransteuergerät 1 Umschaltbefehle zum Steuern der Geschwindigkeit, des Drehmoments oder der Position des Rotors des Motors 2 zum Beispiel in einer übergeordneten Steuervorrichtung (nicht veranschaulicht). Der Stromumwandlungsvorgang durch den Inverter 13 wird in Übereinstimmung mit den Umschaltbefehlen, die von dem Motoransteuergerät 1 erzeugt werden, gesteuert.
Wie in 1 veranschaulicht, weist das Motoransteuergerät 1 gemäß einer Ausführungsform einen Wandler 11, einen Gleichstromlinkkondensator 12, einen Inverter 13, eine Gleichspannungserfassungseinheit 14, eine Wechselspannungserfassungseinheit 15, eine Leckstromerfassungseinheit 16 und eine Bekanntgabeeinheit 17 auf. Die Phasen der Drehstromversorgung 3 werden R-Phase, S-Phase und T-Phase genannt, und N bezeichnet einen Erdungspunkt.
Der Wandler 11 wandelt den Wechselstrom, der von der Wechselstromversorgung 3 eingegeben wird, in Gleichstrom um und gibt den Gleichstrom zu dem Gleichstromlink aus. Der Wandler 11 kann zum Beispiel eine Diodengleichrichtschaltung, eine 120°-Leitungsgleichrichtschaltung, eine PWM-Umschaltsteuer-Gleichrichtschaltung mit Umschaltvorrichtungen darin oder dergleichen sein. Wenn der Wandler 11 eine Diodengleichrichtschaltung ist, richtet der Wandler 11 den Wechselstrom, der von der Wechselstromversorgung 3 eingegeben wird, gleich und gibt einen Gleichstrom zu dem Gleichstromlink aus, der sich auf der Gleichstromseite befindet. Wenn der Wandler 11 eine 120°-Leitungsgleichrichtschaltung oder eine PWM-Umschaltsteuer-Gleichrichtschaltung ist, kann der Wandler 11 als ein Leistungswandler realisiert werden, der fähig ist, Wechselstrom und Gleichstrom in beide Richtungen umzuwandeln, wobei Wechselstrom, der von der Wechselstromversorgung 3 eingegeben wird, in Gleichstrom umgewandelt wird und der Gleichstrom zu der Gleichstromseite ausgegeben wird, und ebenso der Gleichstrom in dem Gleichstromlink in Wechselstrom umgewandelt und der Wechselstrom zu der Wechselstromversorgung 3 zurückgegeben wird, wenn der Motor langsamer wird. Wenn der Wandler 11 eine PWM-Umschaltsteuer-Gleichrichtschaltung ist, weist der Wandler 11 Brückenschaltungen von Umschaltvorrichtungen und Dioden in antiparalleler Verbindung auf. In diesem Fall können die Umschaltvorrichtungen zum Beispiel IGBTs, Thyristoren, GTOs (Gate-Turn-Off-Thyristoren), Transistoren oder dergleichen sein, aber die vorliegende Ausführungsform ist nicht auf einen besonderen Typ von Umschaltvorrichtungen beschränkt, und andere Typen von Umschaltvorrichtungen können verwendet werden. Da die Wechselstromversorgung eine Drehstromversorgung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist, ist der Wandler als eine Drehstrombrückenschaltung konfiguriert; wenn die Wechselstromversorgung 3 eine einphasige Stromversorgung ist, ist der Wandler 11 als eine einphasige Brückenschaltung konfiguriert.
Der Gleichstromlinkkondensator (auch ein Glättkondensator genannt) 12 ist für den Gleichstromlink, der die Gleichstromausgangsseite des Wandlers 11 mit der Gleichstromeingangsseite des Inverters 13 verbindet, vorgesehen. Der Gleichstromlinkkondensator 12 führt eine Funktion des Verringerns von Brumm des Gleichstromausgangs des Wandlers 11 und Speichern von Gleichstrom in dem Gleichstromlink aus.
Der Inverter 13 ist mit dem Gleichstromlink verbunden und führt Leistungsumwandlung zwischen Gleichstrom in dem Gleichstromlink und Wechselstrom aus, der der Antriebsstrom oder Regenerativstrom des Motors 2 ist, da die Umschaltvorrichtungen in Übereinstimmung mit den Umschaltbefehlen, die von einer übergeordneten Steuervorrichtung (nicht veranschaulicht) empfangen werden, Ein-Aus-gesteuert sind. Der Inverter 13 weist Brückenschaltungen von Umschaltvorrichtungen und Dioden in antiparalleler Verbindung auf, und die Umschaltvorrichtungen werden zum Beispiel von einem PWM-Umschaltsteuerverfahren Ein-Aus-gesteuert. Der Inverter 13 wandelt Gleichstrom, der von dem Wandler 11 durch den Gleichstromlink geliefert wird, in Wechselstrom mit einer gewünschten Spannung und einer gewünschten Frequenz um, um den Motor 2 anzusteuern, durch die Umschaltvorgänge der Umschaltvorrichtungen darin in Übereinstimmung mit den Umschaltbefehlen, die von der übergeordneten Steuervorrichtung empfangen werden, und gibt den Gleichstrom aus (Umkehrvorgang). Der Motor 2 arbeitet daher mit dem gelieferten Gleichstrom mit variabler Spannung und variabler Frequenz. Regenerativstrom wird erzeugt, wenn der Motor 2 langsamer wird und der Inverter 12 Regenerativwechselstrom, der von dem Motor 2 erzeugt wird, durch die Umschaltvorgänge der Umschaltvorrichtungen darin in Übereinstimmung mit den Umschaltbefehlen, die von der übergeordneten Steuervorrichtung empfangen werden, in Gleichstrom umwandelt, und den Gleichstrom zu dem Gleichstromlink zurückgibt (Umkehrvorgang). Der Motor 2 arbeitet daher auf der gelieferten Wechselstromleistung mit variabler Spannung und variabler Frequenz. Regenerativleistung wird erzeugt, wenn der Motor 2 langsamer wird, und der Inverter 12 wandelt Regenerativwechselstrom, der von dem Motor 2 erzeugt wird, durch die Umschaltvorgänge der Umschaltungsvorrichtung darin in Übereinstimmung mit den Umschaltbefehlen, die von der übergeordneten Steuervorrichtung empfangen werden, in Wechselstrom um und gibt den Gleichstrom zu dem Gleichstromlink zurück (Umkehrvorgang). Die Umschaltvorrichtungen können zum Beispiel IGBTs, Thyristoren, GTOs, Transistoren oder dergleichen sein, aber die vorliegende Ausführungsform ist nicht auf einen besonderen Typ von Umschaltvorrichtungen beschränkt, und andere Typen von Umschaltvorrichtungen können verwendet werden. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform und da der Motor 2, der mit dem Motoransteuergerät 1 verbunden ist, ein Drehstrommotor ist, ist der Inverter 13 als eine Drehstrombrückenschaltung konfiguriert; wenn der Motor 2 ein einphasiger Motor ist, ist der Inverter 13 als eine einphasige Brückenschaltung konfiguriert.
Die Gleichspannungserfassungseinheit 14 erfasst einen Wert von Gleichspannung, die über dem Gleichstromlinkkondensator 12 angelegt wird. Der Gleichspannungswert, der von der Gleichspannungserfassungseinheit 14 erfasst wird, wird zu der Leckstromerfassungseinheit 16 gesendet.
Die Wechselspannungserfassungseinheit 15 erfasst einen Spitzenwert der Wechselspannung auf der Wechselstromeingangsseite des Wandlers 11. Der Spitzenwert der Wechselspannung beträgt √2 Mal den effektiven Wert der Wechselspannung. Der Spitzenwert der Wechselspannung, der von der Wechselspannungserfassungseinheit 15 erfasst wird, wird zu der Leckstromerfassungseinheit 16 gesendet.
Die Leckstromerfassungseinheit 16 erfasst ein Auftreten von Leckstrom, das von dem Ansteuern des Motors verursacht wird, basierend auf dem Wert der Gleichspannung, die von der Gleichspannungserfassungseinheit 14 erfasst wird, und auf dem Spitzenwert der Wechselspannung, der von der Wechselspannungserfassungseinheit 15 erfasst wird. Genauer genommen weist die Leckstromerfassungseinheit 16 eine Berechnungseinheit 21 auf, die konfiguriert ist, um den Unterschied zwischen dem Wert der Wechselspannung, der von der Gleichspannungserfassungseinheit 14 erfasst wird, und dem Spitzenwert der Wechselspannung, der von der Wechselspannungserfassungseinheit 15 erfasst wird, zu berechnen. Die Leckstromerfassungseinheit 16 erfasst ein Auftreten des Leckstroms basierend auf dem Unterschied zwischen dem Wert der Gleichspannung und dem Spitzenwert der Wechselspannung, der von der Berechnungseinheit 21 berechnet wird. Das Verarbeiten für das Erfassen von Leckstrom durch die Leckstromerfassungseinheit 16 wird unten ausführlicher beschrieben.
Wenn die Leckstromerfassungseinheit 16 ein Auftreten von Leckstrom, der durch das Ansteuern des Motors verursacht wird, erfasst hat, gibt die Bekanntgabeeinheit 17 dem Benutzer das Erfassen von Leckstrom bekannt. Die Bekanntgabeeinheit 17 kann zum Beispiel eine Anzeigevorrichtung eines Personal Computers, ein mobiles Endgerät, ein Touchpanel oder dergleichen oder eine Anzeigevorrichtung sein, die auf ein digitales Steuergerät (nicht veranschaulicht) montiert ist, das in dem Motoransteuergerät 1 bereitgestellt ist. Informationen, die angeben, dass ein „Leckstrom (der eine Funktionsstörung oder Beschädigung verursachen würde) aufgetreten ist“ oder dass „kein Leckstrom (der eine Funktionsstörung oder Beschädigung verursachen würde) aufgetreten ist“, werden auf der Anzeigevorrichtung in Buchstaben oder Bildern angezeigt. Ferner kann die Bekanntgabeeinheit 17 zum Beispiel als eine Audiovorrichtung ausgebildet sein, die Ton erzeugt, wie ein Lautsprecher, ein Summer oder Hinweistöne, und die Audiovorrichtung kann zum Beispiel veranlasst werden, Ton zu erzeugen, wenn ein „Leckstrom (der eine Funktionsstörung oder Beschädigung verursachen würde) aufgetreten ist“, und keinen besonderen Ton zu erzeugen, wenn „kein Leckstrom (der eine Funktionsstörung oder Beschädigung verursachen würde) aufgetreten ist“. Ferner kann die Bekanntgabeeinheit 17 Informationen auf ein Blatt Papier oder dergleichen durch Verwenden eines Druckers ausdrucken; zum Beispiel können Informationen, die angeben, dass „ein Leckstrom (der eine Funktionsstörung oder Beschädigung verursachen würde) aufgetreten ist“ mit der Zeit, zu der der Leckstrom aufgetreten ist, angezeigt werden. Ferner kann die Bekanntgabeeinheit 17 durch zweckdienliches Kombinieren dieser Mittel ausgebildet werden. Zusätzlich können Daten über das Erfassungsresultat, das von der Leckstromerfassungseinheit 16 ausgegeben wird, in eine Speichervorrichtung gespeichert und weiter für andere Zwecke eingesetzt werden.
Das Erfassungsresultat der Leckstromerfassungseinheit 16 erlaubt es dem Benutzer des Motoransteuergeräts 1, ohne Weiteres und präzis den Zustand des Auftretens von Leckstrom zu erfahren. Der Benutzer, der mittels der Bekanntgabeeinheit 17 erfahren hat, dass „ein Leckstrom (der eine Funktionsstörung oder Beschädigung verursachen würde) aufgetreten ist“, kann zum Beispiel eine Änderung des Designs ausführen, wie ein Kabel, das mit dem Motor 2 verbunden ist, oder ein Kabel, das die Wechselstromversorgung 3 mit dem Motoransteuergerät 1 verbindet, mit einem stärkeren Kabel ersetzen. Ferner kann eine Schallabsorptionsschaltung (nicht veranschaulicht) in dem Motoransteuergerät 1 vorgesehen werden, um Rauschen zu absorbieren, das auf der Wechselstromeingangsseite des Wandlers 11 erzeugt wird (das heißt zwischen der Wechselstromversorgung und dem Wandler 11). Der Benutzer, der mittels der Bekanntgabeeinheit 17 erfahren hat, dass „ein Leckstrom (der eine Funktionsstörung oder Beschädigung verursachen würde) aufgetreten ist“, kann auch eine Änderung in dem Design, wie ein Ersetzen dieser Schallabsorptionsschaltung mit einer, die unterschiedliche Schallabsorptionsmerkmale hat, ausführen.
Die oben beschriebene Gleichspannungserfassungseinheit 14, die Wechselspannungserfassungseinheit 15, die Leckstromerfassungseinheit 16 und die Bekanntgabeeinheit 17 können zum Beispiel von einem Softwareprogramm oder einer Kombination elektronischer Schaltungen unterschiedlicher Arten und eines Softwareprogramms umgesetzt werden. Wenn diese Einheiten zum Beispiel durch ein Softwareprogramm umgesetzt werden, werden die oben beschriebenen Funktionen dieser Einheiten ausgeführt, indem ein Computer veranlasst wird, in Übereinstimmung mit dem Softwareprogramm zu arbeiten, oder, indem die arithmetische Verarbeitungseinheit, die in einem digitalen Steuergerät vorgesehen ist, das mit dem Motoransteuergerät 1 verbunden ist, veranlasst wird, dieses Softwareprogramm auszuführen. Alternativ können die Gleichspannungserfassungseinheit 14, die Wechselspannungserfassungseinheit 15, die Leckstromerfassungseinheit 16 und die Bekanntgabeeinheit 17 durch eine integrierte Halbleiterschaltung mit einem Softwareprogramm, das darin geschrieben ist, hergestellt werden, um die Funktionen dieser Einheiten auszuführen.
Wenn ferner zum Beispiel eine Vielzahl von Motoransteuergeräten 1 bereitgestellt ist und die Steuersysteme der Motoransteuergerät 1 über ein Kommunikationsnetzwerk verbunden sind, können die Erfassungsresultate der Leckstromerfassungseinheiten 16 der Motoransteuergerät der 1 in einem Cloud-Server gemeinsam verwendet werden.
Ferner, wenn zum Beispiel eine Vielzahl von Herstellungszellen, die Werkzeugmaschinen aufweisen, die jeweils ein Motoransteuergerät 1 aufweisen, über ein Kommunikationsnetzwerk verbunden ist, können Erfassungsresultate der Leckstromerfassungseinheiten 16 der Motoransteuergeräte 1 gemeinsam von übergeordneten Zellsteuervorrichtungen der Herstellungszellen oder von einem Produktionssteuergerät, das den Zellsteuervorrichtungen übergeordnet ist, gemeinsam verwendet werden.
Eine Herstellungszelle ist ein Satz von Werkzeugmaschinen, die anpassungsfähig zur Produktherstellung kombiniert werden. Eine Herstellungszelle wird zum Beispiel durch eine Vielzahl von Werkzeugmaschinen oder eine Vielzahl von Arten von Werkzeugmaschinen ohne Einschränkung hinsichtlich der Anzahl von Werkzeugmaschinen in einer Herstellungszelle gebildet. Eine Herstellungszelle kann zum Beispiel eine Herstellungslinie sein, auf der ein Werkstück von einer Vielzahl von Werkzeugmaschinen in einer Reihenfolge bearbeitet und in ein erstes Fertigprodukt gefertigt wird. Ferner kann eine Herstellungszelle zum Beispiel eine Herstellungslinie sein, auf der zwei oder mehr Artikel (Bauteile) jeweils von zwei oder mehr Werkzeugmaschinen bearbeitet werden, von einer anderen Werkzeugmaschine in dem Herstellungsprozess in ein Fertigprodukt (Produkt) zusammengebaut werden. Ferner können zum Beispiel zwei oder mehr Artikel, die in zwei oder mehr Herstellungszellen bearbeitet werden, in ein Fertigprodukt (Produkt) zusammengebaut werden. Herstellungszellen und Zellsteuervorrichtungen sind kommunikationsfähig miteinander über ein Kommunikationsnetzwerk, wie ein Intranet, verbunden. Herstellungszellen werden in einem Werk, in dem die Produkte gefertigt werden, organisiert. Im Gegensatz dazu können Zellsteuervorrichtungen in dem Werk, in dem die Herstellungszellen organisiert sind, oder in einem Gebäude, das von dem Werk getrennt ist, bereitgestellt werden. Zellsteuervorrichtungen können zum Beispiel in einem getrennten Gebäude, das sich auf demselben Standort wie das Werk, in dem die Herstellungszellen organisiert sind, befindet, bereitgestellt werden.
Ein Produktionssteuergerät wird den Zellsteuervorrichtungen übergeordnet bereitgestellt. Ein Produktionssteuergerät ist gegenseitig kommunikationsfähig mit Zellsteuervorrichtungen verbunden und gibt Befehle zu den Zellsteuervorrichtungen gemäß einem Produktionsplan aus. Ein Produktionssteuergerät kann in einem Büro von dem Werk entfernt liegend bereitgestellt werden. In einem solchen Fall sind die Zellsteuervorrichtungen und das Produktionssteuergerät gegenseitig miteinander, kommunikationsfähig über ein Kommunikationsnetzwerk, wie das Internet, verbunden.
Bei einem solchen Produktionssystem kann eine Displayvorrichtung, die in einer Zellsteuervorrichtung oder in dem Produktionssteuergerät vorgesehen ist, als die Bekanntgabeeinheit 17 verwendet und angewiesen werden, das Erfassungsresultat, dass „ein Leckstrom (der eine Funktionsstörung oder Beschädigung verursachen würde) aufgetreten ist“ oder dass „kein Leckstrom (der eine Funktionsstörung oder Beschädigung verursachen würde) aufgetreten ist“, anzuzeigen. Alternativ, an Stelle der Anzeigevorrichtung oder gemeinsam mit ihr, wird eine Audiovorrichtung verwendet, die als eine Bekanntgabeeinheit 17 dient, um einen Alarmton oder einen Summton zu erzeugen, um dem Benutzer Erfassungsresultate bekanntzugeben. Das erlaubt es Bedienern oder Verwaltern, die in dem Werk arbeiten, das Motoransteuergerät 1, für das eine Designänderung wünschenswert ist, um Leckstrom zu verringern, ohne Weiteres zu identifizieren.
Das Verarbeiten für das Erfassen von Leckstrom durch die Leckstromerfassungseinheit 16 wird nun ausführlich beschrieben.
Streukapazität existiert bei dem Motor 2, den Stromversorgungskabeln für den Motor und dergleichen. In 1 ist Streukapazität mit dem Bezugszeichen 200 benannt. Wenn die Umschaltvorrichtungen in dem Inverter 13 Hochgeschwindigkeitsumschaltvorgänge ausführen, um Wechselstrom zum Ansteuern des Motors zu liefern, fließt ein Leckstrom durch die Wechselstromversorgung 3, den Wandler 11, den Inverter 13 und die Streukapazität 200. In 1 veranschaulichen dick gestrichelte Linien mit Pfeilen einen beispielhaften Weg, durch den ein Leckstrom, der durch Ansteuern des Motors 2 verursacht wird, fließt. Der Stromweg, der in 1 veranschaulicht ist, ist einfach ein Beispiel, und in Wirklichkeit ändert sich der Stromweg, durch den ein Leckstrom, der durch Ansteuern des Motors 2 verursacht wird, fließt, von einem Moment zum anderen in Abhängigkeit von den Kombinationen von Ein/Aus-Zuständen der Umschaltvorrichtungen auf dem oberen Arm und dem unteren Arm des Inverters 13 und in Abhängigkeit von anderen Faktoren.
Wenn ein Leckstrom durch Ansteuern des Motors 2 verursacht wird, fließt ein Teil des Leckstroms auch zu dem Gleichstromlinkkondensator 12. In 1 veranschaulichen dicke lang-kurz gestrichelte Linien mit Pfeilen einen beispielhaften Weg eines Leckstroms, der durch den Gleichstromlinkkondensator 12 fließt, wenn zum Beispiel der Leckstrom, der durch Ansteuern des Motors 2 verursacht wird, durch den Stromweg fließt, der von den dick gestrichelten Linien mit Pfeilen abgebildet wird. Wenn der Leckstrom, der durch Ansteuern des Motors 2 verursacht wird, einen unterschiedlichen Stromweg in dem Wandler 11 einschlägt, nimmt der Leckstrom, der in den Gleichstromlinkkondensator 12 fließt, folglich einen unterschiedlichen Stromweg in dem Wandler 11. Der Leckstromfluss in den Gleichstromlinkkondensator 12 lässt die Spannung, die über den Gleichstromlinkkondensator 12 angelegt wird, schwanken.
2A ist ein schematisches Diagramm zum Erklären einer Spannungsschwankung über dem Gleichstromlinkkondensator, die von einem Auftreten von Leckstrom verursacht wird, wobei das Diagramm eine Beziehung zwischen Wechselspannungswellenformen auf der Wechselstromeingangsseite des Wandlers und Gleichspannungswellenformen über dem Gleichstromlinkkondensator veranschaulicht, wenn die Umschaltvorrichtungen in dem Inverter keinen Umschaltvorgang ausführen. 2B ist ein schematisches Diagramm zum Erklären einer Spannungsschwankung über dem Gleichstromlinkkondensator, die von einem Auftreten von Leckstrom verursacht wird, wobei das Diagramm eine Beziehung zwischen Wechselspannungswellenformen auf der Wechselstromeingangsseite des Wandlers und Gleichspannungswellenformen über dem Gleichstromlinkkondensator veranschaulicht, wenn die Umschaltvorrichtungen in dem Inverter Umschaltvorgänge ausgeführt haben. In den 2A und 2B sind Drehstromspannungswellenformen auf der Wechselstromeingangsseite des Wandlers 11 durch durchgehende Linien abgebildet, und Gleichstromwellenformen über den Gleichstromlinkkondensator 12 sind durch lang-kurz gestrichelte Linien abgebildet.
Wenn bei dem Motoransteuergerät 1 der Wandler 11 Wechselstrom, der von der Drehstromversorgung (R-Phase, S-Phase und T-Phase) eingegeben wird, in Gleichstrom umgewandelt und der Gleichstrom zu dem Gleichstromlink ausgegeben wird, und der Inverter 13 keinen Stromumwandlungsvorgang ausführt, mit den Umschaltvorrichtungen darin, die keinen Umschaltvorgang ausführen, ist der Wert der Gleichspannung, der von dem Wandler 11 zu dem Gleichspannungslink ausgegeben wird, gleich dem Spitzenwert der Wechselspannung (√2 Mal der effektive Wert der Wechselspannung) auf der Wechselstromeingangsseite, wie in 2A veranschaulicht. Wenn der Inverter 13 anschließend einen Stromumwandlungsvorgang ausführt, mit den Umschaltvorrichtungen darin, die Umschaltvorgänge ausführen, fließt ein Leckstrom durch die Wechselstromversorgung 3, den Wandler 11, den Inverter 13 und die Streukapazität 200, und ein Teil des Leckstroms fließt durch den Gleichstromlinkkondensator 12. Das lässt die Spannung, die über den Gleichstromlinkkondensator 12 angelegt wird, wie in 2B veranschaulicht, schwanken. Mit anderen Worten schwanken das Gleichstrompotenzial der positiven Seite und das Gleichstrompotenzial der negativen Seite des Gleichstromlinks in Bezug auf das Erdpotenzial. Zu bemerken ist, dass, da der Gleichstromlinkkondensator 12 im Allgemeinen eine sehr große Kapazität hat, die Amplitude der Spannungsschwankung nicht so groß ist. Wenn, wie in 2B veranschaulicht, die Spannung, die über den Gleichstromlinkkondensator 12 angelegt wird, schwankt, überschreiten die Spitzenwerte der Wechselspannung das Gleichstrompotenzial auf der positiven Seite und das Gleichstrompotenzial auf der negativen Seite des Gleichstromlinkkondensators 12 in bestimmten Zeitpunkten (P und Q in den Zeichnungen), wenn ein Strom auftritt, der durch die Wechselstromversorgung 3 in den Gleichstromlinkkondensator 12 fließt. Der Strom, der in den Gleichstromlinkkondensator 12 fließt, lädt ferner den Gleichstromlinkkondensator 12 auf, was in einem Schwanken der Spannung, die über den Gleichstromlinkkondensator 12 angelegt wird, resultiert. Die Beziehung zwischen dem Schwanken der Spannung, die über dem Gleichstromlinkkondensator 12 angelegt wird, und dem Leckstrom ist unten ausführlich beschrieben.
Die 3 bis 5 sind Diagramme zum Erklären eines Stromflusses in dem Zeitpunkt einer Spannungsschwankung über dem Gleichstromlinkkondensator, die durch ein Auftreten von Leckstrom verursacht wird. Im Allgemeinen werden in dem Motoransteuergerät 1 Wechselstromdrosseln 18 auf der Wechselstromeingangsseite des Wandlers 11 bereitgestellt. Ferner können Y-Kondensatoren (Leitungsbypasskondensatoren) zwischen dem Spannungspotenzial der positiven Seite und der Erdung und zwischen dem Spannungspotenzial der negativen Seite des Gleichstromlinks und der Erdung in der Hauptsache zum Zweck des Verringerns von Rauschen verbunden sein. Bei den Beispielen, die in den 3 bis 5 veranschaulicht sind, ist ein Y-Kondensator 31P der Kapazität CPG zwischen dem Spannungspotenzial der positiven Seite des Gleichstromlinks und der Erdung angeschlossen, und ein Y-Kondensator 31N der Kapazität CNG ist zwischen dem Gleichstrompotenzial der negativen Seite des Gleichstromlinks und der Erdung angeschlossen. C_MOTOR ist die Kapazität der Streukapazität 200.
Wenn die Umschaltvorrichtungen in dem Inverter 13 Hochgeschwindigkeitsumschaltvorgänge ausführen, um Wechselstrom zum Ansteuern des Motors zu liefern, fließt ein Leckstrom durch die Wechselstromversorgung 3, den Wandler 11, den Inverter 13 und die Streukapazität 200. Dieser Leckstrom fließt auch durch den Gleichstromlinkkondensator 12 und, wie in 3 veranschaulicht, lässt er die Spannung, die über den Gleichstromlinkkondensator 12 angelegt wird, schwanken, das heißt, er lässt das Gleichstrompotenzial der positiven Seite und das Gleichstrompotenzial der negativen Seite des Gleichstromlinks in Bezug auf das Erdpotenzial schwanken. Wenn das Gleichstrompotenzial der positiven Seite und das Gleichstrompotenzial der negativen Seite in Bezug auf das Erdpotenzial schwanken, wird eine Spannung, die von der Amplitude dieser Schwankung abhängt, an die Wechselstromdrosseln 18 angelegt, was Energie in den Wechselstromdrosseln 18 erzeugt, was in Stromflüssen, wie in 4 veranschaulicht, resultiert, und die Ströme fließen in den Gleichstromlinkkondensator 12 und in die Y-Kondensatoren 31P und 31N. Durch die Auswirkungen der Induktanz der Y-Kondensatoren 31P und 31N, nehmen das Gleichstrompotenzial der positiven Seite und das gleich vom Potenzial der negativen Seite des Gleichstromlinks in Bezug auf das Erdpotenzial zu, was in Stromflüssen, wie in 5 veranschaulicht, resultiert, die in die umgekehrte Richtung zu den Stromflüssen in 4 sind.
Wie oben beschrieben, schwanken das Gleichstrompotenzial der positiven Seite und das Gleichstrompotenzial der negativen Seite des Gleichstromlinks in Bezug auf das Erdpotenzial aufgrund des Transfers von Ladungen zwischen dem Gleichstromlinkkondensator 12, der Streukapazität 200 und den Y-Kondensatoren 31P und 31N während der Hochgeschwindigkeitsumschaltvorgänge der Umschaltvorrichtungen in dem Inverter 13. Die Spannung, die über den Gleichstromlinkkondensator 12 angelegt wird, V_PN, ändert sich jedoch sehr wenig, da die Kapazität des Gleichstromlinkkondensators 12 viel größer ist als die Kapazität des Y-Kondensator 31P. Folglich kann durch Annäherung davon ausgegangen werden, dass der Transfer von Ladungen zwischen der Streukapazität 200 und den Y-Kondensatoren 31P und 31N auftritt. Wenn angenommen wird, dass die Ladungen idealerweise zwischen der Streukapazität 200 und den Y-Kondensatoren 31P und 31N übertragen werden, ist die Ladung der Streukapazität 200 gleich der Entladung der Y-Kondensatoren 31P und 31N. Daher gilt die Gleichung 1, bei der V_FALL die Amplitude der Spannungsschwankungen in dem Gleichstrompotenzial der positiven Seite oder dem Gleichstrompotenzial der negativen Seite des Gleichstromlinks in Bezug auf das Erdpotenzial ist. $C_{MOTOR} (V_{PN} - V_{FALL}) = (C_{PG} + C_{NG}) V_{FALL}$
Die Gleichung 1 wird als Gleichung 2 neu geordnet. $V_{FALL} = \frac{C_{MOTOR} V_{PN}}{C_{MOTOR} + C_{PG} + C_{NG}}$
Wie aus Gleichung 2 ersichtlich ist, hängen die Amplitude der Spannungsschwankungen V_FALL des Gleichstrompotenzials der positiven Seite oder des Gleichstrompotenzials der negativen Seite des Gleichstromlinks in Bezug auf das Erdpotenzial von der Kapazität C_MOTOR der Streukapazität 200, der Kapazität C_PG des Y-Kondensator 31P und der Kapazität CNG des Y-Kondensator 31N ab. Mit anderen Worten tritt aufgrund der Gegenwart der Streukapazität 200 ein Leckstrom während der Hochgeschwindigkeitsumschaltvorgänge der Umschaltvorrichtungen in dem Inverter 13 auf und lässt das Gleichstrompotenzial der positiven Seite oder das gleich vom Potenzial der negativen Seite des Gleichstromlinks in Bezug auf das Erdpotenzial schwanken.
Wie oben beschrieben, wenn bei dem Motoransteuergerät 1 der Wandler 11 Wechselstrom, der von der Drehstromversorgung (R-Phase, S-Phase und T-Phase) eingegeben wird, in Gleichstrom umwandelt und den Gleichstrom zu dem Gleichstromlink ausgibt, und der Inverter 13 keinen Stromumwandlungsvorgang ausführt, mit den Umschaltvorrichtungen darin, die keinen Umschaltvorgang ausführen, ist der Wert der Gleichspannung, die von dem Wandler 11 zu dem Gleichspannungslink ausgegeben wird, gleich dem Spitzenwert der Wechselspannung auf der Wechselstromeingangsseite, wie in 2A veranschaulicht. Mit anderen Worten ist der Wert der Wechselspannung, der von der Gleichspannungserfassungseinheit 14 erfasst wird (das heißt der Wert der Wechselspannung, die über den Gleichstromlinkkondensator 12 angelegt wird) gleich dem Spitzenwert der Wechselspannung, der von der Wechselspannungserfassungseinheit 15 in diesem Fall erfasst wird. Im Gegensatz dazu, tritt, wenn die Umschaltvorrichtungen in dem Inverter 13 Hochgeschwindigkeitsumschaltvorgänge ausführen, ein Leckstrom auf, und dieser Leckstrom lässt die Spannung, die über den Gleichstromlinkkondensator 12 ( 2B) angelegt wird, schwanken. In diesem Fall steigt der Wert der Wechselspannung, der von der Gleichspannungserfassungseinheit 14 erfasst wird (das heißt der Wert der Wechselspannung, die über den Gleichstromlinkkondensator 12 angelegt wird) und überschreitet den Spitzenwert der Wechselspannung, der von der Wechselspannungserfassungseinheit 15 erfasst wird, und, als ein Resultat, unterscheidet sich der Wert der Gleichspannung von dem Spitzenwert der Wechselspannung. Daher berechnet gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Berechnungseinheit 21 in der Leckstromerfassungseinheit 16 den Unterschied zwischen dem Wert der Wechselspannung, der von der Gleichspannungserfassungseinheit 14 erfasst wird, und dem Spitzenwert der Wechselspannung, der von der Wechselspannungserfassungseinheit 15 erfasst wird, und basierend auf dem Unterschied wird ein Auftreten von Leckstrom erfasst.
Der Unterschied zwischen dem Wert der Gleichspannung, der von der Gleichspannungserfassungseinheit 14 erfasst wird, und dem Spitzenwert der Wechselspannung, der von der Wechselspannungserfassungseinheit 15 erfasst wird, ist proportional zu der Stärke des Leckstroms. Das wird unter Bezugnahme auf 6 erklärt.
6 ist ein Diagramm, das schematisch eine Spannung über dem Gleichstromlinkkondensator veranschaulicht, die von einem Auftreten von Leckstrom verursacht wird. In der Zeitspanne bis zu der Zeit t₁, während der der Wandler 11 den Wechselstrom, der von der Drehstromversorgung 3 eingegeben wird, in Gleichstrom umwandelt und den Gleichstrom zu dem Gleichstromlink ausgibt, führen die Umschaltvorrichtungen in dem Inverter 13 keinen Umschaltvorgang aus, der Wert der Gleichspannung, die von dem Wandler 11 zu dem Gleichspannungslink ausgegeben wird, ist gleich dem Spitzenwert der Wechselspannung auf der Wechselstromeingangsseite. Wenn der Inverter 13 anschließend einen Stromumwandlungsvorgang ausführt, mit den Umschaltvorrichtungen darin, die Umschaltvorgänge ausführen, fließt ein Leckstrom durch die Wechselstromversorgung 3, den Wandler 11, den Inverter 13 und die Streukapazität 20, und ein Teil des Leckstroms fließt durch den Gleichstromlinkkondensator 12. Als ein Resultat beginnt die Spannung über dem Gleichstromlinkkondensator 12 zuzunehmen, und der Wert der Gleichspannung, der von der Gleichspannungserfassungseinheit 14 erfasst wird, beginnt, sich von dem Spitzenwert der Wechselspannung, der von der Wechselspannungserfassungseinheit 15 erfasst wird, zu unterscheiden. Die Spannung über dem Gleichstromlinkkondensator 12, in den Leckstrom fließt, wird konstant, nachdem sie bis zu einem bestimmten Pegel angestiegen ist. Die Gleichung 3 gilt, wobei ΔV die Erhöhung der Spannung über dem Gleichstromlinkkondensator 12 ist, i der Leckstrom ist, der in den Gleichstromlinkkondensator 12 fließt, Q die Erhöhung der Ladung des Gleichstromlinkkondensators 12 ist, und C die Kapazität des Gleichstromlinkkondensators 12 ist. In Gleichung 3 ist t eine Zeitspanne ab dem Zeitpunkt, in dem die Spannung über dem Gleichstromlinkkondensator 12 zu steigen beginnt (das heißt von dem Zeitpunkt t₁, in dem die Umschaltvorgänge durch die Umschaltvorrichtungen in dem Inverter 13 beginnen), bis zu dem Zeitpunkt, in dem die Spannung des Gleichstromlinkkondensators 12 einen in etwa konstanten Wert erreicht, nachdem sie eine Erhöhung erfahren hat. $Q = C Δ V$
Die Gleichung 3 wird als Gleichung 4 neu geordnet. $Δ V = \frac{Q}{C} = \frac{i}{C} t$
Wie aus Gleichung 4 ersichtlich ist, kann die Spannungserhöhung ΔV über dem Gleichstromlinkkondensator 12 durch Zeitintegration des Leckstroms i, der in den Gleichstromlinkkondensator 12 fließt, ausgedrückt werden. Die Gleichung 4 wird als Gleichung 5 neu geordnet. $i = \frac{C Δ V}{t}$
Wie oben unter Bezugnahme auf 2B beschrieben, fließt ein Teil (das heißt i) des Leckstroms, der durch die Streukapazität 200, die Wechselstromversorgung 3 und den Wandler 11 fließt, in den Gleichstromlinkkondensator 12, und der Rest fließt durch den Inverter 13. Das Verhältnis des Leckstroms i, der in den Gleichstromlinkkondensator 12 fließt, und des Leckstroms, der durch den Inverter 13 fließt, ist in etwa der Kehrwert des Impedanzverhältnisses zwischen dem Gleichstromlinkkondensator 12 und dem Inverter 13. Mit anderen Worten sind der Leckstrom I, der durch die Streukapazität 200, die Wechselstromversorgung 3 und den Wandler 11 fließt, und der Leckstrom i, der in den Gleichstromlinkkondensator 12 fließt, in einer proportionalen Beziehung. Es gilt die Gleichung 6, bei der K ein Proportionalitätskoeffizient ist. $I = Ki$
Durch Ersetzen der Gleichung 5 in Gleichung 6, erhält man die Gleichung 7. $I = \frac{KC Δ V}{t}$
Wie aus Gleichung 7 ersichtlich ist, ist der Leckstrom I, der durch die Streukapazität 200, die Wechselstromversorgung 3 und den Wandler 11 fließt, zu der Spannungserhöhung über den Gleichstromlinkkondensator 12 proportional. Die Spannung über dem Gleichstromlinkkondensator 12, die von dem Leckstrom, der in ihn fließt, verursacht wird, erreicht Sättigung, nachdem sie bis zu einem bestimmten Pegel gestiegen ist, und der Wert der Gleichspannung, der von der Gleichspannungserfassungseinheit 14 erfasst wird, unterscheidet sich von dem Spitzenwert der Wechselspannung, der von der Wechselspannungserfassungseinheit 15 erfasst wird. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform berechnet die Berechnungseinheit 21 in der Leckstromerfassungseinheit 16 den Unterschied zwischen dem Wert der Wechselspannung, der von der Gleichspannungserfassungseinheit 14 erfasst wird, und dem Spitzenwert der Wechselspannung, der von der Wechselspannungserfassungseinheit 15 erfasst wird, und basierend auf dem Unterschied wird ein Auftreten von Leckstrom erfasst. In der Gleichung sind die Kapazität C des Gleichstromlinkkondensators 12, der Unterschied ΔV zwischen dem Wert der Gleichspannung, der von der Gleichspannungserfassungseinheit 14 erfasst wird, und der Spitzenwert der Wechselspannung, der von der Wechselspannungserfassungseinheit 15 erfasst wird (Spannungserhöhung über dem Gleichstromlinkkondensator 12) sowie die Zeit t von dem Zeitpunkt, in dem die Spannung über dem Gleichstromlinkkondensator 12 zu steigen beginnt, bis zu dem Zeitpunkt, in dem die Spannung über dem Gleichstromlinkkondensator 12 in etwa konstant wird, nachdem sie eine Erhöhung erfahren hat, alle messbare Parameter. Der Proportionalitätskoeffizient K in Gleichung 7 ist ein Parameter, der von den Verdrahtungsimpedanzen der Stromleitung und Erdungsleitung des Motoransteuergeräts C1 und dergleichen abhängt.
Die 7 bis 10 veranschaulichen Resultate von Simulationsanalysen, die auf den Reihen von Vorgängen, die oben unter Bezugnahme auf die 3 bis 6 beschrieben sind, ausgeführt wurden. Die Simulation wurde in einem Aufbau derart ausgeführt, dass die Umschaltvorrichtungen in dem Inverter 13 Umschaltvorgänge in bestimmten Zeitintervallen ausführen, während der Wandler 11 den Wechselstrom, der von der Wechselstromversorgung 3 eingegeben wird, in Gleichstrom umwandelt und den Gleichstrom zu dem Gleichstromlink ausgibt. Die Kapazität C_MOTOR der Streukapazität 200 wurde als kleiner als die Gesamtkapazität (C_PG + C_NG) der Y-Kondensatoren 31P und 31N eingestellt.
7 veranschaulicht ein Resultat einer Simulation einer Spannungsschwankung über dem Gleichstromlinkkondensator, die durch ein Auftreten von Leckstrom verursacht wird. In 7 benennen gestrichelte Linien das Spannungspotenzial der positiven Seite des Gleichspannungslinks in Bezug auf das Erdpotenzial, lang-kurz gestrichelte Linien benennen das Gleichstrompotenzial der negativen Seite des Gleichstromlinks in Bezug auf das Erdpotenzial, und durchgehende Linien benennen die Spannung, die über der Streukapazität 200 angelegt wird. Wie aus 7 ersichtlich ist, wird, wenn kein Ansteuerwechselstrom durch den Motor 2 fließt, das Gleichstrompotenzial der positiven Seite oder das Gleichstrompotenzial der negativen Seite des Gleichstromlinks in Bezug auf das Erdpotenzial über die Streukapazität 200 angelegt. Wenn zum Beispiel die Umschaltvorrichtungen für alle drei Phasen auf dem unteren Arm des Inverters 13 Ein sind und die Umschaltvorrichtungen für alle drei Phasen auf dem oberen Arm Aus sind, wird das Gleichstrompotenzial der negativen Seite des Gleichstromlinks in Bezug auf das Erdpotenzial über die Streukapazität 200 angelegt. Wenn der Betrieb der Umschaltvorrichtungen von dem Zustand, in dem die Umschaltvorrichtungen für alle drei Phasen auf dem unteren Arm des Inverters 13 Ein sind, und die Umschaltvorrichtungen für alle drei Phasen auf dem oberen Arm Aus sind, auf den Zustand, in dem die Umschaltvorrichtungen für alle drei Phasen auf dem unteren Arm Aus sind und die Umschaltvorrichtungen für alle 3 Phasen auf dem oberen Arm Ein sind, übergeht, ändert sich die Spannung, die über der Streukapazität 200 angelegt wird, von dem Gleichstrompotenzial der negativen Seite zu dem Gleichstrompotenzial der positiven Seite des Gleichstromlinks in Bezug auf das Erdpotenzial, was in dem Simulationsresultat, das in 7 veranschaulicht ist, erscheint. Während dieser Änderungen sammelt die Streukapazität 200 eine Ladung, die auf das Entladen durch den Gleichstromlinkkondensator 12 und den Y-Kondensator 31P zurückzuführen ist. Zu bemerken ist, dass die Kapazität des Gleichstromlinkkondensators 12 viel größer ist als die Kapazität des Y-Kondensator 31P, und die Spannung, die über dem 12 angelegt wird, V_PN, ändert sich wenig. Der Transfer von Ladungen zwischen der Streukapazität 200 und den Y-Kondensatoren 31P und 31N erscheint daher als eine Erscheinung, dass sich das Gleichstrompotenzial der positiven Seite und das Gleichstrompotenzial der negativen Seite des Gleichstromlinks in Bezug auf das Erdpotenzial in dieselbe Richtung um dieselbe Menge, wie in 7 veranschaulicht, ändern.
8 veranschaulicht ein Resultat einer Simulation von Schwankungen der Wechselspannung auf der Wechselstromeingangsseite des Wandlers, die von einem Auftreten von Leckstrom verursacht werden. In 8 benennen gestrichelte Linien die R-Phasen-Wechselspannung auf der Wechselstromeingangsseite des Wandlers 11, durchgehende Linien benennen die S-Phasen-Wechselspannung auf der Wechselstromeingangsseite des Wandlers 11, und lang-kurz gestrichelte Linien benennen T-Phasen-Wechselspannung auf der Wechselstromeingangsseite des Wandlers 11. Wie oben unter Bezugnahme auf 5 beschrieben, wird, wenn das Gleichstrompotenzial der positiven Seite und das Gleichstrompotenzial der negativen Seite des Gleichstromlinks in Bezug auf das Erdpotenzial schwanken, eine Spannung, die von der Schwankungsamplitude abhängt, über die Wechselstromdrosseln 18 angelegt, und das erscheint als Schwankungen in R-Phasen-, S-Phasen-und T-Phasen-Wechselspannungen in dem Simulationsresultat, das in 8 veranschaulicht ist.
9 veranschaulicht ein Resultat einer Simulation von Flüssen von Wechselstrom, die von einem Auftreten von Leckstrom verursacht werden und durch Wechselstromdrosseln auf der Wechselstromeingangsseite des Wandlers fließen. In 9 benennen gestrichelte Linien den Wechselstrom, der durch die R-Phasen-Wechselspannungsdrossel 18 auf der Wechselstromeingangsseite des Wandlers 11 fließt, durchgehende Linien benennen den Wechselstrom, der durch die S-Phasen-Wechselstromdrossel 18 auf der Wechselstromeingangsseite des Wandlers 11 fließt, und lang-kurz gestrichelte Linien benennen den Wechselstrom, der durch die T-Phasen-Wechselstromdrossel 18 auf der Wechselstromeingangsseite des Wandlers 11 fließt. Die Spannung, die über die Wechselstromdrosseln 18 angelegt wird, die von der Schwankungsamplitude des Gleichstrompotenzials der positiven Seite und des Wechselstrompotenzials der negativen Seite des Gleichstromlinks in Bezug auf das Erdpotenzial abhängt, erzeugt Energie in den Wechselstromdrosseln 18, und aus 9 ist ersichtlich, dass Ströme durch die R-Phasen-, S-Phasen-und T-Phasen-Wechselstromdrosseln 18 fließen. Man sieht auch, dass, wie oben unter Bezugnahme auf 6 beschrieben, Ströme in umgekehrte Richtung durch den Effekt der Induktanz der Y-Kondensatoren 31P und 31N fließen.
10 veranschaulicht ein Resultat einer Simulation der Ladungsmenge, die von einem Auftreten von Leckstrom verursacht wird und in den Gleichstromlinkkondensator fließt. Wechselstrom fließt durch die R-Phasen-, S-Phasen-und T-Phasen-Wechselstromdrosseln 18 in Abhängigkeit von der Schwankungsamplitude des Gleichstrompotenzials der positiven Seite und des Gleichstrompotenzials der negativen Seite des Gleichstromlinks in Bezug auf das Erdpotenzial, und diese Wechselströme werden von dem Wandler 11 in Gleichströme umgewandelt (gleichgerichtet), und aus 10 ist ersichtlich, dass diese Ströme als Ladungen, die in den Gleichstromlinkkondensator 12 flie-ßen, erscheinen.
Wie oben unter Bezugnahme auf die 3 bis 10 beschrieben, verursachen Hochgeschwindigkeitsumschaltvorgänge durch die Umschaltvorrichtungen in dem Inverter 13 bei Gegenwart der Streukapazität 200 einen Leckstrom, und dieser Leckstrom lässt die Spannung, die über den Gleichstromlinkkondensator 12 angelegt wird, schwanken, das heißt er lässt das Spannungspotenzial der positiven Seite und das Spannungspotenzial der negativen Seite des Gleichstromlinks in Bezug auf das Erdpotenzial schwanken.
Das Ansteuern eines Motors verursacht im Allgemeinen einen Leckstrom mit einer bestimmten Stärke, die groß oder klein ist. Je größer der Leckstrom ist, der durch das Ansteuern eines Motors verursacht wird, desto wahrscheinlicher ist es, dass der Leckstrom eine Funktionsstörung oder Beschädigung des Motoransteuergeräts oder seiner peripheren Vorrichtungen verursacht. Ein Leckstrom kann auch nicht groß genug sein, um eine Funktionsstörung oder Beschädigung des Motoransteuergeräts oder seiner peripheren Vorrichtungen zu verursachen. Ein Schwellenwert für das Erfassen des Leckstroms kann daher eingestellt werden, und zum Unterscheiden „eines Auftretens von Leckstrom, der eine Funktionsstörung oder Beschädigung verursachen würde“ von „einem Auftreten von Leckstrom, der keine Funktionsstörung oder Beschädigung verursachen würde“, verwendet werden.
11 veranschaulicht ein Motoransteuergerät gemäß einem modifizierten Beispiel einer Ausführungsform. Gemäß diesem modifizierten Beispiel weist das Motoransteuergerät 1, das in 11 veranschaulicht ist, ferner eine Bestimmungseinheit 22 in der Leckstromerfassungseinheit 16 auf, die konfiguriert ist, um zu bestimmen, dass ein Leckstrom, der durch Ansteuern eines Motors verursacht wird, aufgetreten ist, wenn der Unterschied, der von der Berechnungseinheit 21 berechnet wird, einen Schwellenwert, der im Voraus festgelegt wird, überschreitet. Der Schwellenwert, der für die Bestimmungsverarbeitung durch die Bestimmungseinheit 22 in der Leckstromerfassungseinheit 16 zu verwenden ist, wird bevorzugt auf einen Wert eingestellt, der kleiner ist als der Wert des Leckstroms, der eine Funktionsstörung oder Beschädigung des Motoransteuergeräts 1 oder seiner peripheren Vorrichtungen verursachen würde, mit einer bestimmten Sicherheitsmarge. Die Bestimmungseinheit 22 bestimmt, dass ein Leckstrom, der durch Ansteuern eines Motors verursacht wird (der eine Funktionsstörung oder Beschädigung verursachen würde) aufgetreten ist, wenn der Unterschied, der von der Berechnungseinheit 21 berechnet wird, den Schwellenwert überschreitet, und bestimmt, dass kein Leckstrom, der von dem Ansteuern eines Motors verursacht wird (der eine Funktionsstörung oder Beschädigung verursachen würde) aufgetreten ist, wenn der Unterschied, der von der Berechnungseinheit 21 berechnet wird, den Schwellenwert nicht überschreitet. Das Resultat der Bestimmung wird zu der Bekanntgabeeinheit 17 gesendet. Die Bekanntgabeeinheit 17 gibt dem Benutzer bekannt, dass „ein Leckstrom (der eine Funktionsstörung oder Beschädigung verursachen würde) aufgetreten ist“, oder dass „kein Leckstrom (der eine Funktionsstörung oder Beschädigung verursachen würde) aufgetreten ist“. Der Benutzer, der mittels der Bekanntgabeeinheit 17 erfahren hat, dass „ein Leckstrom (der eine Funktionsstörung oder Beschädigung verursachen würde) aufgetreten ist“, kann zum Beispiel eine Änderung des Designs ausführen, wie ein Kabel, das mit dem Motor 2 verbunden ist, oder ein Kabel, das die Wechselstromversorgung 3 mit dem Motoransteuergerät 1 verbindet, mit einem stärkeren Kabel ersetzen oder eine Rauschabsorptionsschaltung ersetzen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung, kann ein Motoransteuergerät, das ein einfaches und präzises Erfassen des Zustands des Auftretens eines Leckstroms ermöglicht, bereitgestellt werden.

Claims

Motoransteuergerät (1), das Folgendes umfasst: - einen Wandler (11), der konfiguriert ist, um Wechselstrom, der von einer Wechselstromversorgung (3) eingegeben wird, in Gleichstrom umzuwandeln und den Gleichstrom zu einem Gleichstromlink auszugeben; - eine Wechselstromdrossel (18), die auf einer Wechselstromeingangsseite des Wandlers (11) bereitgestellt ist; - einen Gleichstromlinkkondensator (12), der für den Gleichstromlink vorgesehen ist; - einen Inverter (13), der konfiguriert ist, um den Gleichstrom in dem Gleichstromlink in Wechselstrom zum Ansteuern eines Motors und zum Ausgeben des Wechselstroms umzuwandeln; - eine Gleichspannungserfassungseinheit (14), die konfiguriert ist, um den Wert der Gleichspannung, die über dem Gleichstromlinkkondensator (12) angelegt wird, zu erfassen; - eine Wechselspannungserfassungseinheit (15), die konfiguriert ist, um einen Spitzenwert der Wechselspannung auf der Wechselstromeingangsseite des Wandlers (11) zu erfassen, und - eine Leckstromerfassungseinheit (16), die konfiguriert ist, um einen Leckstrom zu erfassen, der durch das Ansteuern des Motors verursacht wird, basierend auf dem Wert der Gleichspannung, der von der Gleichspannungserfassungseinheit (14) erfasst wird, und auf dem Spitzenwert der Wechselspannung, der von der Wechselspannungserfassungseinheit (15) erfasst wird; wobei die Leckstromerfassungseinheit (16) eine Berechnungseinheit (21) umfasst, die konfiguriert ist, um einen Unterschied zwischen dem Wert der Gleichspannung, der von der Gleichspannungserfassungseinheit (14) erfasst wird, und dem Spitzenwert der Wechselspannung, der von der Wechselspannungserfassungseinheit (15) erfasst wird, zu berechnen, und ein Auftreten von Leckstrom, das durch das Ansteuern des Motors verursacht wird, basierend auf dem Unterschied erfasst, der von der Berechnungseinheit (21) berechnet wird.
Motoransteuergerät (1) nach Anspruch 1, wobei die Leckstromerfassungseinheit (16) ferner eine Bestimmungseinheit (22) umfasst, die konfiguriert ist, um zu bestimmen, dass ein Leckstrom, der durch Ansteuern des Motors verursacht wird, aufgetreten ist, wenn der von der Berechnungseinheit (21) berechnete Unterschied einen Schwellenwert überschreitet, der im Voraus festgelegt ist.
Motoransteuergerät (1) nach Anspruch 1 oder 2, das ferner eine Bekanntgabeeinheit (17) umfasst, die konfiguriert ist, um bekanntzugeben, dass ein Leckstrom aufgetreten ist, wenn die Leckstromerfassungseinheit (16) einen Leckstrom, der durch Ansteuern des Motors verursacht wird, erfasst hat.