DE102018120486A1

DE102018120486A1 - Motorantriebsvorrichtung mit im Verstärkungsverhältnis gesteuertem PWM-Wandler

Info

Publication number: DE102018120486A1
Application number: DE102018120486.8A
Authority: DE
Inventors: Wataru KUROKI
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-08-28
Filing date: 2018-08-22
Publication date: 2019-03-21
Anticipated expiration: 2038-08-23
Also published as: CN109428533A; US20190068106A1; DE102018120486B4; US10566923B2; JP6496371B2; CN109428533B; JP2019041525A

Abstract

Eine Motorantriebsvorrichtung 1 beinhaltet einen PWM-Wandler 11, der konfiguriert ist, den von einer Wechselstromversorgung 2 gelieferte Wechselstrom durch eine PWM-Steuerung in Gleichstrom umzuwandeln und sie einem Gleichstrom - Zwischenkreis zuzuführen, einen Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12, der im Gleichstrom - Zwischenkreis vorgesehen ist und den Gleichstrom speichern kann, einen Wechselrichter 13, der konfiguriert ist, den Gleichstrom im Gleichstrom - Zwischenkreis in Wechselstrom für den Motorantrieb umzuwandeln und auszugeben, und eine Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14, die konfiguriert ist, das Verstärkungsverhältnis als das Verhältnis des Wertes der Ausgangsgleichspannung des PWM-Wandlers 11 zum Spitzenwert der Eingangswechselspannung aus der Wechselstromversorgung 2 zu steuern, um es zu ermöglichen, einen Motor 3 unter Verwendung der Wechselstromversorgung anzutreiben, indem die im Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 gespeicherte Gleichstromversorgung durch den Wechselrichter 13 während der Abschaltung der Gleichstromversorgung aus dem PWM-Wandler 11 zum Gleichstrom - Zwischenkreis umgewandelt wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Motorantriebsvorrichtung mit einem im Verstärkungsverhältnis gesteuertem PWM-Wandler.
Beschreibung der verwandten Technik
In einer Motorantriebsvorrichtung, die Motoren in einer Werkzeugmaschine, Schmiedemaschine, Spritzgussmaschine oder verschiedenen Robotern antreibt, wird der von einer Wechselstromversorgung gelieferte Wechselstrom vorübergehend in Gleichstrom umgewandelt, wobei der Gleichstrom weiter in Wechselstrom umgewandelt wird, und der Wechselstrom als Antriebsleistung für den für jede Antriebsachse vorgesehenen Motor verwendet. Die Motorantriebsvorrichtung beinhaltet einen Wandler (Gleichrichter), der den von einer Wechselstromversorgung gelieferten Wechselstrom gleichstellt und Gleichstrom abgibt, und einen Wechselrichter, der mit einem Gleichstrom - Zwischenkreis auf der Gleichspannungsseite des Wandlers verbunden ist und eine gegenseitige Leistungsumwandlung zwischen dem Gleichstrom des Gleichstrom - Zwischenkreises und dem Wechselstrom, der als Antriebsleistung oder Regenerativstrom für den Motor dient, durchführt, und die Vorrichtung steuert die Drehzahl, das Drehmoment oder die Rotorposition des Motors, der mit der Wechselspannungsseite des Wechselrichters verbunden ist. Im Gleichstrom - Zwischenkreis ist ein Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator vorgesehen, der den DC-Ausgang des Umwandlers mit dem DC-Eingang des Wechselrichters verbindet. Der Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator fungiert als Glättungskondensator zum Unterdrücken der Pulsation des DC-Ausgangs des Wandlers und als elektrische Speichervorrichtung, die Gleichstrom speichern kann.
In den letzten Jahren wird als Wandler für eine Motorantriebsvorrichtung ein PWM-gesteuerter Wandler (im Folgenden bezeichnet als „PWM-Wandler“) eingesetzt, der bei Motorverzögerung erzeugten Regenerativstrom in eine Wechselstromversorgung zurückführen kann. Der PWM-Wandler ist in einer Brückenschaltung aus Halbleiterschaltelementen und Dioden implementiert, die antiparallel mit den Schaltelementen verbunden sind, und ist konfiguriert, um die Leistung zwischen dem Wechselstrom in der Wechselstromversorgung und dem Gleichstrom im Gleichstrom - Zwischenkreis durch PWM-Steuerung des Schaltvorgangs der internen Halbleiterschaltelemente umzuwandeln. Vorteilhafterweise hat der PWM-Wandler einen Leistungsfaktor von nahezu 1 und kann die Gleichspannung im Gleichstrom - Zwischenkreis auf eine gewünschte Spannung verstärken, die gleich oder höher ist als der Spitzenwert der Eingangswechselspannung aus der Wechselstromversorgung. Das Verhältnis des Wertes der Ausgangsgleichspannung des PWM-Wandlers zum Spitzenwert der Eingangswechselspannung der Wechselstromversorgung (d. h. (Wert der Ausgangsgleichspannung des PWM-Wandlers)/(Spitzenwert der Eingangswechselspannung der Wechselstromversorgung) × 100 [%]) wird als „Verstärkungsverhältnis“ bezeichnet. Die Gleichspannung im Gleichstrom - Zwischenkreis kann auf einen gewünschten Wert eingestellt werden, indem der Leistungsumwandlungsvorgang des PWM-Wandlers basierend auf dem Verstärkungsverhältnis gesteuert wird.
Wie z. B. in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. H10-304668 offenbart, beinhaltet eine PWM-Wandlervorrichtung einen PWM-Wandler, der über eine Wechselstromdrossel mit einer Wechselstromversorgung verbunden ist, einen Glättungskondensator, der mit einer Gleichspannungsseite des PWM-Wandlers verbunden ist, und eine Lastvorrichtung mit einer Spannung des Glättungskondensators als Spannungsquelle, und steuert einen Eingangsstrom des PWM-Wandlers, um die Spannung des Glättungskondensators auf eine Spannung einzustellen, die auf einem Gleichspannungssollwert basiert, der bekanntermaßen Mittel zum Anzeigen eines Ladestroms beinhaltet, der dem Glättungskondensator zugeführt werden soll, und steuert den PWM-Wandler, um die Spannung des Glättungskondensators auf eine durch den Gleichspannungssollwert angezeigte Sollspannung zu verstärken, basierend auf einem Befehl des Ladestroms bei Aktivierung.
Wie z. B. in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2004-15939 offenbart, ist eine Ladevorrichtung für einen Kondensator, der konfiguriert ist, um einen Leistungskondensator mit einer geerdeten oder auf eine Sollspannung geerdete Elektrode wiederholt aufzuladen, bekannt dafür, dass sie eine Wechselrichtereinheit beinhaltet, die eine Dreiphasen-, Dreileiter-Wechselstromversorgung mit einer Phase verwendet, die als Eingang geerdet ist, die Gleichrichtung und Glättung durch einen V-verbundenen Diodengleichrichter oder eine PWM-Wandlerschaltung durchführt, und erhält positive und negative Gleichspannungsausgänge für die geerdete Phase der Wechselstromversorgung und die geerdete Elektrode des Leistungskondensators sowie einen ersten Halbleiterschalter, der unter Verwendung der positiven und negativen Gleichstromausgänge der Wandlereinheit einen Kurzschlussstrom an eine Drosselspule liefert, wobei die Vorrichtung einen nicht isolierten Ladedrossel-Schaltkreis beinhaltet, der einen verstärkten Ladestrom über eine Ladestrompfad-bildende Diode von der Drosselspule zum Leistungskondensator durch eine AUS-Steuerung des Halbleiterschalters liefert.
Wie z. B. in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2016-144374 offenbart,, ist bekannt, dass eine Motorantriebsvorrichtung einen PWM-Wandler beinhaltet, der die Wechselstromeingabe von einer Niederspannungs-Wechselstromversorgung in Gleichstrom durch PWM-Steuerung umwandelt, einen Wechselrichter, der den Gleichstrom empfängt und den Gleichstrom in Wechselstrom zum Antreiben eines Motors umwandelt, und eine elektrische Speichervorrichtung, die zwischen dem PWM-Wandler und dem Wechselrichter verbunden ist, wobei der PWM-Wandler eine Kapazität der elektrischen Speichervorrichtung reduziert, indem er arbeitet, um einen Eingangs-/ Ausgangsstrom oder eine Eingangs-/ Ausgangsleistung auf einen bestimmten Sollwert zu begrenzen, der mit einer Spannung versorgt wird, die niedriger ist als eine Spannung, die zum Antreiben des Motors aus der Niederspannungs-Wechselstromversorgung erforderlich ist, und eine Gleichstrom - Zwischenkreisspannung, die als Ausgangsspannung dient, auf eine Spannung verstärkt, die den Motor antreiben kann.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Wenn die Wechselstromzufuhr von der Wechselstromversorgung für den PWM-Wandler aufgrund eines Stromausfalls unterbrochen wird, kann der PWM-Wandler keinen Leistungsumwandlungsvorgang zum Umwandeln von Wechselstrom in Gleichstrom mehr durchführen, so dass dem Gleichstrom - Zwischenkreis kein Gleichstrom zugeführt wird. Da Gleichstromleistung jedoch in dem in dem Gleichstrom - Zwischenkreis vorgesehenen Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator gespeichert ist, kann der Motor auch während des Stromausfalls der Wechselstromversorgung bis zu einem gewissen Grad über den Ausgangswechselstrom angetrieben werden, indem die in dem Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator gespeicherte Gleichstromleistung durch den Wechselrichter umgewandelt wird. Die Zeitdauer (im Folgenden „zulässige Stromausfallzeit“ genannt), während der der Motor mit einem Ausgangswechselstrom angetrieben werden kann, indem die in dem Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator gespeicherte Gleichstromleistung vom Wechselrichter während des Stromausfalls der Wechselstromversorgung umgewandelt wird, wird basierend auf dem Ausgang des Wechselrichters und der Menge der in dem Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator gespeicherten Gleichstromleistung zum Zeitpunkt des Auftretens des Stromausfalls bestimmt. Mit anderen Worten kann die zulässige Stromausfallzeit, in der der Motor während des Stromausfalls der Wechselstromversorgung angetrieben werden kann, als ein Kriterium für die Beständigkeit der Motorantriebsvorrichtung gegenüber einem Stromausfall angesehen werden.
Wenn der PWM-Wandler im Normalzustand auf ein hohes Verstärkungsverhältnis gesteuert wird, ist, wenn ein Stromausfall in der Wechselstromversorgung auftritt, die zulässige Stromausfallzeit, in der der Motor während des Stromausfalls der Wechselstromversorgung betrieben werden kann, lang, da die in dem Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator gespeicherte Gleichstromleistungsmenge zum Zeitpunkt des Auftretens des Stromausfalls groß ist. Nachteilig ist jedoch, dass durch die Schaltverluste des PWM-Wandlers und des Wechselrichters in großen Mengen Wärme erzeugt wird. Als weiterer Nachteil wird Wärme in großen Mengen durch Widerstandskomponenten in der Motorantriebsvorrichtung erzeugt, die z. B. durch einen Ableitwiderstand, einen Abgleichwiderstand und einen Strombegrenzungswiderstand für LED-Beleuchtung, die auf dem Gleichstrom - Zwischenkreis platziert sind, und den parasitären Widerstand des Kondensators typisiert sind.
Wenn der PWM-Wandler im Normalzustand auf ein geringes Verstärkungsverhältnis gesteuert wird, ist, wenn ein Stromausfall in der Wechselstromversorgung auftritt, die zulässige Stromausfallzeit während des Stromausfalls der Wechselstromversorgung nachteiligerweise kurz, da die im Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator gespeicherte Gleichstromleistungsmenge zum Zeitpunkt des Auftretens des Stromausfalls klein ist. Durch die Schaltverluste des PWM-Wandlers und des Wechselrichters wird jedoch wenig Wärme erzeugt, und durch die Widerstandskomponenten in dem Gleichstrom - Zwischenkreis wird wenig Wärme erzeugt.
Auf diese Weise gibt es bei einer Motorantriebsvorrichtung, die einen PWM-Wandler aufweist, herkömmlicherweise ein Problem: das Einstellen des Verstärkungsverhältnisses, das verwendet wird, um den PWM-Wandler auf hoch zu steuern, führt zu einer langen zulässigen Stromausfallzeit, aber auch zu einer großen Wärmeentwicklung aufgrund der Schaltverluste des PWM-Wandlers und des Wechselrichters und der Widerstandskomponenten in dem Gleichstrom - Zwischenkreis, während das Einstellen des Verstärkungsverhältnisses auf niedrig zu einer kleinen Wärmeentwicklung aufgrund der Schaltverluste des PWM-Wandlers und des Wechselrichters und der Widerstandskomponenten in dem Gleichstrom - Zwischenkreis, aber zu einer kurzen zulässigen Stromausfallzeit führt und beispielsweise ein Problem darstellt: um die zulässige Stromausfallzeit zu verlängern und die durch die Schaltverluste des PWM-Wandlers und des Wechselrichters und der Widerstandskomponenten am Gleichstrom - Zwischenkreis erzeugte Wärmemenge zu reduzieren, kann die Kapazität des Gleichstrom - Zwischenkreiskondensators erhöht oder eine USV (Unterbrechungsfreie Stromversorgung) oder dergleichen zusätzlich verwendet werden, aber solche Ansätze erhöhen die Kosten und den Platzbedarf. Daher ist es wünschenswert, eine Motorantriebsvorrichtung, die einen kostengünstigen, platzsparenden PWM-Wandler aufweist, zu realisieren, die eine lange zulässige Stromausfallzeit aufweist und wenig Wärme aufgrund der Schaltverluste des PWM-Wandlers und des Wechselrichters sowie der Widerstandskomponenten in dem Gleichstrom - Zwischenkreis erzeugt.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet eine Motorantriebsvorrichtung einen PWM-Wandler, der konfiguriert ist, von einer Wechselstromversorgung gelieferten Wechselstrom in Gleichstrom durch die PWM-Steuerung umzuwandeln und den Gleichstrom einem Gleichstrom - Zwischenkreis zuzuführen, einen Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator, der im Gleichstrom - Zwischenkreis vorgesehen und konfiguriert ist, um die Gleichstromleistung zu speichern, einen Wechselrichter, der konfiguriert ist, um den Gleichstrom in dem Gleichstrom - Zwischenkreis in Wechselstrom zum Antrieb des Motors umzuwandeln und den Wechselstrom auszugeben, und eine Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit, die konfiguriert ist, um ein Verstärkungsverhältnis als Verhältnis eines Wertes einer Ausgangsgleichspannung, die von dem PWM-Wandler ausgegeben wird, zu einem Spitzenwert einer Eingangswechselspannung, die von der Wechselstromversorgung geliefert wird, zu steuern, um zu ermöglichen, dass ein Motor unter Verwendung eines Ausgangswechselstroms angetrieben wird, indem die in dem Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator gespeicherte Gleichstromleistung von dem Wechselrichter während der Abschaltung der Gleichstromversorgung von dem PWM-Wandler zu dem Gleichstrom - Zwischenkreis umgewandelt wird.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden beigefügten Zeichnungen besser verstanden:

1 ist ein Blockdiagramm, das eine Motorantriebsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform darstellt;
2 ist ein Zeitdiagramm, das eine exemplarische Beziehung zwischen der Wechselrichterausgabe (Antriebsleistungsbedarf), die am Antrieb eines Motors beteiligt ist, der Motordrehzahl und dem Verstärkungsverhältnis veranschaulicht, wenn ein Stromausfall bei Drehung des Motors mit einer konstanten Drehzahl in einem ersten Beispiel auftritt;
3 ist ein Zeitdiagramm, das eine exemplarische Beziehung zwischen der Wechselrichterausgabe (Antriebsleistungsbedarf), die am Antrieb eines Motors beteiligt ist, der Motordrehzahl und dem Verstärkungsverhältnis veranschaulicht, wenn ein Stromausfall beim Beschleunigen des Motors im ersten Beispiel auftritt;
4 ist ein Zeitdiagramm, das eine exemplarische Beziehung zwischen der Wechselrichterausgabe (Antriebsleistungsbedarf), die am Antrieb eines Motors beteiligt ist, der Motordrehzahl und dem Verstärkungsverhältnis veranschaulicht, wenn eine Motorantriebsvorrichtung gemäß einem ersten Beispiel in einer Schneidemaschine montiert ist;
5 ist ein Zeitdiagramm, das eine exemplarische Beziehung zwischen der Wechselrichterausgabe (Antriebsleistungsbedarf), die am Antrieb eines Motors beteiligt ist, der Motordrehzahl und dem Verstärkungsverhältnis veranschaulicht, wenn eine Motorantriebsvorrichtung gemäß einem zweiten Beispiel in einer Schneidemaschine montiert ist;
6 ist ein Zeitdiagramm, das eine exemplarische Beziehung zwischen der Wechselrichterausgabe (Antriebsleistungsbedarf), die am Antrieb eines Motors beteiligt ist, der Motordrehzahl und dem Verstärkungsverhältnis veranschaulicht, wenn ein Stromausfall in einer Wechselstromversorgung vor und nach dem Start der Beschleunigung des Motors auftritt, wenn die Motorantriebsvorrichtung gemäß dem zweiten Beispiel in der Schneidemaschine montiert ist;
7 ist ein Zeitdiagramm, das eine exemplarische Beziehung zwischen der Wechselrichterausgabe (Antriebsleistungsbedarf), die am Antrieb eines Motors beteiligt ist, der Motordrehzahl und dem Verstärkungsverhältnis veranschaulicht, wenn eine Motorantriebsvorrichtung gemäß einem dritten Beispiel in einer Schneidemaschine montiert ist; und
8 ist ein Blockdiagramm, das eine Motorantriebsvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Eine Motorantriebsvorrichtung einschließlich einem PWM-Wandler, der im Verstärkungsverhältnis gesteuert wird, wird im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung sich nicht auf die Zeichnungen oder die folgenden Ausführungsformen beschränkt. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente. Diese Zeichnungen verwenden je nach Bedarf unterschiedliche Maßstäbe, um das Verständnis zu erleichtern.
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Motorantriebsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform darstellt. Der Fall, dass ein AC-Motor (nachfolgend einfach als „Motor“ bezeichnet) 3 durch eine Motorantriebsvorrichtung 1 gesteuert wird, die an eine Wechselstromversorgung 2 angeschlossen ist, wird hier als Beispiel angeführt. Die Phasenzahlen der Wechselstromversorgung 2 und des Motors 3 begrenzen diese Ausführungsform nicht wesentlich, und es kann beispielsweise eine drei oder einphasige Konfiguration verwendet werden. In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist die Wechselstromversorgung 2 als Drehstromversorgung und der Motor 3 als Drehstrommotor ausgeführt. Auch der Motortyp 3 schränkt diese Ausführungsform nicht wesentlich ein, und es kann beispielsweise ein Induktions- oder Synchronmotor verwendet werden. 1 veranschaulicht nicht eine Initialladeeinheit, die aus Gründen der Übersichtlichkeit zunächst die Spannung eines Gleichstrom - Zwischenkreiskondensators 12 auflädt.
Die Motorantriebsvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform beinhaltet einen PWM-Wandler 11, einen Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12, einen Wechselrichter 13 und eine Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14.
Der PWM-Wandler 11 wandelt die von der Wechselstromversorgung 2 gelieferte Wechselstromversorgung per PWM-Steuerung in Gleichstrom um und versorgt einen Gleichstrom - Zwischenkreis. Der PWM-Wandler 11 beinhaltet eine AC/DC-Konvertierungseinheit 21, eine Eingangsspannungs-Erfassungseinheit 22, eine Gleichstrom - Zwischenkreisspannungs-Erfassungseinheit 23 und eine Stromausfall-Erfassungseinheit 16. 1 veranschaulicht ein Beispiel, in dem die Eingangsspannungs-Erfassungseinheit 22, die Gleichstrom - Zwischenkreisspannungs-Erfassungseinheit 23 und die Stromausfall-Erfassungseinheit 16 im PWM-Wandler 11 vorgesehen sind, wobei einige oder alle dieser Einheiten außerhalb des PWM-Wandlers 11 vorgesehen sein können.
Die AC/DC-Konvertierungseinheit 21 im PWM-Wandler 11 ist in einer Brückenschaltung von Schaltelementen und Dioden implementiert, die antiparallel mit den Schaltelementen verbunden sind, und wandelt die Leistung zwischen dem Wechselstrom in der Wechselstromversorgung 2 und dem Gleichstrom im Gleichstrom - Zwischenkreis durch EIN/AUS-Steuerung jedes Schaltelements gemäß einem Fahrbefehl basierend auf einer von einer Steuerung 100 empfangenen PWM-Steuerung um. In der in 1 dargestellten Ausführungsform, da die Wechselstromversorgung 2 als Drehstromversorgung dient, ist die AC/DC-Konvertierungseinheit 21 in einer Drehstrom-Brückenschaltung implementiert, während sie in einer Einphasen-Brückenschaltung implementiert ist, wenn die Wechselstromversorgung 2 als einphasige Wechselstromversorgung dient. Beispiele für das Schaltelement in der AC/DC-Konvertierungseinheit 21 können einen unipolaren Transistor, wie etwa einen FET, einen Bipolartransistor, einen IGBT, einen Thyristor und einen GTO, beinhalten, aber die Art des Schaltelements selbst begrenzt diese Ausführungsform nicht, und es können andere Arten von Schaltelementen verwendet werden. Der Wert der Ausgangsgleichspannung der AC/DC-Konvertierungseinheit 21 wird durch eine entsprechende Änderung der Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 (siehe unten), des „Verstärkungsverhältnisses“ als Verhältnis des Wertes der Ausgangsgleichspannung des PWM-Wandlers 11 zum Spitzenwert der Eingangswechselspannung der Wechselstromversorgung 2 (d. h. (Wert der Ausgangsgleichspannung des PWM-Wandlers 11)/(Spitzenwert der Eingangswechselspannung der Wechselstromversorgung 2) × 100 [%]) gesteuert.
Die Eingangsspannungs-Erfassungseinheit 22 erfasst den Wert der Eingangswechselspannung von der Wechselstromversorgung 2. Der Wert der von der Eingangsspannungs-Erfassungseinheit 22 erfassten Wechselspannung wird an die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 und die Stromausfall-Erfassungseinheit 16 gesendet.
Die Gleichstrom - Zwischenkreisspannungs-Erfassungseinheit 23 erfasst den Wert der Ausgangsgleichspannung vom PWM-Wandler 11 (d. h. die an den Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 angelegte Spannung). Der Wert der von der Gleichstrom - Zwischenkreisspannungs-Erfassungseinheit 23 erfassten Gleichspannung wird an die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 und eine Wechselrichter-Steuereinheit 41 gesendet.
Die Stromausfall-Erfassungseinheit 16 erkennt einen Stromausfall in der Wechselstromversorgung 2, basierend auf dem Wert der Eingangswechselspannung von der Wechselstromversorgung 2, der von der Eingangsspannungs-Erfassungseinheit 22 erfasst wird. Der nachfolgend zu bezeichnende „Stromausfall“ bedeutet einen Stromausfall in der Wechselstromversorgung 2. Kriterien zum Bestimmen des Stromausfalls durch die Stromausfall-Erfassungseinheit 16 beinhalten eine Stromausfall-Spannungsschwelle als Kriterium zum Bestimmen des Stromausfalls für den Wechselspannungswert in der Wechselstromversorgung 2 der Motorantriebsvorrichtung 1 und eine Stromausfall-Zeitschwelle als Dauer des Zustands, in dem der Wechselspannungswert in der Wechselstromversorgung 2 der Motorantriebsvorrichtung 1 kleiner als die Stromausfall-Spannungsschwelle ist. Die Stromausfall-Erfassungseinheit 16 bestimmt, dass ein Stromausfall aufgetreten ist, wenn der Wert der Eingangswechselspannung von der Wechselstromversorgung 2, der von der Eingangsspannungs-Erfassungseinheit 22 erfasst wird, für einen Zeitraum, der der Stromausfall-Spannungsschwelle oder mehr entspricht, kleiner als die Stromausfall-Zeitschwelle gehalten wurde. Das von der Stromausfall-Erfassungseinheit 16 erhaltene Bestimmungsergebnis wird an die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 gesendet. Die Stromausfall-Erfassungseinheit 16 ist z. B. in Form eines Softwareprogramms aufgebaut und die Funktion der Stromausfall-Erfassungseinheit 16 wird dadurch realisiert, dass ein im PWM-Wandler 11 vorgesehener Co-Prozessor (nicht dargestellt) gemäß diesem Softwareprogramm arbeitet. Alternativ kann die Stromausfall-Erfassungseinheit 16 als eine Kombination aus verschiedenen elektronischen Schaltungen und einem Softwareprogramm zum Bilden einer integrierten Halbleiterschaltung aufgebaut sein, in die ein Softwareprogramm zur Implementierung der Funktion jeder Einheit geschrieben ist. 1 veranschaulicht ein Beispiel, in dem die Stromausfall-Erfassungseinheit 16 im PWM-Wandler 11 vorgesehen ist, aber außerhalb des PWM-Wandlers 11 und beispielsweise in der Steuerung 100 vorgesehen sein kann. Wenn die Stromausfall-Erfassungseinheit 16 in der Steuerung 100 vorgesehen ist, ist die Stromausfall-Erfassungseinheit 16 in Form eines Softwareprogramms aufgebaut, und die Funktion der Stromausfall-Erfassungseinheit 16 wird dadurch realisiert, dass ein Co-Prozessor in der Steuerung 100 veranlasst wird, dieses Softwareprogramm zu bedienen.
Ein elektromagnetischer Schütz 4 und eine Wechselstromdrossel 5 sind mit dem Wechselstromeingang des PWM-Wandlers 11 verbunden. Das elektromagnetische Schütz 4 öffnet und schließt einen elektrischen Weg, der die Wechselstromversorgung 2 mit dem PWM-Wandler 11 verbindet, gemäß einem von der Steuerung 100 empfangenen Befehl. Beispiele für das elektromagnetische Schütz 4 können ein Relais und ein Leistungshalbleiter-Schaltelement beinhalten.
Der Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 ist in einem Gleichstrom - Zwischenkreis vorgesehen, der den Gleichspannungsausgang des PWM-Wandlers 11 mit dem Gleichspannungseingang des Wechselrichters 13 verbindet. Der Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 weist die Funktion auf, Gleichstrom im Gleichstrom - Zwischenkreis zu speichern und die Pulsation des Gleichstromausgangs des PWM-Wandlers 11 zu unterdrücken. So ist beispielsweise ein Ableitwiderstand 6 parallel zum Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 geschaltet. Nicht nur der Ableitwiderstand 6, sondern auch Widerstände, wie etwa ein Abgleichwiderstand und ein Strombegrenzungswiderstand für die LED-Beleuchtung, können im Gleichstrom - Zwischenkreis vorgesehen sein.
Der Wechselrichter 13 ist über den Gleichstrom - Zwischenkreis mit dem PWM-Wandler 11 verbunden. Der Wechselrichter 13 wandelt den Gleichstrom im Gleichstrom - Zwischenkreis in Wechselstrom für den Motorantrieb um und gibt diese aus. Der Wechselrichter 13 beinhaltet eine DC/AC-Konvertierungseinheit 31 und eine Leistungsberechnungseinheit 15. Die Leistungsberechnungseinheit 15 ist z. B. in Form eines Softwareprogramms aufgebaut und die Funktion der Leistungsberechnungseinheit 15 wird dadurch realisiert, dass ein im Wechselrichter 13 vorgesehener Co-Prozessor (nicht dargestellt) gemäß diesem Softwareprogramm arbeitet. Alternativ kann die Leistungsberechnungseinheit 15 als eine Kombination aus verschiedenen elektronischen Schaltungen und einem Softwareprogramm zum Bilden einer integrierten Halbleiterschaltung aufgebaut sein, in die ein Softwareprogramm zur Implementierung der Funktion jeder Einheit geschrieben ist. 1 veranschaulicht ein Beispiel, in dem die Leistungsberechnungseinheit 15 im Wechselrichter 13 vorgesehen ist, aber außerhalb des Wechselrichters 13 als Modifikation zu diesem Beispiel und beispielsweise in der Steuerung 100 vorgesehen sein kann. Wenn die Leistungsberechnungseinheit 15 in der Steuerung 100 vorgesehen ist, wird die Leistungsberechnungseinheit 15 in Form eines Softwareprogramms aufgebaut, und die Funktion der Leistungsberechnungseinheit 15 wird dadurch realisiert, dass die Recheneinheit in der Steuerung 100 dieses Softwareprogramm bedient.
Die DC/AC-Konvertierungseinheit 31 im Wechselrichter 13 ist z. B. in einer Brückenschaltung von Schaltelementen und Dioden implementiert, die antiparallel mit den Schaltelementen verbunden sind und wandelt die Leistung zwischen dem Gleichstrom im Gleichstrom - Zwischenkreis und des als Antriebsleistung oder Regenerativstrom für den Motor 3 dienenden Wechselstroms durch EIN/AUS-Steuerung jedes Schaltelements, basierend auf dem von der Wechselrichter-Steuereinheit 41 in der Steuerung 100 empfangenen Fahrbefehl, um. In der in 1 dargestellten Ausführungsform, da der Motor 3 als Drehstrommotor dient, ist die DC/AC-Konvertierungseinheit 31 in einer Drehstrom-Brückenschaltung implementiert, während sie in einer Einphasen-Brückenschaltung implementiert ist, wenn der Motor 3 als Drehstrommotor dient. Beispiele für das Schaltelement in der DC/AC-Konvertierungseinheit 31 können einen unipolaren Transistor, wie etwa einen FET, einen Bipolartransistor, einen IGBT, einen Thyristor und einen GTO, beinhalten, aber die Art des Schaltelements selbst begrenzt diese Ausführungsform nicht, und es können andere Arten von Schaltelementen verwendet werden. Der Wechselrichter 13 wird durch die Wechselrichter-Steuereinheit 41 (siehe unten) gesteuert. Insbesondere führt die DC/AC-Konvertierungseinheit 31 im Wechselrichter 13 den Schaltvorgang der internen Schaltelemente basierend auf dem von der Wechselrichter-Steuereinheit 41 empfangenen Fahrbefehl durch, um den Gleichstrom im Gleichstrom - Zwischenkreis in Wechselstrom mit einer gewünschten Spannung und einer gewünschten Frequenz zum Antreiben des Motors 3 umzuwandeln (Inversionsbetrieb). Der Motor 3 arbeitet somit z. B. basierend auf der variablen Spannung und der variablen Frequenz des Wechselstroms. Regenerativstrom kann z. B. während der Verzögerung des Motors 3 auftreten, aber in diesem Fall führt die DC/AC-Konvertierungseinheit 31 im Wechselrichter 13 basierend auf dem von der Wechselrichter-Steuereinheit 41 erhaltenen Fahrbefehl den Schaltvorgang der internen Schaltelemente durch, um den im Motor 3 erzeugten Wechselstrom-Regenerativstrom in Gleichstrom umzuwandeln und in den Gleichstrom - Zwischenkreis zurückzuführen (Konvertierungsbetrieb).
Die Leistungsberechnungseinheit 15 berechnet einen Antriebsleistungsbedarf als eine Gleichstromleistungsmenge, die für den Antrieb des Motors 3 während der zulässigen Stromausfallzeit benötigt wird. Die Verarbeitung zur Berechnung eines Antriebsleistungsbedarfs durch die Leistungsberechnungseinheit 15 wird im Folgenden näher beschrieben.
Die Steuerung 100 beinhaltet eine Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 und eine Wechselrichter-Steuereinheit 41. Die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 und die Wechselrichter-Steuereinheit 41 sind in Form eines Softwareprogramms aufgebaut, und die Funktion jeder Einheit wird dadurch realisiert, dass der Co-Prozessor in der Steuerung 100 veranlasst wird, dieses Softwareprogramm zu bedienen.
Die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 steuert das Verstärkungsverhältnis, damit der Motor mit einem Ausgangswechselstrom angetrieben werden kann, indem die in dem Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 gespeicherte Gleichstromleistung vom Wechselrichter 13 während der Abschaltung der Gleichstromversorgung vom PWM-Wandler 11 zum Gleichstrom - Zwischenkreis umgewandelt wird. Mit anderen Worten steuert die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 das Verstärkungsverhältnis basierend auf einer im Voraus eingestellten zulässigen Stromausfallzeit als Zeitspanne, in der der Motor 3 über den Ausgangswechselstrom des Wechselrichters 13 angetrieben werden darf, während die Gleichstromversorgung vom PWM-Wandler 11 zum Gleichstrom - Zwischenkreis aufgrund eines Stromausfalls in der Wechselstromversorgung 2 abgeschaltet wird. Die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 steuert das Verstärkungsverhältnis z. B. über das PWM-Steuerschema. Die Steuerung des Verstärkungsverhältnisses durch die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 wird später ausführlich beschrieben.
Die Wechselrichter-Steuereinheit 41 steuert den Wechselrichter 13, der die Leistung zwischen dem Gleichstrom im Gleichstrom - Zwischenkreis und dem Wechselstrom, der als Antriebs- oder Regenerativstrom für den Motor 3 dient, umwandelt. Die Wechselrichter-Steuereinheit 41 erzeugt einen Fahrbefehl zum Steuern der Drehzahl, des Drehmoments oder der Rotorposition des Motors 3, basierend z. B. auf der von einem Drehzahldetektor (nicht dargestellt) erfassten (Rotor-)Drehzahl (Drehzahlrückführung) des Motors 3, einem durch die Wicklungen des Motors 3 fließenden Strom (Stromrückführung), einem vorgegebenen Drehmomentbefehl und einem Betriebsprogramm für den Motor 3. Der Leistungsumwandlungsvorgang durch den Umrichter 13 wird basierend auf dem Fahrbefehl der Wechselrichter-Steuereinheit 41 gesteuert. Die Wechselrichter-Steuereinheit 41 steuert den Wechselrichter 13 z. B. über das PWM-Steuerschema. Die Konfiguration der hierin definierten Wechselrichter-Steuereinheit 41 ist lediglich veranschaulichend, und die Konfiguration der Wechselrichter-Steuereinheit 41 kann definiert werden, einschließlich Begriffen, wie etwa einer Positionsbefehl-Erzeugungseinheit, einer Drehmomentbefehl-Erzeugungseinheit und einer Schaltbefehl-Erzeugungseinheit.
Die Steuerung des Verstärkungsverhältnisses durch die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 wird im Folgenden näher beschrieben.
Wenn in der Wechselstromversorgung 2 ein Stromausfall auftritt und die Gleichstromversorgung vom PWM-Wandler 11 zum Gleichstrom - Zwischenkreis unterbrochen wird, solange der Motor 3 nur mit einem Ausgangswechselstrom betrieben werden kann, indem die in dem Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 gespeicherte Gleichstromleistung durch den Wechselrichter 13 umgewandelt wird, bis der Stromausfall in der Wechselstromversorgung 2 behoben ist, kann der Motor 3 auch bei Stromausfall der Wechselstromversorgung 2 weiter betrieben werden. In dieser Ausführungsform wird die zulässige Stromausfallzeit im Voraus als eine Zeitspanne eingestellt, in der der Motor 3 über den Ausgangswechselstrom des Wechselrichters 13 angetrieben werden darf, während die Gleichstromversorgung vom PWM-Wandler 11 zum Gleichstrom - Zwischenkreis aufgrund eines Stromausfalls in der Wechselstromversorgung 2 abgeschaltet wird. Die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 steuert das Verstärkungsverhältnis so, dass auch bei Stromausfall in der Wechselstromversorgung 2 und Abschaltung der Gleichstromversorgung vom PWM-Wandler 11 zum Gleichstrom - Zwischenkreis eine Leistung in einer Menge, die ausreicht, um den Motor 3 zumindest während der zulässigen Stromausfallzeit anzutreiben, im Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 gespeichert wird. Eine solche Steuerung des Verstärkungsverhältnisses durch die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 erfolgt immer unabhängig vom Normalzustand oder dem Zustand, in dem ein Stromausfall in der Wechselstromversorgung 2 aufgetreten ist. Selbst wenn es daher zu einem Stromausfall in der Wechselstromversorgung 2 kommt und die Gleichstromversorgung vom PWM-Wandler 11 zum Gleichstrom - Zwischenkreis unterbrochen wird, solange die Zeitspanne, in der die Gleichstromversorgung unterbrochen wird, gleich oder kürzer als die zulässige Stromausfallzeit ist, wird der Motor 3 weiterhin mit einem Ausgangswechselstrom betrieben, indem die in dem Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 gespeicherte Gleichstromleistung durch den Wechselrichter 13 umgewandelt wird.
V2 [V] soll der Wert der Gleichspannung des Gleichstrom - Zwischenkreiskondensators 12 zum Zeitpunkt unmittelbar nach einem Stromausfall in der Wechselstromversorgung 2 und C[F] soll die elektrostatische Kapazität des Gleichstrom - Zwischenkreiskondensators 12 sein, somit wird die im Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 zum Zeitpunkt unmittelbar nach dem Stromausfall gespeicherte Leistungsmenge Wf [J] durch die folgende Gleichung (1) wiedergegeben.
[Gleichung 1] $\begin{matrix} W f = \frac{1}{2} \times C \times V_{2}^{2} & [J] \end{matrix}$
V₁ [V] ist der Mindestwert der Gleichspannung des am Antrieb des Motors 3 beteiligten Gleichstrom - Zwischenkreiskondensators 12, die Menge der im Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 gespeicherten Gleichstromleistung W_m [J], die für den Antrieb des Motors 3 zur Verfügung steht, wird während einer im Voraus eingestellten zulässigen Stromausfallzeit T durch die folgende Gleichung (2) angegeben. Mit anderen Worten bezeichnet die Leistungsmenge W_m [J] in Gleichung (2) die Leistungsaufnahme des Motors 3, die basierend auf der in dem Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 gespeicherten Gleichstromleistung (genauer gesagt, der durch die Umwandlung dieses Gleichstroms durch den Wechselrichter 13 erzeugte Wechselstrom) im Intervall vom Auftreten eines Stromausfalls bis zum Ablauf der zulässigen Stromausfallzeit T bei Auftreten des Stromausfalls und der Versorgung des Gleichstrom - Zwischenkreises mit Gleichstrom vom PWM-Wandler 11 angetrieben wird. Insbesondere wurde ein Gleichstrom von 1/2 × CV₂ ² im Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 zum Zeitpunkt unmittelbar nach einem Stromausfall gespeichert, und ein Gleichstrom von 1/2 × CV₁ ² wurde zum Zeitpunkt des Ablaufs der zulässigen Stromausfallzeit T gespeichert.
[Gleichung 2] $\begin{matrix} W m = \frac{1}{2} \times C \times (V_{2}^{2} - V_{1}^{2}) & [J] \end{matrix}$
W_s [J] ist der Antriebsleistungsbedarf als die Leistungsmenge, die benötigt wird, um den Motor 3 während der zulässigen Stromausfallzeit T weiter antreiben zu lassen, wenn die Gleichstromversorgung vom PWM-Wandler 11 zum Gleichstrom - Zwischenkreis aufgrund eines Stromausfalls unterbrochen wird, eine Beziehung, die durch die folgende Gleichung (3) angegeben ist.
[Gleichung 3] $W m \geq W s$
kann vorzugsweise erfüllt werden.
Aus der Relationsgleichung (2) und der Gleichung (3) kann der Wert V₂ [V] der Gleichspannung des Gleichstrom - Zwischenkreiskondensators 12 zum Zeitpunkt unmittelbar nach dem Stromausfall den Motor 3 während der zulässigen Stromausfallzeit T weiter antreiben lassen, wenn die Gleichstromversorgung vom PWM-Wandler 11 zum Gleichstrom - Zwischenkreis aufgrund eines Stromausfalls unterbrochen ist, vorzugsweise eine Beziehung erfüllen, die durch die folgende Gleichung (4) angegeben ist.
[Gleichung 4] $\begin{array}{l} \frac{1}{2} \times C \times (V_{2}^{2} - V_{1}^{2}) \geq W s \\ V_{2}^{2} \geq \frac{C V_{1}^{2} + 2 W s}{C} \\ V_{2} \geq \sqrt{\frac{C V_{1}^{2} + 2 W s}{C}} \end{array}$
Der Wert V₂ [V] der Gleichspannung des Gleichstrom - Zwischenkreiskondensators 12 zum Zeitpunkt unmittelbar nach einem Stromausfall in der Wechselstromversorgung 2 ergibt sich aus der folgenden Gleichung (5).
[Gleichung 5] $V_{2} = \frac{A}{100} \times V_{3}$
wobei V₃ [V] der Spitzenwert des Wechselspannungseingangs von der Wechselstromversorgung 2 ist, und A [%] das Verstärkungsverhältnis des PWM-Wandlers 11 ist.
Das Ersetzen der Gleichung (4) durch die Gleichung (5) ergibt die Gleichung (6).
[Gleichung 6] $\begin{array}{l} \frac{A}{100} \times V_{3} \geq \sqrt{\frac{C V_{1}^{2} + 2 W s}{C}} \\ A \geq \sqrt{\frac{C V_{1}^{2} + 2 W s}{V_{3} \sqrt{C}}} \times 100 [%] \end{array}$
Damit der Motor 3 während der zulässigen Stromausfallzeit T weiter angetrieben werden kann, wenn die Versorgung des Gleichstrom - Zwischenkreises mit Gleichstrom vom PWM-Wandler 11 aufgrund eines Stromausfalls unterbrochen wird, genügt es daher, das Verstärkungsverhältnis A des PWM-Wandlers 11 auf einen Wert einzustellen, der die Gleichung (6) erfüllt. Die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 gemäß dieser Ausführungsform steuert das Verstärkungsverhältnis A nach Gleichung (6), unabhängig vom Normalzustand oder dem Zustand, in dem ein Stromausfall aufgetreten ist, so dass auch bei einer Unterbrechung der Gleichstromversorgung vom PWM-Wandler 11 zum Gleichstrom - Zwischenkreis aufgrund eines Stromausfalls eine Leistung in einer Menge, die ausreicht, um den Motor 3 mindestens während der zulässigen Stromausfallzeit T anzutreiben, im Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 gespeichert ist. Mit anderen Worten, wenn die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 das Verstärkungsverhältnis A nach Gleichung (6) steuert, bedeutet dies, dass die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 das Verstärkungsverhältnis A nach Gleichung (3) so steuert, dass die Gleichstromleistungsmenge W_m die im Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 gespeichert ist und zum Antreiben des Motors 3 während der zulässigen Stromausfallzeit T größer ist als der Antriebsleistungsbedarf W_s, welcher die Leistungsmenge ist, die benötigt wird, um den Motor 3 während der zulässigen Stromausfallzeit T weiter antreiben zu lassen. Auch wenn die Gleichstromversorgung des PWM-Wandlers 11 zum Gleichstrom - Zwischenkreis aufgrund eines Stromausfalls unterbrochen wird, solange die Zeitspanne, in der die Gleichstromversorgung unterbrochen wird, gleich oder kürzer als die zulässige Stromausfallzeit T ist, kann der Motor 3 mit einem Ausgangswechselstrom betrieben, indem die in dem Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 gespeicherte Gleichstromleistung durch den Wechselrichter 13 umgewandelt wird.
Die Verarbeitung zur Berechnung eines Antriebsleistungsbedarfs W_s durch die Leistungsberechnungseinheit 15 wird im Folgenden näher beschrieben.
Die Leistungsberechnungseinheit 15 berechnet einen Antriebsleistungsbedarf W_s als eine Gleichstromleistungsmenge, die für den Antrieb des Motors 3 während der zulässigen Stromausfallzeit T benötigt wird. Der Antriebsleistungsbedarf W_s kann basierend auf der Wechselrichterausgabe oder der Motorleistung berechnet werden.
Nach dem Berechnungsverfahren unter Verwendung der Wechselrichterausgabe berechnet die Leistungsberechnungseinheit 15 einen Antriebsleistungsbedarf W_s [J] basierend auf dem Gesamtvolumen der Leistungsausgabe vom Wechselrichter 13 während der zulässigen Stromausfallzeit T. Wenn i(t) [A] die Wechselstromausgabe des Wechselrichters 13 zum Zeitpunkt t ist, und v(t) [V] die Wechselspannung ist, wird der Ausgang P_i(t) [W] des Wechselrichters 13 durch die folgende Gleichung (7) angegeben.
[Gleichung 7] $\begin{matrix} P_{t} (t) = i (t) \times v (t) & [W] \end{matrix}$
Der Antriebsleistungsbedarf W_s während der zulässigen Stromausfallzeit T wird daher durch die folgende Gleichung (8) angegeben.
[Gleichung 8] $\begin{matrix} W s = \int_{T_{0}}^{T_{0} + T} P_{i} (t) d t & [J] \end{matrix}$
Gemäß dem Berechnungsverfahren unter Verwendung der Wechselrichterausgabe berechnet die Leistungsberechnungseinheit 15 einen Antriebsleistungsbedarf W_s durch Integration der Leistungsausgabe P_i(t) vom Wechselrichter 13 über die zulässige Stromausfallzeit T, wie in Gleichung (8) dargestellt.
Gemäß dem Berechnungsverfahren unter Verwendung der Motorleistung berechnet die Leistungsberechnungseinheit 15 einen Antriebsleistungsbedarf W_s [J] basierend auf dem Gesamtvolumen der Leistung des Motors 3 während der zulässigen Stromausfallzeit T. Die Ausgabe P_m(t) [W] des Motors 3 wird durch die folgende Gleichung (9) angegeben.
[Gleichung 9] $\begin{matrix} P_{m} (t) = ω (t) \times N (t) \times 2 π / 60 & [W] \end{matrix}$
wobei ω(t) [rpm] die Drehzahl des Motors 3 und N(t) [N·m] das Drehmoment zum Zeitpunkt t ist.
Der Antriebsleistungsbedarf W_s während der zulässigen Stromausfallzeit T wird daher durch die folgende Gleichung (10) angegeben.
[Gleichung 10] $\begin{matrix} W s = \int_{T_{0}}^{T_{0} + T} P_{m} (t) d t & [J] \end{matrix}$
Gemäß dem Berechnungsverfahren unter Verwendung der Motorleistung berechnet die Leistungsberechnungseinheit 15 einen Antriebsleistungsbedarf W_s durch Integration der Ausgabe P_m (t) des Motors 3 über die zulässige Stromausfallzeit T, wie in Gleichung (10) dargestellt.
Beispiele für die Steuerung des Verstärkungsverhältnisses durch die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 werden im Folgenden aufgeführt. Der Fall, dass ein Antriebsleistungsbedarf W_s über die Wechselrichterausgabe berechnet wird, wird in den folgenden Beispielen beschrieben, aber das Gleiche gilt, wenn der Antriebsleistungsbedarf W_s über die Motorleistung berechnet wird.
Im ersten Beispiel wird in der Verarbeitung zur Berechnung eines Antriebsleistungsbedarfs W_s durch die Leistungsberechnungseinheit 15 der Berechnungsumfang durch die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 geringer gehalten, wenn man davon ausgeht, dass die Ausgabe P_it) des in Gleichung (7) dargestellten Wechselrichters 13 einen annähernd konstanten Wert annimmt. Mit anderen Worten wird der in Gleichung (8) dargestellte Antriebsleistungsbedarf W_s als „Wert (Konstantwert) der Ausgabe des Wechselrichters 13 zum Zeitpunkt t_start × Zulässige Stromausfallzeit T“ vereinfacht.
2 ist ein Zeitdiagramm, das eine exemplarische Beziehung zwischen der Wechselrichterausgabe (Antriebsleistungsbedarf), die am Antrieb eines Motors beteiligt ist, der Motordrehzahl und dem Verstärkungsverhältnis veranschaulicht, wenn ein Stromausfall bei Drehung des Motors mit einer konstanten Drehzahl in dem ersten Beispiel auftritt. Steuerung des Verstärkungsverhältnisses durch die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14, die den Motor 3 mit konstanter Drehzahl drehen kann, auch wenn die Gleichstromversorgung vom PWM-Wandler 11 zum Gleichstrom - Zwischenkreis aufgrund eines Stromausfalls innerhalb der Länge ab dem Zeitpunkt t_start zum Zeitpunkt t_ende im Intervall von Zeit t₃ zu Zeit t₄ hierin als Beispiel dient. Als zulässige Stromausfallzeit T wird ein Wert eingestellt, der größer ist als die Länge, die der Stromausfallzeit von der Zeit t_start bis zur Zeit t_ende entspricht. Im ersten Beispiel berechnet die Leistungsberechnungseinheit 15 einen Antriebsleistungsbedarf W_s als „Wert (konstanter Wert) der Ausgabe des Wechselrichters 13 zum Zeitpunkt t_start × Zulässige Stromausfallzeit T“ unter der Annahme, dass die Ausgabe P_i(t) des Wechselrichters 13 einen ungefähr konstanten Wert annimmt. Der von der Leistungsberechnungseinheit 15 berechnete Antriebsleistungsbedarf W_s entspricht einem Bereich B₁ dargestellt in 2. Das bedeutet, dass die im Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 zum Zeitpunkt des Auftretens des Stromausfalls gespeicherte Leistung ausreicht, um den Motor 3 unter Steuerung des Verstärkungsverhältnisses A durch die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 unter Verwendung des Antriebsleistungsbedarfs W_s zu drehen, ausgedrückt als „Wert (Konstantwert) der Ausgabe des Wechselrichters 13 zum Zeitpunkt des Starts der zulässigen Stromausfallzeit T“, berechnet unter der Annahme, dass die Ausgabe Pi(t) des Wechselrichters 13 einen annähernd konstanten Wert annimmt. Daher kann die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 bei Drehung des Motors 3 mit konstanter Drehzahl den Motor 3 auch dann weiter antreiben, wenn sich der Stromausfall innerhalb der zulässigen Stromausfallzeit T einstellt, solange das Verstärkungsverhältnis A so gesteuert wird, dass die Gleichstromleistungsmenge W_m, die im Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 gespeichert wird und zum Antreiben des Motors 3 verfügbar ist, größer ist als der Antriebsleistungsbedarf W_s.
3 ist ein Zeitdiagramm, das eine exemplarische Beziehung zwischen der Wechselrichterausgabe (Antriebsleistungsbedarf), die am Antrieb eines Motors beteiligt ist, der Motordrehzahl und dem Verstärkungsverhältnis veranschaulicht, wenn ein Stromausfall beim Beschleunigen des Motors im ersten Beispiel auftritt. Steuerung des Verstärkungsverhältnisses durch die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14, die den Motor 3 auch dann beschleunigen kann, wenn die Gleichstromversorgung des PWM-Wandlers 11 zum Gleichstrom - Zwischenkreis aufgrund eines Stromausfalls innerhalb der Länge ab dem Zeitpunkt t_start zum Zeitpunkt t_ende im Intervall von Zeit t₁ zu Zeit t₂ zum Beschleunigen des Motors 3 hierin als Beispiel dient. Im ersten Beispiel berechnet die Leistungsberechnungseinheit 15 einen Antriebsleistungsbedarf W_s unter der Annahme, dass die Ausgabe P_i(t) des Wechselrichters 13 einen annähernd konstanten Wert annimmt, und der Antriebsleistungsbedarf W_s entspricht einem Bereich B₁ , wie in 3 dargestellt. Da jedoch die Ausgabe des Wechselrichters 13 vorzugsweise erhöht werden kann, wie in 3 dargestellt, um den Motor 3 im Intervall von der Zeit t₁ zur Zeit t₂ zu beschleunigen, fehlt die einem Bereich B₂ entsprechende Leistungsmenge, um den Motor 3 zu beschleunigen. Daher darf der Motor 3 beim Beschleunigen des Motors 3 nicht zu einem Zeitpunkt vor dem Zeitpunkt t_ende angetrieben werden, da die Leistungsmenge im Bereich B₂ fehlt. Unter den gegebenen Umständen steuert die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 beim Beschleunigen des Motors 3 das Verstärkungsverhältnis A, um die im Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 gespeicherte Leistungsmenge W_m [J] zu ergänzen, die in Gleichung (2) mit der dem Bereich B₂ entsprechenden Leistung dargestellt wird und die den Motor 3 nicht antreibt. Insbesondere sind beispielsweise die folgenden beiden Ansätze möglich.
Bei der Beschleunigung des Motors 3 steuert die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 beispielsweise das Verstärkungsverhältnis A zum Speichern im Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12, die Leistung in einer Menge, die durch Hinzufügen der Leistungsmenge M₁₂ der Leistungsmenge W_m [J], die im in Gleichung (2) dargestellten Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 gespeichert ist, wie die folgende Gleichung (11). Mit anderen Worten wird bei der Steuerung des Verstärkungsverhältnisses A durch die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 die in Gleichung (11) dargestellte Leistungsmenge als die Gleichstromleistungsmenge W_m verwendet, die im Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 gespeichert und zum Antreiben des Motors 3 verfügbar ist.
[Gleichung 11] $\begin{matrix} W m = \frac{1}{2} \times C \times (V_{2}^{2} - V_{1}^{2}) + M_{1} & [J] \end{matrix}$
Weiterhin steuert die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14, beispielsweise beim Beschleunigen des Motors 3, um eine Ergänzung mit der fehlenden Leistungsmenge entsprechend dem Bereich B₂ durchzuführen, das Verstärkungsverhältnis A zum Speichern im Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12, Leistung in einer Menge, die durch Multiplikation der Leistungsmenge W_m [J] erhalten wird, die im Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 gespeichert wird, der in Gleichung (2) von M₂ (> 1) dargestellt wird, wie die folgende Gleichung (12). Mit anderen Worten wird bei der Steuerung des Verstärkungsverhältnisses A durch die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 die in Gleichung (12) dargestellte Leistungsmenge als die Gleichstromleistungsmenge W_m verwendet, die im Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 gespeichert und zum Antreiben des Motors 3 verfügbar ist.
[Gleichung 12] $\begin{matrix} W m = \frac{1}{2} \times C \times (V_{2}^{2} - V_{1}^{2}) \times M_{2} & [J] \end{matrix}$
Auf diese Weise steuert die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 beim Beschleunigen des Motors 3 das Verstärkungsverhältnis A zum Speichern im Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12, die Leistung in der Menge W_m wie in Gleichung (11) oder (12) dargestellt. Durch diese Steuerung kann der Motor 3 auch bei Beschleunigung des Motors 3 weiter angetrieben werden, da die im Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 gespeicherte und für den Antrieb des Motors 3 verfügbare Gleichstromleistungsmenge W_m größer ist als der Antriebsleistungsbedarf W_s, auch wenn sich der Stromausfall innerhalb der zulässigen Stromausfallzeit T ereignet.
4 ist ein Zeitdiagramm, das eine exemplarische Beziehung zwischen der Wechselrichterausgabe (Antriebsleistungsbedarf), die am Antrieb eines Motors beteiligt ist, der Motordrehzahl und dem Verstärkungsverhältnis veranschaulicht, wenn eine Motorantriebsvorrichtung gemäß einem ersten Beispiel in einer Schneidemaschine montiert ist. Der Fall, dass eine Schneidemaschine mit einer motorischen Antriebseinrichtung nach dem ersten Beispiel in den folgenden unterteilten Perioden betrieben wird, dient hierin als Beispiel. Unter Bezugnahme auf 4 ist das Intervall von der Zeit t₀ bis zur Zeit t₁ als eine AUS-Periode definiert, in der der Motor 3 vollständig angehalten wird, und das Intervall von der Zeit t₁ bis zur Zeit t₂ ist als ein Beschleunigungszeitraum definiert, in der der der Motor 3 auf eine zum Schneiden geeignete Drehzahl beschleunigt wird. Das Intervall von der Zeit t₂ bis zur Zeit t₃ ist definiert als eine Standby-Periode, in der der der Motor 3 zum Zeitpunkt t₃ bei Erreichen einer für das Schneiden geeigneten Drehzahl und dem Intervall von der Zeit t₃ bis zur Zeit t₄ als eine Bearbeitungszeit definiert ist, in der das Schneiden durchgeführt wird, während der Motor 3 die für das Schneiden geeignete Drehzahl hält. Das Intervall von der Zeit t₄ bis zur Zeit t₅ ist als eine Endvorbereitungszeit definiert, in der der Schnitt beendet wurde und der Motor 3 die Drehzahl schneidfähig hält, das Intervall von der Zeit t₅ zur Zeit t₆ als eine Verzögerungsperiode definiert ist, in der der Motor 3 verzögert wird, und das Intervall von der Zeit t₆ weiter als eine Aus-Periodedefiniert ist, in der der Motor 3 vollständig gestoppt bleibt.
Während der AUS-Periode von der Zeit t₀ bis zur Zeit t₁ kann der Wechselrichter 13 dem Motor 3 vorzugsweise keine Antriebsleistung zuführen, da der Motor 3 angehalten wird. Während dieser Zeit steuert die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 das Verstärkungsverhältnis A auf einen konstanten Wert, und das Verstärkungsverhältnis A ist so niedrig wie möglich, um die in der Motorantriebsvorrichtung 1 erzeugte Wärme weniger zu halten.
Während der Beschleunigungszeitraum von der Zeit t₁ bis zur Zeit t₂ erhöht der Wechselrichter 13 die Ausgabe zur Beschleunigung des Motors 3 unter der Steuerung der Wechselrichter-Steuereinheit 41. Dadurch erhöht sich die Wechselrichterausgabe (Antriebsleistungsbedarf) beim Antreiben des Motors, wie in 3 beschrieben. Die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 erhöht das Verstärkungsverhältnis A entsprechend, und während dieser Zeit erhöht es das Verstärkungsverhältnis A, um es im Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 zu speichern, Leistung in der Menge W_m wie in Gleichung (11) oder (12) dargestellt. Durch diese Steuerung kann der Motor 3 auch bei Beschleunigung des Motors 3 weiter angetrieben werden, da die im Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 gespeicherte und für den Antrieb des Motors 3 verfügbare Gleichstromleistungsmenge W_m größer ist als der Antriebsleistungsbedarf W_s, auch wenn sich der Stromausfall innerhalb der zulässigen Stromausfallzeit T ereignet.
Während der Standby-Periode von der Zeit t₂ bis zur Zeit t₃ hat der Motor 3 eine zum Schneiden geeignete Drehzahl erreicht, aber die Last des Motors 3 ist leicht, weil das Schneiden noch nicht durchgeführt wurde. Daher wird die Ausgabe des Wechselrichters 13 so weit reduziert, dass der Motor 3 die für das Schneiden bei geringer Last geeignete Drehzahl unter der Steuerung der Wechselrichter-Steuereinheit 41 beibehält. Während dieses Zeitraums steuert die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 das Verstärkungsverhältnis A so, dass die im Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 gespeicherte und für den Antrieb des Motors 3 verfügbare Gleichstromleistungsmenge W_m größer ist als der Antriebsleistungsbedarf W_s, wie in Bezug auf 2 beschrieben. In dem in 4 dargestellten Beispiel, da sich die Ausgabe des Wechselrichters 13 verringert, verringert sich auch das Verstärkungsverhältnis A, aber das Verstärkungsverhältnis A, bei z. B. der Zeit t₂ , kann beibehalten werden, ohne reduziert zu werden, in Vorbereitung auf das Schneiden, das zum Zeitpunkt t₃ gestartet wird.
Während des Bearbeitungszeitraums von der Zeit t₃ bis zur Zeit t₄ , da die Last des Motors 3 beim Schneiden zunimmt, hält der Wechselrichter 13 eine hohe Leistung unter der Steuerung der Wechselrichter-Steuereinheit 41 aufrecht, um den Motor 3 auf der für das Schneiden geeigneten Drehzahl zu halten. Die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 stellt das Verstärkungsverhältnis A entsprechend hoch ein. Während dieses Zeitraums steuert die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 das Verstärkungsverhältnis A so, dass die im Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 gespeicherte und für den Antrieb des Motors 3 verfügbare Gleichstromleistungsmenge W_m größer ist als der Antriebsleistungsbedarf W_s, wie in Bezug auf 2 beschrieben.
Während der letzten Vorbereitungszeit von der Zeit t₄ bis zur Zeit t₅ , da der Schnitt beendet ist, ist die Last des Motors 3 gering. Daher wird die Ausgabe des Wechselrichters 13 so weit reduziert, dass der Motor 3 die für das Schneiden bei geringer Last geeignete Drehzahl unter der Steuerung der Wechselrichter-Steuereinheit 41 beibehält. Die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 stellt das Verstärkungsverhältnis A entsprechend niedrig ein. Selbst während dieses Zeitraums steuert die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 das Verstärkungsverhältnis A so, dass die im Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 gespeicherte und für den Antrieb des Motors 3 verfügbare Gleichstromleistungsmenge W_m größer ist als der Antriebsleistungsbedarf W_s, wie in Bezug auf 2 beschrieben.
Während der Verzögerungsperiode von der Zeit t₅ bis zur Zeit t₆ wandelt der Wechselrichter 13 den beim Abbremsen des Motors 3 erzeugten Wechselstrom-Regenerativstrom in Gleichstrom um und führt diesen unter der Steuerung der Wechselrichter-Steuereinheit 41 an den Gleichstrom - Zwischenkreis zurück. Während dieser Zeit wird die vom Motor 3 rückgespeiste Energie im Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 gespeichert, und die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 kann die vom Motor 3 rückgespeiste Energie über den PWM-Wandler 11 unter Beibehaltung oder Reduzierung des Verstärkungsverhältnisses A an die Wechselstromversorgung 2 zurückgeben oder die vom Motor 3 rückgespeiste Energie im Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 durch Erhöhung des Verstärkungsverhältnisses A speichern.
Die Bedienung der Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 während der AUS-Periode von der Zeit t₆ ist die gleiche wie während der AUS-Periode von der Zeit t₀ bis zur Zeit t₁ .
Das zweite Beispiel für die Steuerung des Verstärkungsverhältnisses durch die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 wird im Folgenden beschrieben. Im zweiten Beispiel wird die Steuerung des Verstärkungsverhältnisses durch die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 im oben beschriebenen ersten Beispiel eingesetzt, wenn der Antriebsleistungsbedarf W_s niedrig ist, und die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 das Verstärkungsverhältnis A steuert, wenn der Antriebsleistungsbedarf W_s auf den Maximalwert (konstanter Wert) der Ausgabe des Wechselrichters 13 eingestellt wird, wenn der Antriebsleistungsbedarf W_s hoch ist.
5 ist ein Zeitdiagramm, das eine exemplarische Beziehung zwischen der Wechselrichterausgabe (Antriebsleistungsbedarf), die am Antrieb eines Motors beteiligt ist, der Motordrehzahl und dem Verstärkungsverhältnis veranschaulicht, wenn eine Motorantriebsvorrichtung gemäß dem zweiten Beispiel in einer Schneidemaschine montiert ist. Der Fall, dass eine Schneidemaschine mit einer Motorantriebsvorrichtung gemäß dem zweiten Beispiel genauso bedient wird wie in der Schneidemaschine gemäß dem oben beschriebenen ersten Beispiel, das in 4 dargestellt ist, dient hierin als Beispiel. Wie ein Schwellenwert, der für die Bestimmungsverarbeitung verwendet wird, wird ein Wert, der größer ist als der Antriebsleistungsbedarf W_s während der Standby-Periode von der Zeit t₂ von der Zeit t₃ und kleiner als der Antriebsleistungsbedarf W_s während dem Beschleunigungszeitraum von der Zeit t₁ bis zur Zeit t₂ oder dem Bearbeitungszeitraum von der Zeit t₃ bis zur Zeit t₄ , beispielsweise im Voraus eingestellt. Die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 bestimmt, ob die Ausgabe des Wechselrichters 13 höher als der Schwellenwert ist. Wenn der Antriebsleistungsbedarf W_s höher als der Schwellenwert ist, stellt die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 den Antriebsleistungsbedarf W_s auf den Maximalwert (konstanten Wert) der Ausgabe des Wechselrichters 13 ein und steuert das Verstärkungsverhältnis A.
In dem in 5 dargestellten Beispiel ist die Ausgabe des Wechselrichters 13 während des Beschleunigungszeitraums von der Zeit t₁ bis zur Zeit t₂ und des Bearbeitungszeitraums von der Zeit t₃ zur Zeit t₄ unter den jeweiligen Betriebszeiten der Schneidemaschine höher als der Schwellenwert. Daher steuert die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 während dieser Zeiträume das Verstärkungsverhältnis A, wie in 5 dargestellt, beim Einstellen des Antriebsleistungsbedarfs W_s auf den Maximalwert (konstanten Wert) der Ausgabe des Wechselrichters 13. Insbesondere wird das Verstärkungsverhältnis A für den Beschleunigungszeitraum von der Zeit t₁ bis zur Zeit t₂ mit einer Ausgabesteigerung des Wechselrichters 13 im ersten Beispiel erhöht, während der Antriebsleistungsbedarf W_s im zweiten Beispiel auf den Maximalwert (konstanten Wert) der Ausgabe des Wechselrichters 13 eingestellt wird und das Verstärkungsverhältnis A daher einen konstanten Wert annimmt. In dem in 5 dargestellten Beispiel ist das Verstärkungsverhältnis A während dem Beschleunigungszeitraum von Zeit t₁ bis Zeit t₂ und während dem Bearbeitungszeitraum von Zeit t₃ bis Zeit t₄ gleich, kann aber abweichen. Während der AUS-Periode von der Zeit t₀ bis zur Zeit t₁ , der Standby-Periode von der Zeit t₂ zur Zeit t₃ , der letzten Vorbereitungszeit von Zeit t₄ zur Zeit t₅ , der Verzögerungsperiode von der Zeit t₅ bis zur Zeit t₆ und der AUS-Periode von der Zeit t₆ danach, steuert die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 das Verstärkungsverhältnis A wie im ersten Beispiel beschrieben, da die Ausgabe des Wechselrichters 13 niedriger als der Schwellenwert ist.
Auf diese Weise wird im zweiten Beispiel, wenn der Antriebsleistungsbedarf W_s über einem vorgegebenen Schwellenwert liegt, der Antriebsleistungsbedarf W_s auf den Maximalwert (konstanten Wert) der Ausgabe des Wechselrichters 13 eingestellt, und die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 steuert das Verstärkungsverhältnis A. Wenn der Maximalwert der Ausgabe des Wechselrichters 13 eingestellt wird, wenn der Antriebsleistungsbedarf W_s über einem vorgegebenen Schwellenwert liegt, kann die maximale Ausgabe des Wechselrichters 13 selbst oder ein Maximalwert, der vom Wechselrichter 13 bei der Montage in der Motorantriebsvorrichtung 1 ausgegeben werden kann, verwendet werden. Insbesondere bei Letzteren kann ein theoretischer Wert, ein tatsächlicher Messwert des Maximalwerts der Ausgabe des in der Motorantriebsvorrichtung 1 montierten Wechselrichters 13 oder ein beliebiger Festwert kann verwendet werden. Im zweiten Beispiel ist es vorteilhafterweise kaum wahrscheinlich, dass die Antriebsleistung des Motors 3 ausgeht, wie in Bezug auf 3 im ersten Beispiel beschrieben, obwohl der PWM-Wandler 11 mehr Wärme erzeugt als im ersten Beispiel.
6 ist ein Zeitdiagramm, das eine exemplarische Beziehung zwischen der Wechselrichterausgabe (Antriebsleistungsbedarf), die am Antrieb eines Motors beteiligt ist, der Motordrehzahl und dem Verstärkungsverhältnis veranschaulicht, wenn ein Stromausfall in einer Wechselstromversorgung vor und nach dem Start der Beschleunigung des Motors auftritt, wenn die Motorantriebsvorrichtung gemäß dem zweiten Beispiel in der Schneidemaschine montiert ist. Wie z. B. in 6 dargestellt, wird davon ausgegangen, dass der Stromausfall in der Wechselstromversorgung 2 zum Zeitpunkt t_start vor der Zeit₁ auftritt, wenn der Motor 3 zu beschleunigen beginnt und zum Zeitpunkt t_ende nach der Zeit t₁ aufgelöst wird. In dem in 6 dargestellten Beispiel wird der Schwellenwert aus Gründen der Übersichtlichkeit auf Null gesetzt. Im zweiten Beispiel, wenn der Antriebsleistungsbedarf W_s höher als der Schwellenwert ist, wird der Antriebsleistungsbedarf W_s auf den Maximalwert (konstanten Wert) der Ausgabe des Wechselrichters 13 eingestellt, und die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 steuert das Verstärkungsverhältnis A, wie oben beschrieben. In dem in 6 dargestellten Beispiel erhöht sich zur Zeit t₁ zum Beschleunigen des Motors 3 die Ausgabe des Wechselrichters 13 unter der Steuerung der Wechselrichter-Steuereinheit 41. Da die Ausgabe des Wechselrichters 13 höher als der Schwellenwert (Null) ist, stellt die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 den Antriebsleistungsbedarf W_s auf den Maximalwert (konstanter Wert) der Ausgabe des Wechselrichters 13 ein und steuert das Verstärkungsverhältnis A. Da das Verstärkungsverhältnis A in Vorbereitung auf einen Stromausfall während des Beschleunigungszeitraums des Motors 3 zur Zeit t₁ und später steigt, wenn der Stromausfall vor und nach der Zeit t₁ auftritt, fehlt dem Bereich B₂ die entsprechende Leistungsmenge, um den Motor 3 zu beschleunigen, da das Verstärkungsverhältnis A im Intervall von der Zeit t_start bis zur Zeit t₁ noch nicht gestiegen ist. Um dieses Problem zu lösen, wird beispielsweise vor der Zeit t₁ wenn der Motor 3 zu beschleunigen beginnt, das Verstärkungsverhältnis A mit der Einstellung des Antriebsleistungsbedarfs W_s auf den Maximalwert (konstanter Wert) der Ausgabe des Wechselrichters 13 gesteuert, um die Leistung beim Beschleunigen des Motors 3 sicherzustellen. In diesem Fall genügt es beispielsweise, die Steuerung des Verstärkungsverhältnisses A durch die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 nach dem Zeitpunkt, zu dem der Motor 3 zu beschleunigen beginnt, gemäß einem Betriebsprogramm zum Antreiben des Motors 3 zu starten oder durch Vorab-Simulation oder ein Experiment den Zeitpunkt (in dem in 6 dargestellten Beispiel, Zeit t₁ ) einer Ausgabesteigerung des Wechselrichters 13 zu bestimmen, um den Motor 3 zu beschleunigen und dann in einem Betriebsprogramm für die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 den Zeitpunkt der Steuerung des Verstärkungsverhältnisses A bei Einstellung des Antriebsleistungsbedarfs W_s auf den Maximalwert (konstanten Wert) der Ausgabe des Wechselrichters 13 vorzugeben. Die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 kann sogar das Verstärkungsverhältnis A gemäß z. B. Gleichung (11) oder (12) beim Beschleunigen des Motors 3 steuern, wie in Bezug auf 3 beschrieben.
Das dritte Beispiel für die Steuerung des Verstärkungsverhältnisses durch die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 wird im Folgenden beschrieben. In den oben beschriebenen ersten und zweiten Beispielen steuert die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 das Verstärkungsverhältnis A über einen Antriebsleistungsbedarf W_s, der unter der Annahme eingestellt ist, dass die Ausgabe des Wechselrichters 13 einen annähernd konstanten Wert annimmt. Im Gegensatz dazu steuert die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 im dritten Beispiel das Verstärkungsverhältnis A über einen Antriebsleistungsbedarf W_s, der entsprechend den zeitlichen Änderungen der Ausgabe P_i(t) des in Gleichung (7) dargestellten Wechselrichters 13 berechnet wird. In den ersten und zweiten Beispielen, die die Annäherung des Antriebsleistungsbedarfs W_s betreffen, ist es wahrscheinlich, dass die Leistung zum Antreiben des Motors 3 je nach Zeitpunkt des Stromausfalls beim Beschleunigen des Motors 3 kurz wird. Um ein solches Problem bei der Beschleunigung des Motors 3 zu beheben, steuert die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 im ersten Beispiel das Verstärkungsverhältnis A, um es im Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 zu speichern, Leistung in der Menge W_m wie in Gleichung (11) oder (12) dargestellt, während im zweiten Beispiel die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 das Verstärkungsverhältnis A bei Überschreitung des Zeitpunkts, zu dem der Motor 3 zu beschleunigen beginnt, steuert, oder die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 das Verstärkungsverhältnis A steuert, um es im Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 zu speichern, wobei Leistung in der Menge W_m wie in Gleichung (11) oder (12) dargestellt ist. Im Gegensatz dazu steuert die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 im dritten Beispiel das Verstärkungsverhältnis A über einen Antriebsleistungsbedarf W_s, der entsprechend den zeitlichen Änderungen der Ausgabe P_i(t) des in Gleichung (7) dargestellten Wechselrichters 13 berechnet wird. Da die Leistung zum Antreiben des Motors 3 auch bei einem Stromausfall zu irgendeinem Zeitpunkt nicht kurzzeitig abläuft und keine Überschussleistung bevorzugt gewährleistet werden kann, kann die in der Motorantriebsvorrichtung 1 erzeugte Wärme geringer gehalten werden.
Wenn die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 das Verstärkungsverhältnis A steuert, indem es direkt über einen Antriebsleistungsbedarf W_s, der entsprechend den zeitlichen Änderungen der Ausgabe Pi(t) des Wechselrichters 13 berechnet wird, entspricht die zeitliche Änderung der Ausgabe P_i(t) des Wechselrichters 13 nahezu direkt der zeitlichen Änderung des Verstärkungsverhältnisses A, und das Verstärkungsverhältnis A wird daher beim Ausblenden der zeitlichen Änderung des Ausgangs P_i(t) des Wechselrichters 13 im dritten Beispiel gesteuert. So wird beispielsweise ein Antriebsleistungsbedarf W_s basierend auf Gleichung (8) im Voraus berechnet, indem der Motor 3 tatsächlich gemäß einem Betriebsprogramm zum Antreiben des Motors 3 betrieben wird, um die zeitliche Änderung der Ausgabe P_i(t) des Wechselrichters 13 tatsächlich zu messen, oder durch Ausführen der rechnerisch simulierten Operation eines Betriebsprogramms zum Antreiben des Motors 3 zum Bestimmen der zeitlichen Änderung der Ausgabe P_i(t) des Wechselrichters 13, und ein Betriebsprogramm, das der Steuerung des Verstärkungsverhältnisses A unter Verwendung des Antriebsleistungsbedarfs W_s zugeordnet ist, wird im Voraus erstellt. Eine solche Simulation kann von der Steuerung 100 anstelle eines Computers durchgeführt werden, und in diesem Fall kann das Verstärkungsverhältnis A gleichzeitig mit der Simulation gesteuert werden.
7 ist ein Zeitdiagramm, das eine exemplarische Beziehung zwischen der Wechselrichterausgabe (Antriebsleistungsbedarf), die am Antrieb eines Motors beteiligt ist, der Motordrehzahl und dem Verstärkungsverhältnis veranschaulicht, wenn eine Motorantriebsvorrichtung gemäß einem dritten Beispiel in einer Schneidemaschine montiert ist. Der Fall, dass eine Schneidemaschine mit einer Motorantriebsvorrichtung gemäß dem dritten Beispiel genauso bedient wird wie in der Schneidemaschine gemäß dem oben beschriebenen ersten Beispiel, das in 4 dargestellt ist, dient hierin als Beispiel.
Während der AUS-Periode von der Zeit t₀ bis zur Zeit t₁ kann der Wechselrichter 13 dem Motor 3 vorzugsweise keine Antriebsleistung zuführen, da der Motor 3 angehalten wird. Wie unter Bezugnahme auf 6 beschrieben, wenn ein Stromausfall in der Wechselstromversorgung 2 vor und nach der Zeit t₁ auftritt, wenn der Motor 3 zu beschleunigen beginnt, da es wahrscheinlich ist, dass die Leistung zum Antreiben des Motors 3 ausgehen wird, startet die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 die Steuerung, um das Verstärkungsverhältnis A zur Zeit t₇ der zulässigen Stromausfallzeit T vor der Zeit t₁ zu erhöhen, wenn der Motor 3 beginnt zu beschleunigen. Bei diesem Vorgang kann der Motor 3 auch dann beschleunigen, wenn der Stromausfall innerhalb der zulässigen Stromausfallzeit T vor und nach der Zeit t₁ eintritt, wenn der Motor 3 zu beschleunigen beginnt, da die Leistung zum Antreiben des Motors 3 sichergestellt werden kann, kann der Motor 3 zur Zeit t₁ beginnen zu beschleunigen. Im Intervall von der Zeit t₀ bis zur Zeit t₇ steuert die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 das Verstärkungsverhältnis A auf einen konstanten Wert, und das Verstärkungsverhältnis A ist so niedrig wie möglich, um die in der Motorantriebsvorrichtung 1 erzeugte Wärme weniger zu halten.
Während der Beschleunigungszeitraum von der Zeit t₁ bis zur Zeit t₂ erhöht der Wechselrichter 13 die Ausgabe zur Beschleunigung des Motors 3 unter der Steuerung der Wechselrichter-Steuereinheit 41. Die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 erhöht das Verstärkungsverhältnis A entsprechend. Da der Motor 3 jedoch seine Beschleunigung beendet und sich vorzugsweise mit einer geringen Last zur Zeit t₂ drehen kann, sinkt die Ausgabe des Wechselrichters 13 zur Zeit t₂ , d.h., die Leistungsmenge, die zur Vorbereitung auf einen Stromausfall zu gewährleisten ist, kann kleiner sein, während sich die Zeit t₂ nähert. Daher beginnt die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 zur Zeit t₈ die zulässige Stromausfallzeit T vor der Zeit t₂ , wenn sich der Motor 3 bei einer geringen Last zu drehen beginnt, wobei die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 mit der Steuerung beginnt, um das Verstärkungsverhältnis A zu reduzieren. Bei diesem Vorgang tritt auch dann ein Stromausfall innerhalb der zulässigen Stromausfallzeit T während des Beschleunigungszeitraums von der Zeit t₁ bis zur Zeit t₂ auf, da die Leistung für den Antrieb des Motors 3 gewährleistet werden kann, und insbesondere im Intervall von der Zeit t₈ bis zur Zeit t₂ sinkt die Spannung des Gleichstrom - Zwischenkreiskondensators 12 bei einer Verringerung des Verstärkungsverhältnisses A und es wird keine überschüssige Leistung gespeichert, wobei die in der Motorantriebsvorrichtung 1 erzeugte Wärme kann geringer gehalten werden kann.
Während der Standby-Periode von der Zeit t₂ bis zur Zeit t₃ , da der Motor 3 eine zum Schneiden geeignete Drehzahl erreicht hat, hält der Wechselrichter 13 eine niedrige Ausgabe so weit aufrecht, dass der Motor 3 die zum Schneiden geeignete Drehzahl bei einer geringen Last unter der Steuerung der Wechselrichter-Steuereinheit 41 hält. Die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 stellt das Verstärkungsverhältnis A entsprechend niedrig ein. Da jedoch der Schnitt gestartet wird und die Last des Motors 3 zur Zeit t₃ zunimmt, hält der Wechselrichter 13 im Intervall von der Zeit t₃ bis zur Zeit t₄ eine hohe Leistung. Mit anderen Worten kann die Leistungsmenge, die zur Vorbereitung auf einen Stromausfall zu gewährleisten ist, vorzugsweise mit der Zeit t₃ größer eingestellt werden. Daher beginnt zur Zeit t₉ die zulässige Stromausfallzeit T vor der Zeit t₃ , wenn das Schneiden gestartet wird und die Last des Motors 3 steigt, wobei die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 die Steuerung beginnt, um das Verstärkungsverhältnis A zu erhöhen. Mit diesem Vorgang kann selbst bei einem Stromausfall innerhalb der zulässigen Stromausfallzeit T während der Standby-Periode von der Zeit t₂ bis zur Zeit t₃ die Leistung für den Antrieb des Motors 3 gewährleistet werden. Darüber hinaus kann auch bei Stromausfall innerhalb der zulässigen Stromausfallzeit T vor und nach der Zeit t₃ beim Start des Schneidens die Leistung für den Antrieb des Motors 3 sichergestellt werden.
Während des Bearbeitungszeitraums von der Zeit t₃ bis zur Zeit t₄ , da die Last des Motors 3 beim Schneiden zunimmt, hält der Wechselrichter 13 eine hohe Leistung unter der Steuerung der Wechselrichter-Steuereinheit 41 aufrecht, um den Motor 3 auf der für das Schneiden geeigneten Drehzahl zu halten. Die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 stellt das Verstärkungsverhältnis A entsprechend hoch ein. Da das Schneiden jedoch beendet ist und der Motor 3 vorzugsweise bei geringer Last zur Zeit t₄ drehen kann, senkt sich die Ausgabe des Wechselrichters 13 zur Zeit t₄ , d.h., die Leistungsmenge, die zur Vorbereitung auf einen Stromausfall zu gewährleisten ist, kann kleiner sein, während sich die Zeit t₄ nähert. Daher beginnt die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 zur Zeit t₁₀ die zulässige Stromausfallzeit T vor der Zeit t₄ , wenn sich der Motor 3 bei einer geringen Last zu drehen beginnt, wobei die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 mit der Steuerung beginnt, um das Verstärkungsverhältnis A zu reduzieren. Bei diesem Vorgang tritt auch bei Stromausfall innerhalb der zulässigen Stromausfallzeit T während des Bearbeitungszeitraums von der Zeit t₃ bis zur Zeit t₄ auf, da die Leistung für den Antrieb des Motors 3 gewährleistet werden kann, und insbesondere im Intervall von der Zeit t₁₀ bis zur Zeit t₄ sinkt die Spannung des Gleichstrom - Zwischenkreiskondensators 12 bei einer Verringerung der Verstärkungsverhältnis A und es wird keine überschüssige Leistung gespeichert, wobei die in der Motorantriebsvorrichtung 1 erzeugte Wärme kann geringer gehalten werden kann.
Während der letzten Vorbereitungszeit von der Zeit t₄ bis zur Zeit t₅ , da der Schnitt beendet ist, ist die Last des Motors 3 gering. Daher wird die Ausgabe des Wechselrichters 13 so weit reduziert, dass der Motor 3 die für das Schneiden bei geringer Last geeignete Drehzahl unter der Steuerung der Wechselrichter-Steuereinheit 41 beibehält. Die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 stellt das Verstärkungsverhältnis A entsprechend niedrig ein.
Während der Verzögerungsperiode von der Zeit t₅ bis zur Zeit t₆ wandelt der Wechselrichter 13 den beim Abbremsen des Motors 3 erzeugten Wechselstrom-Regenerativstrom in Gleichstrom um und führt diesen unter der Steuerung der Wechselrichter-Steuereinheit 41 an den Gleichstrom - Zwischenkreis zurück. Während dieser Zeit wird die vom Motor 3 rückgespeiste Energie im Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 gespeichert, und die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 kann die vom Motor 3 rückgespeiste Energie über den PWM-Wandler 11 unter Beibehaltung oder Reduzierung des Verstärkungsverhältnisses A an die Wechselstromversorgung 2 zurückgeben oder die vom Motor 3 rückgespeiste Energie im Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 durch Erhöhung des Verstärkungsverhältnisses A speichern.
Die Bedienung der Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 während der AUS-Periode von der Zeit t₆ ist die gleiche wie während der AUS-Periode von der Zeit t₀ bis zur Zeit t₇ .
In dem in 7 dargestellten Beispiel wird die Ausgabe des Wechselrichters 13 zu den Zeiten t₁ , t₂ , t₃ , t₄ , t₅ , und t₆ abhängig vom Zustand des Motors 3 in der Schneidemaschine, während die Steuerung des Verstärkungsverhältnisses A durch die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 zu den Zeiten t₇ , t₈ , t₉ , und t₁₀ vor dem Umschalten der Ausgabe des Wechselrichters 13 erheblich umgeschaltet ist. Auf diese Weise wird im dritten Beispiel das Verstärkungsverhältnis A durch Ausrechnung der zeitlichen Änderung der Ausgabe P_i(t) des Wechselrichters 13 gesteuert.
Wie vorstehend beschrieben, wird gemäß dieser Ausführungsform eine zulässige Stromausfallzeit T im Voraus eingestellt, damit der Motor 3 mit dem Ausgangswechselstrom des Wechselrichters 13 angetrieben werden kann, während die Gleichstromversorgung vom PWM-Wandler 11 zum Gleichstrom - Zwischenkreis aufgrund eines Stromausfalls in der Wechselstromversorgung 2 abgeschaltet wird, und die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 das Verstärkungsverhältnis A so steuert, dass auch bei einem Stromausfall in der Wechselstromversorgung 2 und einer Unterbrechung der Gleichstromversorgung vom PWM-Wandler 11 zum Gleichstrom - Zwischenkreis die Leistung in einer Menge ausreicht, um den Motor 3 zumindest während der zulässigen Stromausfallzeit T anzutreiben, die im Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 gespeichert wird. Auch wenn also die Gleichstromversorgung des PWM-Wandlers 11 zum Gleichstrom - Zwischenkreis aufgrund eines Stromausfalls unterbrochen wird, solange die Zeitspanne, in der die Gleichstromversorgung unterbrochen wird, gleich oder kürzer als die zulässige Stromausfallzeit T ist, kann der Motor 3 mit einem Ausgangswechselstrom betrieben, indem die in dem Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 gespeicherte Gleichstromleistung durch den Wechselrichter 13 umgewandelt wird. Die zulässige Stromausfallzeit T kann vom Benutzer frei eingestellt werden. Die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 steuert das Verstärkungsverhältnis A basierend auf der Länge der eingestellten zulässigen Stromausfallzeit T, so dass auch bei einer Unterbrechung der Gleichstromversorgung vom PWM-Wandler 11 zum Gleichstrom - Zwischenkreis aufgrund eines Stromausfalls in der Wechselstromversorgung eine zum Antreiben des Motors 3 ausreichende Leistung im Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 gespeichert wird. Die in der Motorantriebsvorrichtung 1 durch die Schaltverluste erzeugte Wärme und die Widerstandskomponenten können durch eine dynamische Änderung des Verstärkungsverhältnisses A durch die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 geringer gehalten werden. Da daher im Gegensatz zu den herkömmlichen Verfahren die Kapazität des Gleichstrom - Zwischenkreiskondensators nicht vorzugsweise erhöht oder keine unterbrechungsfreie Stromversorgung vorzugsweise hinzugefügt werden kann, um die zulässige Stromausfallzeit T zu verlängern und die erzeugte Wärme aufgrund von Widerstandskomponenten geringer zu halten, kann eine Motorantriebsvorrichtung 1 mit einem kostengünstigen, platzsparenden PWM-Wandler 11 mit einer langen zulässigen Stromausfallzeit T und geringer Wärmeentwicklung aufgrund der Schaltverluste und der Widerstandskomponenten der Motorantriebsvorrichtung 1 realisiert werden.
Die zulässige Stromausfallzeit T kann vom Benutzer frei eingestellt werden, aber wenn ein unerwarteter Stromausfall nach der zulässigen Stromausfallzeit T auftritt, kann der Motor 3 anhalten, so dass der Motor 3, die Motorantriebsvorrichtung 1, die den Motor 3 antreibt, und eine Vorrichtung mit der Motorantriebsvorrichtung 1 ausfallen können oder ein beliebiges Werkstück beschädigt werden kann. Um diese Situation als weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zu überwinden, wenn der Stromausfall in der Wechselstromversorgung 2 auch nach Ablauf der zulässigen Stromausfallzeit ab dem Zeitpunkt, zu dem der Stromausfall von der Stromausfall-Erfassungseinheit 16 erfasst wird, bestehen bleibt, können Schutzmaßnahmen zur Vermeidung von Schäden am Motor 3 und an einer Maschine und einem Element einschließlich des Motors 3 durchgeführt werden.
8 ist ein Blockdiagramm, das eine Motorantriebsvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform darstellt. In dieser Ausführungsform beinhaltet die Vorrichtung in Bezug auf die in 1 bis 7 beschriebene Ausführungsform ferner eine Schutzmaßnahmeeinheit 17, die Schutzmaßnahmen zur Vermeidung von Schäden am Motor 3, einer Maschine mit dem Motor 3 und einem mit dem Motor 3 verbundenen Element (z. B. einem Werkzeug oder einem Werkstück) durchführt, wenn der Stromausfall in der Wechselstromversorgung 2 auch nach Ablauf der zulässigen Stromausfallzeit T ab dem Zeitpunkt, zu dem der Stromausfall von der Stromausfall-Erfassungseinheit 16 erfasst wird, erhalten bleibt.
So steuert beispielsweise die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 das Verstärkungsverhältnis A, um es im Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 zu speichern, wobei die Leistung in einer Menge erhalten wird, die sich aus dem Hinzufügen der Leistungsmenge W_Pm [J] ergibt, die in dem in Gleichung (2) dargestellten Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 gespeichert ist, wie die folgende Gleichung (13).
[Gleichung 13] $\begin{matrix} W m = \frac{1}{2} \times C \times (V_{2}^{2} - V_{1}^{2}) + W p & [J] \end{matrix}$
Als weiteres Beispiel steuert die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit 14 das Verstärkungsverhältnis A zum Speichern im Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12, Leistung in einer Menge, die durch Ersetzen der Spannung V₄ des Gleichstrom - Zwischenkreiskondensators 12 erhalten wird, wenn Leistung in einer Menge, die an der Durchführung der Schutzmaßnahmen des Motors 3 durch die Schutzmaßnahmeeinheit 17 beteiligt ist, im Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 für den Mindestwert V₁ [V] der Gleichspannung des an der Ansteuerung des Motors 3 beteiligten Gleichstrom - Zwischenkreiskondensators 12 in der Leistungsmenge W_m [J], die in dem in Gleichung (2) dargestellten Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 gespeichert ist, wie die folgende Gleichung (14).
[Gleichung 14] $\begin{matrix} W m = \frac{1}{2} \times C \times (V_{2}^{2} - V_{4}^{2}) & [J] \end{matrix}$
Wenn der Stromausfall nach der zulässigen Stromausfallzeit T eintritt, weist die Schutzmaßnahmeeinheit 17 die Wechselrichter-Steuereinheit 41 an, den Motor 3 zu veranlassen, Schutzmaßnahmen durchzuführen, um eine Beschädigung des Motors 3, einer Maschine mit dem Motor 3 und eines mit dem Motor 3 verbundenen Elements (z. B. eines Werkzeugs oder eines Werkstücks) zu verhindern. Als Reaktion auf diese Anweisung steuert die Wechselrichter-Steuereinheit 41 den Wechselrichter 13, um den im Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator 12 gespeicherte Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln und dem Motor 3 zuzuführen, veranlasst den Motor 3, verschiedene Schutzmaßnahmen durchzuführen, um eine Beschädigung des Motors 3 selbst, einer Maschine mit dem Motor 3 und eines mit dem Motor 3 verbundenen Elements (z. B. eines Werkzeugs oder eines Werkstücks) zu verhindern, und stoppt dann den Betrieb des Motors 3. Beispiele für die Schutzmaßnahmen können einen Einziehvorgang und einen Sicherheitsstoppbetrieb beinhalten, um Schäden an einer Maschine zu vermeiden, die den Motor 3, ein mit dem Motor 3 verbundenes Werkzeug und ein mit dem Werkzeug bearbeitetes Werkstück beinhaltet.
Da andere Schaltungskomponenten mit den in 1 dargestellten Schaltungskomponenten identisch sind, bezeichnen die gleichen Bezugszeichen die gleichen Schaltungskomponenten, und eine detaillierte Beschreibung wird nicht gegeben.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann eine Motorantriebsvorrichtung einschließlich einem kostengünstigen, platzsparenden PWM-Wandler realisiert werden, der eine lange zulässige Stromausfallzeit aufweist und aufgrund der Schaltverluste des PWM-Wandlers und des Wechselrichters sowie der Widerstandskomponenten im Gleichstrom - Zwischenkreis wenig Wärme erzeugt.

Claims

Motorantriebsvorrichtung (1), umfassend: einen PWM-Wandler (11), der konfiguriert ist, von einer Wechselstromversorgung (2) gelieferten Wechselstrom durch PWM-Steuerung in Gleichstrom umzuwandeln und den Gleichstrom einem Gleichstrom - Zwischenkreis zuzuführen; einen Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator (12), der in dem Gleichstrom - Zwischenkreis vorgesehen und zum Speichern der Gleichstromleistung konfiguriert ist; einen Wechselrichter 13, der konfiguriert ist, den Gleichstrom in dem Gleichstrom - Zwischenkreis in Wechselstrom für den Motorantrieb umzuwandeln und den Wechselstrom auszugeben; eine Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit (14), die konfiguriert ist, ein Verstärkungsverhältnis als Verhältnis eines Wertes einer Ausgangsgleichspannung von dem PWM-Wandler (11) zu einem Spitzenwert einer Eingangswechselspannung von der Wechselstromversorgung (2) zu steuern, um den Betrieb eines Motor (3) unter Verwendung eines Ausgangswechselstroms während der Abschaltung der Gleichstromzufuhr von dem PWM-Wandler (11) zu dem Gleichstrom - Zwischenkreis zu ermöglichen, indem die in dem Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator (12) gespeicherte Gleichstromleistung durch den Wechselrichter (13) umgewandelt wird.
Motorantriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit (14) das Verstärkungsverhältnis basierend auf einer zulässigen Stromausfallzeit steuert, die im Voraus als Zeitspanne festgelegt ist, in der der Motor (3) unter Verwendung des Ausgangswechselstroms von dem Wechselrichter (13) während einer Abschaltung der Gleichstromversorgung von dem PWM-Wandler (11) zu dem Gleichstrom - Zwischenkreis aufgrund eines Stromausfalls in der Wechselstromversorgung (2) angetrieben werden darf.
Motorantriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 2, ferner umfassend: eine Leistungsberechnungseinheit (15), die konfiguriert ist, einen Antriebsleistungsbedarf als eine Gleichstromleistungsmenge zu berechnen, die bei dem Antrieb des Motors (3) während der zulässigen Stromausfallzeit involviert ist; wobei die Verstärkungsverhältnis-Steuereinheit (14) das Verstärkungsverhältnis so steuert, dass eine Gleichstromleistungsmenge, die in dem Gleichstrom - Zwischenkreiskondensator (12) gespeichert und zum Antreiben des Motors (3) während der zulässigen Stromausfallzeit verfügbar ist, größer ist als der Antriebsleistungsbedarf.
Motorantriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 3, wobei die Leistungsberechnungseinheit (15) den Antriebsleistungsbedarf basierend auf einem Ausgang des Wechselrichters (13) während der zulässigen Stromausfallzeit berechnet.
Motorantriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 3, wobei die Leistungsberechnungseinheit (15) den Antriebsleistungsbedarf basierend auf einem Gesamtvolumen der Motorleistung während der zulässigen Stromausfallzeit berechnet.
Motorantriebsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, ferner umfassend: eine Stromausfall-Erfassungseinheit (16), die konfiguriert ist, einen Stromausfall in der Wechselstromversorgung (2) zu erfassen; und eine Schutzmaßnahmeeinheit (17), die konfiguriert ist, eine Schutzmaßnahme durchzuführen, um eine Beschädigung des Motors (3), einer Maschine, die den Motor (3) umfasst, und eines mit dem Motor (3) verbundenen Elements zu verhindern, wenn der Stromausfall in der Wechselstromversorgung (2) auch nach Ablauf der zulässigen Stromausfallzeit ab einem Zeitpunkt, an dem der Stromausfall von der Stromausfall-Erfassungseinheit (16) erfasst wird, bestehen bleibt.