DE102019104528A1

DE102019104528A1 - Motorantriebssystem mit Leistungsspeichervorrichtung

Info

Publication number: DE102019104528A1
Application number: DE102019104528.2A
Authority: DE
Inventors: Shougo SHINODA; Satoshi Ikai
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2018-02-26
Filing date: 2019-02-22
Publication date: 2019-09-19
Also published as: JP6649418B2; US20190267835A1; CN110198147A; CN110198147B; JP2019149863A; US10965151B2

Abstract

Ein Motorantriebssystem 1 beinhaltet einen Wandler 11, der konfiguriert ist, um Leistung zwischen Wechselstrom-Leistung in einer Leistungsquelle 2 und Gleichstrom-Leistung in einem Gleichstrom-Zwischenkreis 4 zu wandeln, einen Antriebs-Wechselrichter 12, der konfiguriert ist, um Leistung zwischen der Gleichstrom-Leistung in dem Gleichstrom-Zwischenkreis 4 und Wechselstrom-Leistung, die als Antriebsleistung oder Regenerativleistung für einen Antriebs-Servomotor 3 dient, zu wandeln, eine Antriebs-Motorsteuereinheit 13, die konfiguriert ist, um den Antriebs-Servomotor 3 zu steuern, der mit dem Antriebs-Wechselrichter 12 verbunden ist, eine Leistungsspeichervorrichtung 14, die konfiguriert ist, um die Gleichstrom-Leistung aus dem Gleichstrom-Zwischenkreis 4 zu speichern oder die Gleichstrom-Leistung der Gleichstrom-Zwischenkreis 4 zuzuführen, und eine Basishalteenergieänderungseinheit 15, die konfiguriert ist, um eine Basishalteenergie zu ändern, die als Referenzwert einer Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 definiert ist, in Übereinstimmung mit der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Motorantriebssystem mit einer Leistungsspeichervorrichtung.
Beschreibung der verwandten Technik
In einem Motorantriebssystem zum Antreiben eines Servomotors, der für Maschinen einschließlich einer Werkzeugmaschine, eines Roboters usw. vorgesehen ist (im Folgenden „Antriebs-Servomotor“ genannt), wird die von einer Wechselstrom-Leistungsquelle gelieferte Wechselstrom-Leistung von einem Wandler (Gleichrichter) in Gleichstrom-Leistung umgewandelt, die Gleichstrom-Leistung wird an einen Gleichstrom-Zwischenkreis ausgegeben, die Gleichstrom-Leistung im Gleichstrom-Zwischenkreis wird von einem Wandler weiter in Wechselstrom-Leistung umgewandelt, und die Wechselstrom-Leistung wird als Leistung zum Antreiben des für jede Antriebsachse vorgesehenen Antriebs-Servomotors verwendet. Es ist üblich, einen Wandler für eine Vielzahl von Wechselrichtern bereitzustellen, um die Kosten und den Platzbedarf des Motorantriebssystems zu reduzieren. Mit anderen Worten, ein Wechselrichter, der konfiguriert ist, um die von einer Wechselstrom-Leistungsquelle gelieferte Wechselstrom-Leistung in Gleichstrom-Leistung umzuwandeln, wird als eine Leistungsquelleneinheit verwendet, die einer Vielzahl von Antriebs-Wechselrichtern gemeinsam ist (Antriebs-Servoverstärker), und diese Antriebs-Wechselrichter erzeugen Wechselstrom-Leistung zum Antreiben jedes Antriebs-Servomotors unter Verwendung der von der Leistungsquelleneinheit gelieferten Gleichstrom-Leistung.
Bei der Beschleunigungs- oder Abbremssteuerung des Antriebs-Servomotors durch das Motorantriebssystem tritt eine Leistungsspitze auf, weil die Wechselstrom-Leistungsquelle aufgefordert wird, hohe Wechselstrom-Leistungen auszugeben oder zu regenerieren. Insbesondere in einem Motorantriebssystem mit einer Vielzahl von Antriebs-Wechselrichtern, die an einen Wandler angeschlossen sind, kann die auftretende Leistungsspitze relativ hoch sein. Eine Reduzierung der Leistungsspitze ist wünschenswert, denn je höher die Leistungsspitze, desto höher die Kapazität der Leistungsquelle und die Betriebskosten des Motorantriebssystems, und desto mehr Leistungsprobleme wie Stromausfall und Flackern können in der Leistungsquelle auftreten.
Um die Leistungsspitze zu reduzieren, wird bei einem konventionell angewandten Verfahren eine Leistungsspeichervorrichtung vorgesehen, die Gleichstrom-Leistung in einem Gleichstrom-Zwischenkreis speichern kann, der den Wandler mit den Wechselrichtern zum Antrieb im Motorantriebssystem verbindet, und die vom Antriebs-Servomotor verbrauchte oder regenerierte Energie wird gegebenenfalls über den Gleichstrom-Zwischenkreis ausgetauscht. Mit diesem Verfahren kann die Leistungsspitze reduziert werden, da die vom Antriebs-Servomotor erzeugte Regenerativleistung während des Abbremsens des Antriebs-Servomotors in der Leistungsspeichervorrichtung gespeichert werden kann oder die gespeicherte Leistung während der Beschleunigung des Antriebs-Servomotors wieder verwendet werden kann. Mit anderen Worten, die Verwendung einer Leistungsspeichervorrichtung, die Leistung zum und vom Zwischenkreis ein- und ausgibt, ermöglicht es, sogar einen Betrieb (Beschleunigung und Abbremsen) des Antriebs-Servomotors zu bewältigen, bei dem der Leistungsverbrauch höher ist als die maximale Ausgangsleistung der Leistungsquelle. Beispiele für die Leistungsspeichervorrichtung sind eine Kondensatorleistungsspeichervorrichtung und eine Schwungradleistungsspeichervorrichtung.
Beispielsweise verursacht eine Pressmaschine einen sehr hohen maximalen Leistungsverbrauch bei einem Pressvorgang und stellt oft ein Problem dar, das mit einer Verknappung der Kapazität der Leistungsquelle zusammenhängt. Unter den gegebenen Umständen beinhaltet ein Motorantriebssystem in einer Pressmaschine eine Schwungrad-Ladespeichervorrichtung, die in einem Zwischenkreis vorgesehen ist, und liefert Strom aus der Leistungsspeichervorrichtung, wenn die Pressmaschine hohe Leistung verbraucht, um das Antreiben der Pressmaschine unter einer Stromquelle mit geringer Kapazität zu ermöglichen. Wenn beispielsweise der Antriebs-Servomotor niedrige Leistung verbraucht, wird ein Puffer-Servomotor, der mit einem Schwungrad gekoppelt ist, mit konstanter Drehzahl gedreht, und wenn der Antriebs-Servomotor höhere Leistung verbraucht, z.B. aufgrund seiner Beschleunigung oder Abbremsung, wird die Drehzahl des Puffer-Servomotors abgesenkt, die Leistungsregeneration erfolgt über einen Puffer-Wechselrichter und die Gleichstrom-Leistung zum Antrieb des Antriebs-Servomotors wird dem Gleichstrom-Zwischenkreis zugeführt. Somit kann auch bei einem Beschleunigungs- und Abbremsbetrieb, der eine Leistung verbraucht, die höher ist als eine maximale Leistungsumwandlungsmenge, die eine maximale Leistungsmenge ist, die vom Wandler umgewandelt werden kann, der Antrieb mit regenerativer Leistung von einem Puffer-Servomotor, der mit einem Schwungrad mit Rotationsenergie gekoppelt ist, erfolgen.
Wie z.B. in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung (Kokai) No. 2013-009524 offenbart ist, ist bekannt, dass eine Motorantriebsvorrichtung einen Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler beinhaltet, der Wechselstrom-Leistung von einer Wechselstromquelle in Gleichstrom-Leistung umwandelt, einen Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler, der Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt, um einen Motor anzutreiben oder vom Motor regenerierte Wechselstrom-Leistung in Gleichstrom-Leistung umwandelt, eine Gleichstrom-Zwischeneinheit, die eine Gleichstrom-Seite des Wechselstrom/Gleichstrom-Wandlers mit einer Gleichstrom-Seite des Gleichstrom/Wechselstrom-Wandlers verbindet und Gleichstrom-Leistung austauscht, eine Energiespeichereinheit, die mindestens eine Kondensatorspeichereinheit und mindestens eine Schwungradspeichereinheit umfasst, die mit der Gleichstrom-Zwischeneinheit verbunden ist und die Gleichstrom-Leistung von der Gleichstrom-Zwischeneinheit speichert oder die Gleichstrom-Leistung an die Gleichstrom-Zwischeneinheit liefert, eine Motorsteuereinheit, die eine Steuerung durchführt, die es dem Gleichstrom-Wandler ermöglicht, eine gewünschte Wechselstromleistung auszugeben, basierend auf einem Motorbetriebsbefehl zum Ausgeben eines Befehls, der sich auf einen Betrieb des Motors bezieht, und eine Energiesteuereinheit, die eine Steuerung durchführt, die es der Energiespeichereinheit ermöglicht, die Gleichstrom-Leistung von der Gleichstrom-Zwischeneinheit zu speichern oder die Gleichstrom-Leistung an die Zwischeneinheit zu liefern.
Wie z.B. in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung (Kokai) No. 2016-046833 offenbart, ist ein System zum Steuern eines Servomotors zum Antreiben einer Achse von Industriemaschinen oder einer Werkzeugmaschine bekannt dafür, dass es eine Vielzahl von ersten Servomotoren zum Antreiben von Achsen, eine Vielzahl von Wandlern, die eine Wechselspannung in eine Gleichspannung umwandeln, eine Vielzahl von ersten Wechselrichtern, die die Gleichspannung von den Wandlern empfangen und die Gleichspannung in eine Wechselspannung zum Antreiben der Vielzahl von ersten Servomotoren umwandeln oder die von den ersten Servomotoren erzeugte Wechselspannung in Gleichstrom umwandeln, zweite Servomotoren, die Trägheit drehen, beinhaltet, eine Vielzahl von zweiten Wechselrichtern, die die Gleichspannung von den Wandlern empfangen und die Gleichspannung in eine Wechselspannung zum Antreiben der zweiten Servomotoren umwandeln oder die von den zweiten Servomotoren regenerierte Wechselstrom-Leistung in Gleichstrom-Leistung umwandeln, und eine Servomotorsteuerung, die die Vielzahl der ersten Servomotoren und der zweiten Servomotoren steuert, wobei die zweiten Servomotoren weniger zahlreich sind als die Vielzahl der zweiten Wechselrichter, mindestens einer der zweiten Servomotoren eine Vielzahl von unabhängigen Wicklungen beinhaltet, und mindestens einige der Vielzahl der zweiten Wechselrichter mit einer Vielzahl von unabhängigen Wicklungen verbunden sind, die in einem zweiten Servomotor vorgesehen sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In einem Motorantriebssystem, in dem ein Gleichstrom-Zwischenkreis, der einen Wandler und einen Antriebs-Wechselrichter verbindet, mit einer Leistungsspeichervorrichtung versehen ist, um eine Leistungsspitze zu reduzieren, wenn die in der Leistungsspeichervorrichtung gespeicherte Energie aufgrund eines Faktors kurz wird, wird den Servomotoren nicht genügend Antriebsleistung für den Antrieb zugeführt, und es besteht die Möglichkeit, dass eine Motorsteuerung und eine Werkzeugmaschine einschließlich der Motorsteuerung versehentlich einen Alarmstopp ausführt. Wenn beispielsweise eine unerwartet hohe Last auf die Antriebs-Servomotoren wirkt, die angetrieben werden, verbrauchen die Antriebs-Servomotoren mehr Leistung als normal. Da in diesem Fall die im Leistungsspeicher gespeicherte Energie mehr verbraucht wird als ursprünglich geplant, ist es sehr wahrscheinlich, dass der nachfolgende Betrieb der Antriebs-Servomotoren aufgrund von Leistungsausfällen nicht fortgesetzt wird. Wenn die in der Leistungsspeichervorrichtung gespeicherte Energie größer als erforderlich ist, besteht außerdem die Möglichkeit, dass der Verschleiß der Leistungsspeichervorrichtung gefördert wird. So dreht sich beispielsweise bei einer Schwungrad-Ladespeichervorrichtung der Puffer-Servomotor zum Drehen des Schwungrades mit höherer Geschwindigkeit, wenn die Rotationsenergie größer ist, und dadurch steigt die Vibration durch die Rotationsgeschwindigkeit, und der Abbau des Puffer-Servomotors und des mit dem Puffer-Servomotor gekoppelten Schwungrades wird gefördert. Außerdem wird bei einem Kondensator-Leistungsspeicher, beispielsweise, da die Kondensatorspannung mit zunehmender gespeicherter Energie höher wird, die Belastung des Kondensators größer und der Verschleiß des Kondensators wird gefördert. Dementsprechend besteht im Motorantriebssystem, einschließlich der Leistungsspeichervorrichtung, die vorgesehen ist, um die Leistungsspitze der Leistungsquellenausrüstung zu reduzieren, Bedarf an einer Technik zum Aufrechterhalten der in der Leistungsspeichervorrichtung gespeicherten Energie in einem angemessenen Umfang.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein Motorantriebssystem einen Wandler, der konfiguriert ist, um Leistung zwischen Wechselstrom in einer Leistungsquelle und Gleichstrom in einem Gleichstrom-Zwischenkreis umzuwandeln, einen Antriebs-Wechselrichter, der konfiguriert ist, um Leistung zwischen der Gleichstrom-Leistung in dem Gleichstrom-Zwischenkreis und Wechselstrom umzuwandeln, der als Antriebsleistung oder Regenerativleistung für einen Antriebs-Servomotor dient, eine Antriebs-Motorsteuereinheit, die konfiguriert ist, um den Antriebs-Servomotor zu steuern, der mit dem Antriebs-Wechselrichter verbunden ist, eine Leistungsspeichervorrichtung, die konfiguriert ist, um die Gleichstrom-Leistung aus dem Gleichstrom-Zwischenkreis zu speichern oder die Gleichstrom-Leistung dem Gleichstrom-Zwischenkreis zuzuführen, und eine Basishalteenergieänderungseinheit, die konfiguriert ist, um eine Basishalteenergie zu ändern, die als Referenzwert einer Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung definiert ist, in Übereinstimmung mit der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird durch Bezugnahme auf die folgenden begleitenden Zeichnungen besser verstanden:

1 ist ein Blockdiagramm, das ein Motorantriebssystem gemäß einer Ausführungsform darstellt;
2 ist ein Blockdiagramm, das das Motorantriebssystem gemäß der Ausführungsform darstellt, das eine Schwungrad-Leistungsspeichervorrichtung beinhaltet;
3 ist ein Blockdiagramm, das das Motorantriebssystem gemäß der Ausführungsform darstellt, das eine KondensatorLeistungsspeichervorrichtung beinhaltet;
4 ist ein Diagramm, das einen exemplarischen Zusammenhang zwischen der von der Leistungsspeichervorrichtung im Motorantriebssystem gelieferten Gleichstrom-Leistung gemäß der Ausführungsform und der von einem Wandler gelieferten Gleichstrom-Leistung darstellt;
5 ist ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel für die Steuerung der Leistungsspeichervorrichtung durch eine Steuereinheit für die Leistungsspeichervorrichtung darstellt;
6 ist ein Zeitdiagramm, das einen exemplarischen Zusammenhang zwischen dem Gesamtleistungsverbrauch und der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung veranschaulicht, wenn im Motorantriebssystem gemäß der Ausführungsform ein Basishalteenergieänderungsprozess gemäß einem ersten Modus ausgeführt wird;
7 ist ein Zeitdiagramm, das einen exemplarischen Zusammenhang zwischen dem Gesamtleistungsverbrauch und der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung veranschaulicht, wenn im Motorantriebssystem gemäß der Ausführungsform ein Basishalteenergieänderungsprozess gemäß einem zweiten Modus ausgeführt wird;
8 ist ein Zeitdiagramm, das einen exemplarischen Zusammenhang zwischen dem Gesamtleistungsverbrauch und der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung veranschaulicht, wenn im Motorantriebssystem gemäß der Ausführungsform ein Basishalteenergieänderungsprozess gemäß einem dritten Modus ausgeführt wird;
9 ist ein Flussdiagramm, das eine Funktionssequenz des Motorantriebssystems gemäß der Ausführungsform darstellt; und
10 ist ein Flussdiagramm, das eine Funktionsweise des Motorantriebssystems gemäß der Ausführungsform veranschaulicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ein Motorantriebssystem mit einer Leistungsspeichervorrichtung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Die gleichen Bezugsziffern bezeichnen die gleichen Elemente in diesen Zeichnungen. Diese Zeichnungen verwenden je nach Bedarf unterschiedliche Maßstäbe, um das Verständnis zu erleichtern. Der in jeder Zeichnung dargestellte Modus ist ein Beispiel für die Durchführung der vorliegenden Erfindung, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf die in diesen Zeichnungen dargestellten Modi beschränkt. Die „Leistung eines Antriebs-Servomotors“ beinhaltet den „Leistungsverbrauch des Antriebs-Servomotors“ und die „Menge der regenerativen Leistung des Antriebs-Servomotors“, und die „Leistung eines Puffer-Servomotors“ beinhaltet den „Leistungsverbrauch des Puffer-Servomotors“ und die „Menge der regenerativen Leistung des Puffer-Servomotors“. Die Drehwinkelgeschwindigkeiten des Antriebs-Servomotors und des Puffer-Servomotors werden im Folgenden einfach als „Geschwindigkeiten“ oder „Drehzahlen“ bezeichnet.
Ein Motorantriebssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird für ein System verwendet, das Antriebs-Servomotoren von Antriebsachsen in Maschinen einschließlich einer Werkzeugmaschine, eines Roboters usw., Antriebs-Wechselrichtern, die Wechselstrom zum Antreiben der Antriebs-Servomotoren in Übereinstimmung mit den Antriebs-Servomotoren liefern, und einen Wandler beinhaltet.
1 ist ein Blockdiagramm, das ein Motorantriebssystem gemäß einer Ausführungsform darstellt. Der Fall, dass zwei Antriebs-Servomotoren 3 von einem Motorantriebssystem 1 gesteuert werden, das an eine Wechselstrom-Leistungsquelle 2 angeschlossen ist, wird hier als Beispiel angeführt. Die Anzahl der Antriebs-Servomotoren 3 begrenzt diese Ausführungsform jedoch nicht besonders und kann eins, drei oder mehr sein. Auch die Anzahl der Phasen der Leistungsquelle 2 und der Antriebs-Servomotoren 3 schränken diese Ausführungsform nicht besonders ein, und es kann beispielsweise eine drei oder einphasige Konfiguration verwendet werden. Auch die Art des Antriebs-Servomotors 3 schränkt diese Ausführungsform nicht besonders ein, und es kann beispielsweise ein Induktions- oder Synchronmotor verwendet werden. Zu den Maschinen, die mit den Antriebs-Servomotoren 3 ausgestattet sind, gehören beispielsweise eine Werkzeugmaschine, ein Roboter, Schmiedemaschinen, eine Spritzgießmaschine, Industriemaschinen, verschiedene Elektrogeräte, ein Elektrozug, ein Automobil und ein Flugzeug.
Jede Schaltungskomponente des Motorantriebssystems 1 wird zunächst beschrieben.
Wie in 1 dargestellt, beinhaltet das Motorantriebssystem 1 gemäß der Ausführungsform einen Wandler 11, Antriebs-Wechselrichter 12, eine Antriebs-Motorsteuereinheit 13, eine Leistungsspeichervorrichtung 14, eine Basishalteenergieänderungseinheit 15, eine Leistungsverbrauchsberechnungseinheit 16 und eine Leistungsspeichersteuereinheit 17.
Der Wandler 11 dient als Gleichrichter, der konfiguriert ist, um die Leistung zwischen der Wechselstromleistung in der Leistungsquelle 2 und der Gleichstrom-Leistung in einem Gleichstrom-Zwischenkreis 4 zu wandeln. Der Wandler 11 ist in einer dreiphasigen Brückenschaltung implementiert, wenn ein dreiphasiger Wechselstrom von der Leistungsquelle 2 zugeführt wird, und in einer einphasigen Brückenschaltung, wenn ein einphasiger Wechselstrom von der Leistungsquelle 2 zugeführt wird. Der Wandler 11 ist als bidirektionaler Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler ausgeführt, wie beispielsweise eine 120-Grad-Leitungsgleichrichterschaltung und eine PWM-Schaltsteuerungsgleichrichterschaltung, die die von der Leistungsquelle 2 aufgenommene Wechselstrom-Leistung in Gleichstrom-Leistung umwandelt und die Gleichstrom-Leistung auf die Gleichstrom-Seite abgibt, und die Gleichstrom-Leistung des Gleichstrom-Zwischenkreises 4 in Wechselstrom-Leistung umwandelt und die Wechselstrom-Leistung während der Leistungsregeneration an die Leistungsquelle 2 abgibt. Wenn der Wandler 11 als z.B. PWM-Schaltsteuerungsgleichrichter implementiert ist, ist er in einer Brückenschaltung von Schaltelementen und Dioden implementiert, die antiparallel mit den Schaltelementen verbunden sind, und führt eine bidirektionale Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumwandlung durch, indem er jedes Schaltelement gemäß einem von einer Hoststeuerung empfangenen Fahrbefehl ein- und ausschaltet (nicht dargestellt). Beispiele für das Schaltelement können einen unipolaren Transistor wie 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.
Für den Wandler 11 ist ein „maximaler Betrag der Leistungsumwandlung“ definiert als ein maximaler Betrag der Leistung, der die Leistungsumwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom ermöglicht, und ein maximaler Betrag der Leistung, der die Leistungsumwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom ermöglicht. Die maximale Höhe der Leistungsumwandlung ist im Allgemeinen als Spezifikationsdaten definiert, die der Umwandlungskapazität des Wandlers 11 zugeordnet sind und wird beispielsweise in einer Spezifikationstabelle oder einer Betriebsanleitung des Wandlers 11 angegeben.
Die Antriebs-Wechselrichter 12 sind über den Gleichstrom-Zwischenkreis 4 mit dem Wandler 11 verbunden. Der Gleichstrom-Zwischenkreis 4 beinhaltet einen Zwischenkreiskondensator (auch Glättungskondensator genannt), der jedoch hier nicht dargestellt ist. Der Zwischenkreiskondensator hat die Funktion, die Gleichstrom-Leistung im Gleichstrom-Zwischenkreis 4 zu speichern und die Pulsierung des Gleichstrom-Ausgangs des Wandlers 11 zu unterdrücken.
Der Antriebs-Wechselrichter 12 stellt einen Servoverstärker dar, der konfiguriert ist, um die Gleichstrom-Leistung im Gleichstrom-Zwischenkreis 4 in Wechselstrom-Leistung umzuwandeln, und liefert die Wechselstrom-Leistung an den Antriebs-Servomotor 3 als Antriebsleistung, um den Antriebs-Servomotor 3 zu betreiben. Der Antriebs-Wechselrichter 12 wandelt die Leistung zwischen der Gleichstrom-Leistung im Gleichstrom-Zwischenkreis 4 und der Wechselstromleistung, die als Antriebsleistung oder Rückspeisung für den Antriebs-Servomotor 3 dient. Der Antriebs-Servomotor 3 beinhaltet im Allgemeinen mindestens eine Wicklung, und ein Antriebs-Wechselrichter 12 kann vorzugsweise pro Wicklung im Antriebs-Servomotor 3 verwendet werden, um den Antriebs-Servomotor 3 anzutreiben. 1 stellt exemplarisch Antriebs-Servomotoren 3 vom Typ Einfachwicklung dar, und dementsprechend ist an jeden Antriebs-Servomotor 3 ein Antriebs-Wechselrichter 12 angeschlossen.
Der Antriebs-Wechselrichter 12 ist in einer Brückenschaltung von Schaltelementen und Dioden implementiert, die antiparallel mit den Schaltelementen verbunden sind, und die EIN/AUS-Steuerung jedes Schaltelements erfolgt basierend auf der PWM-Schaltsteuerung, beispielsweise des Dreieckswellenvergleichsschemas. Der Antriebs-Wechselrichter 12 wird in einer dreiphasigen Brückenschaltung realisiert, wenn der Antriebs-Servomotor 3 als Drehstrommotor und in einer einphasigen Brückenschaltung, wenn der Antriebs-Servomotor 3 als Einphasenmotor dient. Beispiele für das Schaltelement können einen unipolaren Transistor wie 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 Antriebs-Wechselrichter 12 wandelt die Leistung zwischen der Gleichstrom-Leistung des Gleichstrom-Zwischenkreises 4 und der Wechselstromleistung, die als Antriebsleistung oder Rückspeisung für den Antriebs-Servomotor 3 dient, durch EIN/AUS-Steuerung jedes Schaltelements basierend auf einem vom Antriebs-Motorsteuereinheit 13 empfangenen Antriebsbefehl (wird später beschrieben). Insbesondere führt der Antriebs-Wechselrichter 12 den Schaltvorgang der internen Schaltelemente durch, basierend auf einem von der Antriebs-Motorsteuereinheit 13 empfangenen Antriebsbefehl, um die vom Wandler 11 über den Gleichstrom-Zwischenkreis 4 gelieferte Gleichstrom-Leistung in Wechselstrom-Leistung mit einer gewünschten Spannung und einer gewünschten Frequenz zum Antreiben des Antriebs-Servomotors 3 umzuwandeln (Inversionsbetrieb). Der Antriebs-Servomotor 3 arbeitet somit beispielsweise mit Wechselspannung mit variabler Spannung und variabler Frequenz. Während des Abbremsens des Antriebs-Servomotors 3 kann es zu einer Regenerativleistung kommen, aber der Schaltvorgang der internen Schaltelemente erfolgt auf der Grundlage eines vom Antriebs-Motorsteuereinheit 13 empfangenen Antriebsbefehls, um die im Antriebs-Servomotor 3 auftretende Wechselstrom-Regenerativleistung in Gleichstrom-Leistung umzuwandeln und die Gleichstrom-Leistung in den Gleichstrom-Zwischenkreis 4 zurückzuführen (Gleichrichterbetrieb).
Die Antriebs-Motorsteuereinheit 13 steuert die Antriebs-Servomotoren 3, die mit den Wechselrichtern für Antrieb 12 verbunden sind, um sie gemäß einem vorgegebenen Betriebsmuster zu betreiben (d.h. zu drehen). Das Betriebsmuster der Antriebs-Servomotoren 3 ergibt sich aus der Kombination von Beschleunigung, Abbremsen, Drehung mit konstanter Drehzahl und gegebenenfalls Stopp gemäß den Betriebsdaten der Maschine, die mit den Antriebs-Servomotoren 3 ausgestattet ist. Eine Gruppe von Arbeitsgängen mit den gleichen Details der Antriebs-Servomotoren 3 ist definiert als „ein Zyklus“, und das oben genannte „Betriebsmuster“ wird durch wiederholtes Ausführen dieses Zyklus erstellt. Das Betriebsmuster der Antriebs-Servomotoren 3 wird durch ein Betriebsprogramm für die Antriebs-Servomotoren 3 definiert. Wenn beispielsweise die Antriebs-Servomotoren 3 in einer Werkzeugmaschine vorgesehen sind, wird ein Betriebsprogramm für die Antriebs-Servomotoren 3 als eines der Bearbeitungsprogramme für die Werkzeugmaschine definiert.
Da die Antriebs-Servomotoren 3 in Drehzahl, Drehmoment oder Rotorposition gesteuert werden, basierend beispielsweise auf Wechselspannungsleistung variabler Spannung und variabler Frequenz, die von den Antriebs-Wechselrichtern 12 geliefert wird, wird die Steuerung der Antriebs-Servomotoren 3 durch die Antriebs-Motorsteuereinheit 13 schließlich durch Steuerung des Leistungsumwandlungsbetriebs der Antriebs-Wechselrichter 12 realisiert. Mit anderen Worten, die Antriebs-Motorsteuereinheit 13 steuert die Antriebs-Servomotoren 3, um sie nach einem vorgegebenen Betriebsmuster zu betreiben, indem sie die Leistungsumwandlung der Antriebs-Wechselrichter 12 steuert. Genauer gesagt, wird der folgende Vorgang durchgeführt: Die Antriebs-Motorsteuereinheit 13 erzeugt einen Fahrbefehl zum Steuern der Drehzahlen, der Drehmomente oder der Rotorpositionen der Antriebs-Servomotoren 3, basierend beispielsweise auf den von einem Drehzahlgeber 51 erfassten (Rotor-)Drehzahlen (Geschwindigkeits-Feedback) der Antriebs-Servomotoren 3, einem durch die Wicklungen der Antriebs-Servomotoren 3 fließenden Strom (Strom-Feedback), einem vorgegebenen Drehmomentbefehl und einem Betriebsprogramm für die Antriebs-Servomotoren 3. Der Leistungsumwandlungsbetrieb der Antriebs-Wechselrichter 12 wird basierend auf dem vom Antriebs-Motorsteuereinheit 13 erzeugten Fahrbefehl gesteuert. Die hierin definierte Konfiguration der Antriebs-Motorsteuereinheit 13 ist lediglich veranschaulichend, und die Konfiguration der Antriebs-Motorsteuereinheit 13 kann definiert werden, einschließlich von Begriffen wie einer Positionsbefehlserzeugungseinheit, einer Drehmomentbefehlserzeugungseinheit und einer Schaltbefehlserzeugungseinheit.
Um das Antreiben der Antriebs-Servomotoren 3 mit einer Leistung zu ermöglichen, die höher ist als die maximale Leistungsumwandlung des Wandlers 11, beinhaltet das Motorantriebssystem 1 eine Leistungsspeichervorrichtung 14.
Die Leistungsspeichervorrichtung 14 speichert Gleichstrom aus dem Gleichstrom-Zwischenkreis 4 (Leistungsspeicher) und versorgt den Gleichstrom-Zwischenkreis 4 mit Gleichstrom (Spannungsversorgung). Der Energiespeicher und die Stromversorgung der Leistungsspeichervorrichtung 14 werden von der Leistungsspeichersteuereinheit 17 gesteuert. Die Basishalteenergie ist definiert als ein Referenzwert (Sollwert) der Energie, der von der Leistungsspeichervorrichtung 14 zu speichern ist. Durch die Steuerung der Leistungsspeichersteuereinheit 17 wird die Leistung in der Leistungsspeichervorrichtung 14 gespeichert, so dass die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 zur Basishalteenergie zurückkehren kann, die der Sollwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 ist. Während beispielsweise die Antriebs-Servomotoren 3 nicht in Betrieb sind und die Ausgabe/Aufnahme der Leistung durch die Leistungsspeichervorrichtung 14 nicht besonders benötigt wird, wird die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 auf der Basis der Halteenergie gehalten. Wenn der Leistungsversorgungsbetrieb der Leistungsspeichervorrichtung 14 durchgeführt wird, sinkt die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 auf einen Wert, der kleiner als die Basishalteenergie ist, aber wenn die Leistungsspeicherung der Leistungsspeichervorrichtung 14 durchgeführt wird, erhöht sich die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 und gewinnt die Basishalteenergie als Sollwert zurück. Abhängig von der Antriebsbedingung der Antriebs-Servomotoren 3 durch das Motorantriebssystem 1 kann die Stromversorgung der Leistungsspeichervorrichtung 14 durchgeführt werden, bevor die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 wieder in die Basishalteenergie zurückkehrt.
Beispiele für die Leistungsspeichervorrichtung 14 beinhalten eine Schwungrad-Leistungsspeichervorrichtung, wie in 2 dargestellt, und eine KondensatorLeistungsspeichervorrichtung, wie in 3 dargestellt.
2 ist ein Blockdiagramm, das das Motorantriebssystem gemäß der Ausführungsform darstellt, das eine Schwungrad-Leistungsspeichervorrichtung beinhaltet. Die Schwungrad-Leistungsspeichervorrichtung 14 beinhaltet ein Schwungrad 41, einen Puffer-Servomotor 42 und einen Puffer-Wechselrichter 43.
Das Schwungrad 41 kann Rotationsenergie speichern, die auch als Trägheit bezeichnet wird.
Der Puffer-Servomotor 42 dient zum Drehen des Schwungrades 41, das mit der Drehachse des Puffer-Servomotors 42 verbunden ist. Die Rotationsenergie kann im Schwungrad 41 durch Drehen des Puffer-Servomotors 42 gespeichert werden. Die Anzahl der Phasen des Puffer-Servomotors 42 schränkt diese Ausführungsform nicht besonders ein, und es kann beispielsweise eine drei oder einphasige Konfiguration verwendet werden. Im Servomotor ist ein Geschwindigkeitsdetektor 52 für den Puffer-Servomotor 42 vorgesehen, und die vom Geschwindigkeitsdetektor 52 erfasste (Rotor-)Drehzahl des Puffer-Servomotors 42 wird zum Steuern der Leistungsspeichervorrichtung 14 durch die Leistungsspeichersteuereinheit 17 verwendet.
Der Puffer-Wechselrichter 43 wandelt die Leistung zwischen der Gleichstrom-Leistung im Gleichstrom-Zwischenkreis 4 und der Wechselstromleistung, die als Antriebsleistung oder Rückspeisung für den Puffer-Servomotor 42 dient, durch EIN/AUSSteuerung jedes Schaltelements, basierend auf den von der Leistungsspeichersteuereinheit 17 empfangenen Leistungsspeicher- und Leistungsversorgungsbefehlen. Der Puffer-Wechselrichter 43 ist in einer Brückenschaltung aus Schaltelementen und Dioden realisiert, die antiparallel mit den Schaltelementen verbunden sind. Der Puffer-Wechselrichter 43 ist in einer dreiphasigen Brückenschaltung implementiert, wenn der Puffer-Servomotor 42 als Drehstrommotor und in einer einphasigen Brückenschaltung, wenn der Puffer-Servomotor 42 als Einphasenmotor dient. Beispiele für das Schaltelement können einen unipolaren Transistor wie 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. So wird beispielsweise die EIN/AUS-Steuerung jedes Schaltelements im Puffer-Wechselrichter 43 basierend auf einem PWM-Schaltsignal durchgeführt, das durch Vergleichen des empfangenen Fahrbefehls mit einem Dreiecksträger erhalten wird.
Durch die Steuerung der Leistungsumwandlung des Puffer-Wechselrichters 43 durch die Leistungsspeichersteuereinheit 17 dreht sich der mit dem Schwungrad 41 verbundene Puffer-Servomotor 42 mit Beschleunigung oder Abbremsen oder dreht sich mit konstanter Geschwindigkeit, so dass die Menge der von der Leistungsspeichervorrichtung 14 zu speichernden oder zuzuführenden Gleichstrom-Leistung (die Menge der von der Leistungsspeichervorrichtung 14 in den oder aus dem Gleichstrom-Zwischenkreis 4 zuzuführenden oder abzugebenden Gleichstrom-Leistung) eingestellt wird. Genauer gesagt, wird der folgende Vorgang durchgeführt.
Im Leistungsspeicher der Leistungsspeichervorrichtung 14 führt der Puffer-Wechselrichter 43 einen Inversionsbetrieb durch, um die Gleichspannung im Gleichstrom-Zwischenkreis 4 in Wechselspannung umzuwandeln, basierend auf einem Leistungsspeicherbefehl, der von der Leistungsspeichersteuereinheit 17 empfangen wird. Somit wird dem Puffer-Servomotor 42 elektrische Energie aus dem Gleichstrom-Zwischenkreis 4 zugeführt und dient zum Drehen des Servomotors für den mit dem Schwungrad 41 verbundenen Puffer-Servomotor 42. Auf diese Weise wird in der Schwungrad-Leistungsspeichervorrichtung 14 elektrische Energie, die vom Gleichstrom-Zwischenkreis 4 in die Leistungsspeichervorrichtung 14 fließt, in Rotationsenergie des Schwungrades 41 umgewandelt und gespeichert.
In der Stromversorgung der Leistungsspeichervorrichtung 14 führt der Puffer-Wechselrichter 43 einen Gleichrichterbetrieb zum Umwandeln von Wechselstrom-Regenerativstrom in Gleichstrom durch, indem er die Wechselstrom-Regenerativstromerzeugung beim Abbremsen des Servomotors für den mit dem Schwungrad 41 verbundenen Puffer-Servomotor 42 basierend auf einem von der Leistungsspeichersteuereinheit 17 empfangenen Leistungsversorgungsbefehl ausführt. Somit wird die im Schwungrad 41 gespeicherte Rotationsenergie in elektrische Energie umgewandelt und dem Gleichstrom-Zwischenkreis 4 zugeführt.
In der in 2 dargestellten Schwungrad-Leistungsspeichervorrichtung 14 entspricht die Leistung des Puffer-Servomotors 42 beispielsweise der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14. Die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14, d.h. die Leistung des Puffer-Servomotors 42, kann beispielsweise nach der folgenden Gleichung (1) berechnet werden: $Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 = (1 / 2) \times J \times ω^{2}$
wobei ω die Drehzahl (Winkelgeschwindigkeit) des Puffer-Servomotors 42 ist, die durch den Geschwindigkeitsdetektor 52 erfasst wird, und J das Trägheitsmoment des Puffer-Servomotors 42 ist.
Wie aus Gleichung (1) ersichtlich ist, da die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 proportional zum Quadrat der Drehzahl des Puffer-Servomotors 42 ist, kann die Drehzahl (oder ihr Quadrat) des Puffer-Servomotors 42 als Parameter verwendet werden, der die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 darstellt.
3 ist ein Blockdiagramm, das das Motorantriebssystem gemäß der Ausführungsform darstellt, das eine Kondensator-Leistungsspeichervorrichtung beinhaltet. Die Kondensator-Leistungsspeichervorrichtung 14 beinhaltet einen Kondensator 44 und einen Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 45, die konfiguriert sind, um die Leistung zwischen der Gleichspannung im Gleichstrom-Zwischenkreis 4 und der im Kondensator 44 gespeicherten Gleichspannung zu wandeln.
Beispiele für den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 45 sind eine Gleichstrom/Gleichstrom-Boost- und Buck-Chopper-Schaltung. Die Menge der Gleichstrom-Leistung, die von der Leistungsspeichervorrichtung 14 gespeichert oder bereitgestellt werden soll (die Menge der Gleichstrom-Leistung, die von der Leistungsspeichervorrichtung 14 in den Zwischenkreis 4 eingespeist oder von diesem abgegeben wird), wird durch Steuern der Boost- und Buck-Chopper-Vorgänge des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 45 durch die Leistungsspeichersteuereinheit 17 eingestellt. Genauer gesagt, wird der folgende Vorgang durchgeführt.
Im Leistungsspeicher der Leistungsspeichervorrichtung 14 wird der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 45 gesteuert, um die Gleichspannung am Kondensator 44 niedriger einzustellen als die Gleichspannung am Zwischenkreis 4 durch die Leistungsspeichersteuereinheit 17, basierend auf einem Leistungsspeicherbefehl, der von der Leistungsspeichersteuereinheit 17 empfangen wird. Somit fließt elektrische Energie aus dem Zwischenkreis 4 in den Kondensator 44, und die Leistungsspeicherung der Leistungsspeichervorrichtung 14 wird durchgeführt.
In der Leistungsversorgung der Leistungsspeichervorrichtung 14 wird der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 45 gesteuert, um die Gleichspannung am Kondensator 44 höher einzustellen als die Gleichspannung am Gleichstrom-Zwischenkreis 4 durch die Leistungsspeichersteuereinheit 17, basierend auf einem von der Leistungsspeichersteuereinheit 17 empfangenen Leistungsversorgungsbefehl. Somit fließt elektrische Energie vom Kondensator 44 in den Gleichstrom-Zwischenkreis 4, und die Stromversorgung der Leistungsspeichervorrichtung 14 wird durchgeführt.
In der in 3 dargestellten Kondensator-Leistungsspeichervorrichtung 14 entspricht beispielsweise die im Kondensator 44 gespeicherte Menge an Gleichstrom-Leistung der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14. Die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 kann beispielsweise nach der folgenden Gleichung (2) berechnet werden: $Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 = (1 / 2) \times C \times V^{2}$
wobei C die Kapazität des Kondensators 44 und V die Spannung des Kondensators 44 ist.
Wie aus Gleichung (2) ersichtlich ist, da die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 proportional zum Quadrat der Spannung des Kondensators 44 ist, kann die Spannung (oder ihr Quadrat) des Kondensators 44 als Parameter verwendet werden, der die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 darstellt.
Da das Motorantriebssystem 1 die Leistungsspeichervorrichtung 14 beinhaltet, die die oben genannten Vorgänge ausführt, wird die in der Leistungsspeichervorrichtung 14 gespeicherte Energie den Antriebs-Servomotoren 3 sowie die vom Wandler 11 zugeführte Energie zugeführt und als Leistung zum Beschleunigen der Antriebs-Servomotoren 3, während der Beschleunigung der Antriebs-Servomotoren 3 verwendet. 4 ist ein Diagramm, das einen exemplarischen Zusammenhang zwischen der von der Leistungsspeichervorrichtung im Motorantriebssystem gelieferten Gleichstrom-Leistung gemäß der Ausführungsform und der vom Wandler gelieferten Gleichstrom-Leistung darstellt. Die vom Wandler 11 dem Gleichstrom-Zwischenkreis 4 zugeführte Leistung wird nicht nur als Antriebsleistung für die Antriebs-Servomotoren 3 (d.h. die Ausgänge der Antriebs-Servomotoren 3 entsprechen der Antriebsleistung), sondern auch als Wicklungsverluste in den Antriebs-Servomotoren 3, ein Verlust im Wandler 11 und Verluste in den Antriebs-Wechselrichter 12 aufgenommen. Die Summe der von den Antriebs-Servomotoren 3, den Antriebs-Wechselrichtern 12 und dem Wandler 11 aufgenommenen Leistungen wird im Folgenden als „Gesamtleistungsaufnahme“ bezeichnet und durch eine durchgezogene Linie in 4 dargestellt. Eine abwechselnd lange und kurze gestrichelte Linie zeigt den maximalen Betrag der Leistungsumwandlung im Gleichrichterbetrieb des Wandlers 11 an. Wie in 4 dargestellt, wird der Betrag (eine schraffierte Fläche in 4), um den die maximale zugeführte Leistung des Wandlers 11 in der Gesamtleistungsaufnahme überschritten wird, durch Gleichstrom-Leistung kompensiert, die von der Leistungsspeichervorrichtung 14 an den Gleichstrom-Zwischenkreis 4 geliefert wird.
Im Motorantriebssystem 1 wird während des Abbremsens der Antriebs-Servomotoren 3 die von den Antriebs-Servomotoren 3 rückgewonnene Energie in der Leistungsspeichervorrichtung 14 gespeichert. Da die in der Leistungsspeichervorrichtung 14 gespeicherte Energie zum Antreiben der Antriebs-Servomotoren 3 in Verbindung mit der vom Wandler 11 gelieferten Leistung verwendet wird, können die Antriebs-Servomotoren 3 mit einer Leistung angetrieben werden, die über der maximalen Leistungsumwandlung des Wandlers 11 liegt, wodurch die Leistungsspitze reduziert werden kann. Die Reduzierung der Leistungsspitze kann die Kapazität der Stromquelle und die Betriebskosten des Motorantriebssystems 1 verringern und sogar Stromausfälle und Flackern in der Leistungsquelle 2 verhindern.
Um auf die Beschreibung von 1 zurückzukommen, die Leistungsverbrauchsberechnungseinheit 16 berechnet eine Gesamtleistungsaufnahme, die sich aus der Summe der Ausgänge der Antriebs-Servomotoren 3, der Wicklungsverluste in den Antriebs-Servomotoren 3, der Verluste im Wandler 11 und der Verluste in den Antriebs-Wechselrichtern 12 ergibt. Die Leistung des Antriebs-Servomotors 3 ergibt sich aus der Multiplikation der Drehzahl des Antriebs-Servomotors 3, die durch den Drehzahlgeber 51 erfasst wird, mit dem Drehmoment des Antriebs-Servomotors 3. Wenn der Antriebs-Servomotor 3 beschleunigt, verbraucht der Antriebs-Servomotor 3 Wechselstrom, der vom Antriebs-Wechselrichter 12 geliefert wird, und die Leistung des Antriebs-Servomotors 3 wird bei dieser Leistungsverbrauch als „positiv“ definiert. Das bedeutet, wenn die Leistung beim Abbremsen des Antriebs-Servomotors 3 regeneriert wird, ist die Leistung des Antriebs-Servomotors 3 „negativ“. Da in der Regel der Wicklungsverlust im Antriebs-Servomotor 3, der Verlust im Wandler 11 und der Verlust im Antriebs-Wechselrichter 12 geringer sind als der Absolutwert der Leistung des Antriebs-Servomotors 3, hat die Leistung des Antriebs-Servomotors 3 einen dominanten Einfluss auf die Gesamtleistungsaufnahme. Dementsprechend entspricht das positive oder negative Vorzeichen (Verbrauch oder Regeneration) des Ausgangs des Antriebs-Servomotors 3 nahezu dem positiven oder negativen Vorzeichen der Gesamtleistungsaufnahme.
Da auch der Puffer-Wechselrichter 43 und der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 45 Verluste aufweisen, kann die Leistungsberechnungseinheit 16 als Gesamtleistungsaufnahme eine Summe berechnen, die durch weitere Addition der Verluste im Puffer-Wechselrichter 43 oder den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 45 zur Summe der Ausgänge der Antriebs-Servomotoren 3, der Wicklungsverluste in den Antriebs-Servomotoren 3, der Verluste im Wandler 11 und der Verluste in den Antriebs-Wechselrichtern 12 erhalten wird.
Die Leistungsspeichersteuereinheit 17 steuert die Leistungsspeicherung und -versorgung der Leistungsspeichervorrichtung 14, indem sie den Leistungsumwandlungsvorgang des Puffer-Wechselrichters 43 in der Leistungsspeichervorrichtung 14 steuert, der als die in 2 dargestellte Schwungrad-Leistungsspeichervorrichtung 14 ausgeführt ist. Die Leistungsspeichersteuereinheit 17 steuert die Leistungsspeicherung und -versorgung der Leistungsspeichervorrichtung 14 durch Steuern der Lade- und Buckelvorgänge des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 45 in der Leistungsspeichervorrichtung 14, die als Kondensatorleistungsspeichervorrichtung 14 ausgeführt ist, wie in 3 dargestellt.
Die Leistungsspeichersteuereinheit 17 vergleicht die Gesamtleistungsaufnahme und einen Schwellenwert für die Versorgung, und wenn die Leistungsspeichersteuereinheit 17 als Ergebnis des Vergleichs bestimmt, dass die Gesamtleistungsaufnahme höher ist als der Schwellenwert für die Versorgung, steuert die Leistungsspeichersteuereinheit 17 die Leistungsspeichervorrichtung 14, um dem Gleichstrom-Zwischenkreis 4 Gleichstrom-Leistung zuzuführen. Darüber hinaus vergleicht die Leistungsspeichersteuereinheit 17 den Gesamtleistungsverbrauch und einen Schwellenwert für die Leistungsspeicherung, und wenn die Leistungsspeichersteuereinheit 17 als Ergebnis des Vergleichs feststellt, dass der Gesamtleistungsverbrauch niedriger ist als der Schwellenwert für die Leistungsspeicherung, steuert die Leistungsspeichersteuereinheit 17 die Leistungsspeichervorrichtung 14, um Gleichstrom aus dem Gleichstrom-Zwischenkreis 4 zu speichern, so dass die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 wieder in die Basishalteenergie zurückkehrt.
Der Schwellenwert für die Versorgung kann basierend auf dem maximalen Betrag der Leistungsumwandlung für den Gleichrichterbetrieb des Wandlers 11 festgelegt werden. Wenn beispielsweise die Differenz zwischen der maximalen Leistungsumwandlung und der von der Leistungsverbrauchsberechnungseinheit 16 für den Gleichrichtbetrieb des Wandlers 11 berechneten Gesamtleistungsaufnahme negativ ist, da die Gesamtleistungsaufnahme größer ist als die maximale zugeführte Leistung beim Gleichrichtbetrieb des Wandlers 11, d.h. die vom Wandler 11 von der Leistungsquelle 2 auf den Gleichstrom-Zwischenkreis 4 eingespeiste Energie nicht ausreicht, um die gesamte Gesamtleistungsaufnahme zu decken, kann die Leistungslücke vorzugsweise durch Gleichstrom kompensiert werden, der von der Leistungsspeichervorrichtung 14 auf den Gleichstrom-Zwischenkreis 4 zugeführt wird. Der Schwellenwert für die Versorgung wird als Referenzwert für die Beurteilung, ob der aktuelle Zustand ein Zustand ist, in dem Gleichstrom-Leistung von der Leistungsspeichervorrichtung 14 an den Gleichstrom-Zwischenkreis 4 geliefert werden soll, eingestellt, da die Gesamtleistungsaufnahme höher ist als die maximal zugeführte Leistung zur Gleichrichtung des Wandlers 11.
Der Schwellenwert für die Leistungsspeicherung kann basierend auf dem maximalen Betrag der Leistungsumwandlung für den Umkehrbetrieb des Wandlers 11 festgelegt werden. Wenn beispielsweise die Differenz zwischen dem Absolutwert der maximalen Leistungsumwandlung und dem Absolutwert der von der Leistungsverbrauchsberechnungseinheit 16 berechneten Gesamtleistungsaufnahme für den Umkehrbetrieb des Wandlers 11 negativ ist, da die Gesamtleistungsaufnahme größer ist als die maximale Regenerativleistung bei Umkehrung des Wandlers 11, kann die überschüssige Leistung vorzugsweise in der Leistungsspeichervorrichtung 14 gespeichert werden. Der Schwellenwert für die Leistungsspeicherung wird als Referenzwert für die Beurteilung eingestellt, ob der aktuelle Zustand ein Zustand ist, in dem die Gleichspannung aus dem Gleichstrom-Zwischenkreis 4 in der Leistungsspeichervorrichtung 14 gespeichert werden soll, da die Gesamtleistungsaufnahme höher ist als die maximal zugeführte Leistung bei Inversion des Wandlers 11.
Die Funktionsweise der Leistungsspeichersteuereinheit 17 wird im Folgenden näher beschrieben.
Die Leistungsspeichersteuereinheit 17 vergleicht die von der Leistungsberechnungseinheit 16 berechnete Gesamtleistungsaufnahme und den Schwellenwert für die Versorgung, und wenn die Leistungsspeichersteuereinheit 17 bestimmt, dass die Gesamtleistungsaufnahme höher ist als der Schwellenwert für die Versorgung, berechnet die Leistungsspeichersteuereinheit 17 beispielsweise die Differenz zwischen der Gesamtleistungsaufnahme und dem Schwellenwert für die Versorgung als „Leistungsmenge“, d.h. die Menge an Gleichstrom-Leistung, die von der Leistungsspeichervorrichtung 14 an den Gleichstrom-Zwischenkreis 4 abgegeben werden soll. Die Leistungsspeichersteuereinheit 17 der Leistungsspeichervorrichtung gibt an die Leistungsspeichervorrichtung 14 einen Stromversorgungsbefehl aus, um die Steuerung auszuführen, um Gleichstrom-Leistung entsprechend der Versorgungsleistung an den Gleichstrom-Zwischenkreis 4 zu liefern.
Die Leistungsspeichersteuereinheit 17 vergleicht die von der Leistungsberechnungseinheit 16 berechnete Gesamtleistungsaufnahme und den Schwellenwert für die Leistungsspeicherung, und wenn die Leistungsspeichersteuereinheit 17 bestimmt, dass die Gesamtleistungsaufnahme niedriger ist als der Schwellenwert für die Leistungsspeicherung, berechnet die Leistungsspeichersteuereinheit 17 beispielsweise die Differenz zwischen dem Schwellenwert für die Leistungsspeicherung und der Gesamtleistungsaufnahme als „Leistungsspeichermenge“, die die Menge an Gleichstrom ist, die in der Leistungsspeichervorrichtung 14 aus dem Gleichstrom-Zwischenkreis 4 gespeichert werden soll. Die Leistungsspeichersteuereinheit 17 gibt an die Leistungsspeichervorrichtung 14 einen Leistungsspeicherbefehl aus, um die Steuerung zum Speichern von Gleichstrom-Leistung entsprechend der Leistungsspeichermenge aus dem Gleichstrom-Zwischenkreis 4 auszuführen, so dass die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 zur Basishalteenergie zurückkehrt. Abhängig von der Antriebsbedingung der Antriebs-Servomotoren 3 durch das Motorantriebssystem 1 kann der Stromversorgungsbefehl von der Leistungsspeichersteuereinheit 17 an der Leistungsspeichervorrichtung 14 ausgegeben werden, bevor die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 in die Basishalteenergie zurückkehrt.
Die Leistungsspeichervorrichtung 14 führt die Stromversorgung beim Empfangen des Stromversorgungsbefehls von der Leistungsspeichersteuereinheit 17 durch und führt die Leistungsspeicherung beim Empfangen des Leistungsspeicherbefehls von der Leistungsspeichersteuereinheit 17 durch.
5 ist ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel für die Steuerung der Leistungsspeichervorrichtung durch die Leistungsspeichersteuerungseinheit illustriert. Als ein Beispiel, in einem Betriebsmuster eines Zyklus der Antriebs-Servomotoren 3, die vom Motorantriebssystem 1 angetrieben werden, sind die Zeit t₁ bis Zeit t₃ als Beschleunigung definiert, die Zeit t₃ bis Zeit t₅ als Abbremsen, die Zeit t₅ bis Zeit t₇ als Beschleunigung und die Zeit t₇ bis Zeit t₉ als Abbremsen. Wenn die Antriebs-Servomotoren 3 vom Motorantriebssystem 1 während der Zeit t₁ bis t₃ beschleunigt werden, steigt die Gesamtleistungsaufnahme allmählich an. Wenn die Gesamtleistungsaufnahme höher wird als der Schwellenwert für die Versorgung zum Zeitpunkt t₂ , steuert die Leistungsspeichersteuereinheit 17 die Leistungsspeichervorrichtung 14, um dem Gleichstrom-Zwischenkreis 4 Gleichstrom-Leistung zuzuführen. Wenn die Antriebs-Servomotoren 3 durch das Motorantriebssystem 1 während der Zeit t₃ bis t₅ abgebremst werden, führen die Antriebs-Servomotoren 3 eine Regeneration durch und die Gesamtleistungsaufnahme wird negativ. Während der Zeit t₃ bis t₄ , da die Gesamtleistungsaufnahme niedriger ist als der Schwellenwert für die Leistungsspeicherung, steuert die Leistungsspeichersteuereinheit 17 die Leistungsspeichervorrichtung 14 zum Speichern von Gleichstrom-Leistung aus dem Gleichstrom-Zwischenkreis 4. Wenn die Antriebs-Servomotoren 3 vom Motorantriebssystem 1 während der Zeit t₅ auf die Zeit t₇ beschleunigt werden, steigt die Gesamtleistungsaufnahme allmählich an. Wenn die Gesamtleistungsaufnahme höher wird als der Schwellenwert für die Versorgung zum Zeitpunkt t₆ , steuert die Leistungsspeichersteuereinheit 17 die Leistungsspeichervorrichtung 14, um dem Gleichstrom-Zwischenkreis 4 Gleichstrom-Leistung zuzuführen. Wenn die Antriebs-Servomotoren 3 durch das Motorantriebssystem 1 während der Zeit t₇ bis t₉ abgebremst werden, führen die Antriebs-Servomotoren 3 eine Regeneration durch und die Gesamtleistungsaufnahme wird negativ. Während der Zeit t₇ bis zur Zeit t₈ , da die Gesamtleistungsaufnahme niedriger ist als der Schwellenwert für die Leistungsspeicherung, steuert die Leistungsspeichersteuereinheit 17 die Leistungsspeichervorrichtung 14 zum Speichern von Gleichstrom-Leistung über den Gleichstrom-Zwischenkreis 4.
Die Auswahl der Leistungsspeichervorrichtung 14 wird nun anhand eines Beispiels beschrieben. Wenn beispielsweise in 5 die maximale Leistungsumwandlung (maximale Ausgangsleistung) zur Gleichrichtung des Wandlers 11 1000[kW], die maximale Leistungsumwandlung (maximale Regeneration) zur Umkehrung des Wandlers 11 1000[kW], der Schwellenwert für die Versorgung 600[kW] und der Schwellenwert für die Leistungsspeicherung - 600[kW] beträgt, wird die Basishalteenergie beispielsweise wie folgt eingestellt. In 5 sind die Zeit t₂ bis Zeit t₃ , in der die Gesamtleistungsaufnahme höher ist als der Schwellenwert für die Versorgung, beispielsweise 300[ms] und die Zeit t₃ bis Zeit t₄ , in der die Gesamtleistungsaufnahme niedriger ist als der Schwellenwert für die Leistungsspeicherung, beispielsweise 100[ms] .
Die Energiemenge, die von der Leistungsspeichervorrichtung 14 während der Zeit t₂ bis t₃ zugeführt werden soll, wird durch die folgende Gleichung (3) ausgedrückt: $Versorgungsenergiemenge = (1000 - 600) [kW] \times 0.3 [s] \div 2 = 60 [kJ]$
Die Energiemenge, die in der Leistungsspeichervorrichtung 14 während der Zeit t₃ bis t₄ gespeichert werden soll, wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt: (4) $Energiespeichermenge = (1000 - 600) [kW] \times 0.1 [s] \div 2 = 20 [kJ]$
Aus Gleichung (3) ergibt sich, dass die Leistungsspeichervorrichtung 14 vorzugsweise Energie von maximal 60[kJ] liefern kann, aber die Basishalteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 wird auf 70[kJ] (= 60[kJ] +10[kJ]) mit einer Toleranz von beispielsweise 10[kJ] aus Sicherheitsgründen eingestellt. Die Leistungsspeichervorrichtung 14 mit der Basishalteenergie von 70[kJ] muss maximal 20[kJ] Energie speichern, wie in Gleichung (4) dargestellt. Somit kann unter Berücksichtigung von beispielsweise 10[kJ] aus Sicherheitsgründen die Leistungsspeichervorrichtung 14 mit der maximalen Speicherkapazität von 100[kJ] (= 70[kJ] + 20[kJ] + 10[kJ]) gewählt werden.
Wenn beispielsweise im Falle der Schwungrad-Leistungsspeichervorrichtung 14 die Trägheit des Puffer-Servomotors 42 1[kg·m2] beträgt, wird die Drehzahl des Puffer-Servomotors 42 zum Erhalten der Basishalteenergie von 70[kH] durch die folgende Gleichung (5) ausgedrückt: $\sqrt (70 [kJ] \div 1 [kG \cdot m^{2}] \div 2) = 187.1 [rad/s] = 1786.7 [{min}^{- 1}]$
Die Drehzahl, die der Puffer-Servomotor 42 aufweisen muss, um den Schwungrad-Leistungsspeichervorrichtung14 mit der maximalen Speicherkapazität von 100[kJ] zu konstruieren, wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt (6): $\sqrt (100 [kJ] \div 1 [kG \cdot m^{2}] \div 2) = 223.6 [rad/s] = 2135.2 [{min}^{- 1}]$
Aus Gleichung (5) und Gleichung (6) kann der Puffer-Servomotor 42, der eine Grunddrehzahl (entsprechend der Basishalteenergie) von 2000[min^-1] und die maximale Drehzahl von 3000 [min^-1] aufweist, beispielsweise für die Schwungrad-Leistungsspeichervorrichtung 14 gewählt werden, die die Basishalteenergie von 70[kJ] und die maximale Speicherkapazität von 100[kJ] aufweist.
Die in der Beschreibung zur oben beschriebenen Auswahl der Leistungsspeichervorrichtung 14 genannten Zahlenwerte sind nur Beispiele, und die Zahlenwerte sind entsprechend dem Verwendungszweck, auf den das Motorantriebssystem 1 angewendet wird, richtig eingestellt.
Zurück zur Beschreibung von 1, die Basishalteenergieänderungseinheit 15 ändert die Basishalteenergie, die als Referenzwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 definiert ist, gemäß der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14.
Die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 kann beispielsweise nach Gleichung (1) für die in 2 dargestellte Schwungrad-Leistungsspeichervorrichtung 14 und nach Gleichung (2) für die in 3 dargestellte Kondensator-Leistungsspeichervorrichtung 14 berechnet werden. In diesem Fall kann der Berechnungsprozess der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 durch die Basishalteenergieänderungseinheit 15 oder durch die Leistungsspeichersteuereinheit 17 oder durch eine Berechnungseinheit (nicht dargestellt) durchgeführt werden, die separat bereitgestellt wird. Da beispielsweise das Leistungsspeichersteuereinheit 17 aus dem Gleichstrom-Zwischenkreis 4 die „Leistungsspeichermenge“ berechnet, die die Menge an Gleichstrom-Leistung ist, die in der Leistungsspeichervorrichtung 14 gespeichert werden soll, oder die „Leistungsversorgungsmenge“, die die Menge an Gleichstrom-Leistung ist, die dem Gleichstrom-Zwischenkreis 4 durch die Leistungsspeichervorrichtung 14 zugeführt werden soll, kann die Leistungsspeichersteuereinheit 17 die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 berechnen, basierend auf der Menge an Energie, die durch die Integration der „Leistungsspeichermenge“ oder der „Leistungsversorgungsmenge“ gewonnen wird. In diesem Fall wird der Berechnungsprozess der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 durch die Leistungsspeichersteuereinheit 17 durchgeführt und das Berechnungsergebnis an die Basishalteenergieänderungseinheit 15 gesendet.
Ein Basishalteenergieänderungsprozess durch die Basishalteenergieänderungseinheit 15 wird beispielsweise in drei Modi ausgeführt, wie nachfolgend beschrieben.
Ein Basishalteenergieänderungsprozess durch einen ersten Modus erhöht die Basishalteenergie, wenn die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 kurz wird. Gemäß dem ersten Modus vergleicht die Basishalteenergieänderungseinheit 15 einen Minimalwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 in einer vorbestimmten Periode und einen im Voraus definierten Schwellenwert für die Bestimmung des Energiemangels, und wenn die Basishalteenergieänderungseinheit 15 als Ergebnis des Vergleichs bestimmt, dass der Minimalwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 kleiner als der Schwellenwert für die Bestimmung des Energiemangels ist, setzt die Basishalteenergieänderungseinheit 15 als neue Basishalteenergie nach einer Änderung einen Wert, der berechnet wird, indem sie einen Wert, der gleich oder größer als eine Differenz zwischen dem Schwellenwert für die Bestimmung des Energiemangels und dem Minimalwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 ist, zu der Basishalteenergie vor der Änderung addiert. Eine Gruppe von Arbeitsgängen mit den gleichen Details der Antriebs-Servomotoren 3 ist definiert als „ein Zyklus“, und der eine Zyklus ist definiert als die oben beschriebene „vorbestimmte Zeitspanne“. Zwei oder mehr Zyklen können als „vorbestimmte Periode“ definiert werden. Der Schwellenwert für die Energiemangelermittlung kann z.B. auf einen Wert größer als Null eingestellt werden. So wird beispielsweise der Schwellenwert für die Energiemangelermittlung auf z.B. etwa 10% der maximalen Speicherkapazität der Leistungsspeichervorrichtung 14 festgelegt. Der hier genannte Zahlenwert des Schwellenwerts für die Energiemangelermittlung ist nur ein Beispiel, und der Zahlenwert des Schwellenwerts für die Energiemangelermittlung kann auf einen optional gewählten Wert eingestellt werden, beispielsweise entsprechend dem Verwendungszweck, für den das Motorantriebssystem vorgesehen ist.
6 ist ein Zeitdiagramm, das einen exemplarischen Zusammenhang zwischen dem Gesamtleistungsverbrauch und der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung veranschaulicht, wenn der Basishalteenergieänderungsprozess gemäß dem ersten Modus im Motorantriebssystem gemäß der Ausführungsform ausgeführt wird. In 6 zeigt ein oberer Teil eine Gesamtleistungsaufnahme an, die von der Leistungsverbrauchsberechnungseinheit 16 berechnet wurde, und ein unterer Teil zeigt die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 an. Es von einem Beispiel ausgegangen, in dem die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 während der Zeit t₇ bis zur Zeit t₉ kurzzeitig sein kann, wenn die Antriebs-Servomotoren 3 durch das Motorantriebssystem 1 beschleunigt und gebremst werden und die Gesamtleistungsaufnahme variiert, wie im oberen Teil von 6 dargestellt. Die „Beschleunigung, Abbremsen, Beschleunigung, Abbremsen“ der Antriebs-Servomotoren 3 ist als ein Zyklus definiert. In 6 ist beispielsweise die „Beschleunigung, Abbremsen, Beschleunigung, Abbremsen“ von Zeit t₁ zu Zeit t₁₀ ein Zyklus und die „Beschleunigung, Abbremsen, Beschleunigung, Abbremsen“ von Zeit t₁₂ zu Zeit t₂₀ ist ein Zyklus. Da jeder Zyklus das gleiche Betriebsmuster hat, hat jeder Zyklus normalerweise im Wesentlichen die gleiche Gesamtleistungsaufnahme. Zwischen einem vorhergehenden Zyklus und einem nachfolgenden Zyklus wird eine Standby-Prozessperiode zur Rückgewinnung der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 auf die Basishalteenergie vorgesehen. In der Standby-Prozessperiode wird in der Leistungsspeichervorrichtung 14 Gleichstrom-Leistung gespeichert, in die die Wechselstrom-Leistung aus der Leistungsquelle 2 durch den Wandler 11 umgewandelt wird, und die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 nimmt allmählich zu. Im Beispiel von 6 endet die Standby-Prozessperiode zum Zeitpunkt t₁₁ , da die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 zur Basishalteenergie zurückkehrt und der nächste Zyklus zum Zeitpunkt t₁₂ gestartet wird. Obwohl der Betrieb des Antriebs-Servomotors 3 in einem Zyklus exemplarisch als „Beschleunigung, Abbremsen, Beschleunigung, Abbremsen“ definiert ist, kann ein Zyklus unter Einbeziehung einer konstanten Drehzahl, eines Stopps oder dergleichen definiert werden.
Bis zum Zeitpunkt t₁ wird die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 an der Basishalteenergie gehalten. Während der Zeit t₁ bis t₃ , wenn die Antriebs-Servomotoren 3 durch das Motorantriebssystem 1 beschleunigt werden, steigt die Gesamtleistungsaufnahme allmählich an. Wenn die Gesamtleistungsaufnahme höher wird als der Schwellenwert für die Versorgung zum Zeitpunkt t₂ , steuert die Leistungsspeichersteuereinheit 17 die Leistungsspeichervorrichtung 14, um dem Gleichstrom-Zwischenkreis 4 Gleichstrom-Leistung zuzuführen, und als Folge davon nimmt die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 allmählich ab.
Wenn die Antriebs-Servomotoren 3 durch das Motorantriebssystem 1 während der Zeit t₃ bis t₅ abgebremst werden, führen die Antriebs-Servomotoren 3 eine Regeneration durch und die Gesamtleistungsaufnahme wird negativ. Während der Zeit t₃ bis t₄ , da die Gesamtleistungsaufnahme niedriger ist als der Schwellenwert für die Leistungsspeicherung, steuert die Leistungsspeichersteuereinheit 17 die Leistungsspeichervorrichtung 14 zum Speichern von Gleichstrom-Leistung aus dem Gleichstrom-Zwischenkreis 4. Dadurch nimmt die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 allmählich zu.
Wenn die Antriebs-Servomotoren 3 durch das Motorantriebssystem 1 zum Zeitpunkt t₅ noch einmal beschleunigt werden, steigt die Gesamtleistungsaufnahme allmählich an. Während der Zeit t₅ bis t₆ , da Gleichstrom-Leistung, in die Wechselstrom-Leistung aus der Leistungsquelle 2 durch den Wandler 11 umgewandelt wird, in der Leistungsspeichervorrichtung 14 gespeichert wird, nimmt die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 allmählich zu. Wenn die Gesamtleistungsaufnahme höher wird als der Schwellenwert für die Versorgung zum Zeitpunkt t₆ , da die Leistungsspeichersteuereinheit 17 die Leistungsspeichervorrichtung 14 steuert, um dem Gleichstrom-Zwischenkreis 4 Gleichstrom zuzuführen, nimmt die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 schrittweise ab. Zum Zeitpunkt t₇ wird die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 niedriger als der Schwellenwert für die Energiemangelbestimmung.
Wenn die Antriebs-Servomotoren 3 durch das Motorantriebssystem 1 zum Zeitpunkt t₈ abgebremst werden, führen die Antriebs-Servomotoren 3 eine Regeneration durch, und da die Gesamtleistungsaufnahme niedriger ist als der Schwellenwert für die Leistungsspeicherung zum Zeitpunkt t₉ bis zum Zeitpunkt t₉ , steuert die Leistungsspeichersteuereinheit 17 die Leistungsspeichervorrichtung 14 zum Speichern von Gleichstrom aus dem Gleichstrom-Zwischenkreis 4. Dadurch nimmt die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 allmählich zu. Zum Zeitpunkt t₁₀ endet ein Zyklus.
In einem Zyklus von Zeitpunkt t₁ bis Zeitpunkt t₁₀ nimmt die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 einen Minimalwert zum Zeitpunkt t₈ an. Die Basishalteenergieänderungseinheit 15 erfasst den Minimalwert der Halteenergie in einem Zyklus und vergleicht den Minimalwert der Halteenergie mit dem Schwellenwert für die Energiemangelermittlung. Im Beispiel von 6 bestimmt die Basishalteenergieänderungseinheit 15, dass der Mindestwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 zum Zeitpunkt t₈ niedriger ist als der Schwellenwert für die Energiemangelermittlung. Die Basishalteenergieänderungseinheit 15 berechnet als „Energiemangelbetrag“ eine Differenz zwischen dem Schwellenwert für die Energiemangelbestimmung und dem Minimalwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 in einem Zyklus und setzt als neue Basishalteenergie einen Wert, der durch Addition mindestens eines Wertes der Energiemangelmenge oder mehr zur aktuellen Basishalteenergie erhalten wird. Da der Mindestwert der Halteenergie unter dem Schwellenwert für die Bestimmung des Energiemangels liegt, wird die Basishalteenergie geändert, um sie zu erhöhen. Obwohl die neue Basishalteenergie jederzeit nach dem Zeitpunkt (Zeitpunkt t₈ ) der Erfassung des Minimalwertes der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 eingestellt werden kann, ist es wünschenswert, dass die neue Basishalteenergie so früh wie möglich eingestellt wird. Im Beispiel von 6 wird die neue Basishalteenergie vor der Startzeit t₁₀ der Standby-Prozessperiode eingestellt. Die neu eingestellte Basishalteenergie ist um mindestens den Energiemangel oder mehr größer als die zuvor eingestellte Basishalteenergie. Ab dem Zeitpunkt t₁₀ beginnt ein Standby-Prozess zur Rückgewinnung der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 bis zur Basishalteenergie. Während der Standby-Prozessperiode wird in der Leistungsspeichervorrichtung 14 Gleichstrom-Leistung gespeichert, in die die Wechselstrom-Leistung aus der Leistungsquelle 2 durch den Wandler 11 umgewandelt wird, und die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 nimmt allmählich zu. In einer nachfolgenden Periode, die die Standby-Prozessperiode beinhaltet, führt die Leistungsspeichervorrichtung 14 eine Leistungsspeicherung durch, wobei die neue Basishalteenergie als Referenzwert (Sollwert) eingestellt wird. Da die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 zum Zeitpunkt t₁₁ in die neue Basishalteenergie zurückkehrt, wird der Standby-Prozess beendet und der nächste Zyklus zum Zeitpunkt t₁₂ gestartet.
So nimmt beispielsweise die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 im Zyklus von Zeitpunkt t₁₂ bis Zeitpunkt t₂₀ einen Minimalwert zum Zeitpunkt t₁₈ an. Da jeder Zyklus das gleiche Betriebsmuster hat, hat jeder Zyklus normalerweise im Wesentlichen die gleiche Gesamtleistungsaufnahme. Mit anderen Worten, die Gesamtleistungsaufnahme im Zyklus von Zeitpunkt t₁₂ bis Zeitpunkt t₂₀ ist gleich der Gesamtleistungsaufnahme im Zyklus von Zeitpunkt t₁ bis Zeitpunkt t₁₀ . Spätestens ab dem Zeitpunkt t₁₁ , d.h. nach der Standby-Prozessperiode, da die Leistungsspeichervorrichtung 14 die Leistungsspeicherung mit der neu eingestellten „erhöhten Basishalteenergie“ als Referenzwert (Sollwert) durchführt, tritt auch dann kein Energiemangel auf, wenn im Zyklus von Zeitpunkt t₁₂ bis Zeitpunkt t₂₀ die gleiche Gesamtleistungsaufnahme wie im Zyklus von Zeitpunkt t₁ bis Zeitpunkt t₁₀ verbraucht wird. Mit anderen Worten, der Mindestwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 im Zyklus von Zeitpunkt t₁₂ bis Zeitpunkt t₂₀ wird nicht niedriger als der Schwellenwert für die Bestimmung des Energiemangels. Ebenfalls im Zyklus von Zeitpunkt t₁₂ bis Zeitpunkt t₂₀ erfasst die Basishalteenergieänderungseinheit 15 den Minimalwert der Halteenergie und vergleicht den Minimalwert der Halteenergie mit dem Schwellenwert für die Energiemangelermittlung. Die Basishalteenergieänderungseinheit 15 bestimmt als Ergebnis des Vergleichs, dass der Mindestwert der Halteenergie nicht unter dem Schwellenwert für die Energiemangelermittlung liegt und dementsprechend die aktuelle Basishalteenergie nicht verändert und gehalten wird. Wenn in einem weiteren nachfolgenden Zyklus der Mindestwert der Halteenergie durch einen Faktor unter dem Schwellenwert für die Energiemangelermittlung liegt, berechnet die Basishalteenergieänderungseinheit 15 als „Energiemangelbetrag“ eine Differenz zwischen dem Schwellenwert für die Energiemangelermittlung und dem Mindestwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 und setzt als neue Basishalteenergie einen Wert, der durch Addition mindestens eines Wertes der Energiemangelmenge oder mehr zur Basishalteenergie zu diesem Zeitpunkt erhalten wird.
In der konventionellen Technik, auf die die vorliegende Ausführungsform nicht angewendet wird, da der nächste Arbeitszyklus der Antriebs-Servomotoren zu einem Zeitpunkt beginnt, zu dem sich die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung nicht bis zur Basishalteenergie erholt (erhöht) hat, nimmt der Mindestwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung allmählich ab, wenn der Arbeitszyklus der Antriebs-Servomotoren wiederholt wird. Die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung wird schließlich Null, die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung wird knapp, die Antriebsleistung wird den Antriebs-Servomotoren nicht ausreichend zugeführt, und eine Motorsteuerung und eine Werkzeugmaschine einschließlich der Motorsteuerung werden versehentlich einen Alarmstopp auslösen. Im Gegensatz dazu wird nach der vorliegenden Ausführungsform, wenn der Mindestwert der Halteenergie unter den Schwellenwert für die Bestimmung des Energiemangels fällt, die Basishalteenergie erhöht, indem mindestens die Energiemangelmenge oder mehr zur aktuellen Basishalteenergie addiert wird. Da die Leistungsspeichersteuereinheit 17 die Leistungsspeicherung der Leistungsspeichervorrichtung 14 steuert, indem es die erhöhte Basishalteenergie als Sollwert einstellt, und die Leistungsspeichervorrichtung 14 die Leistungsspeicherung mit der neuen Basishalteenergie als Referenzwert (Sollwert) durchführt, kann die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 in geeigneter Menge gehalten und Energiemangel vermieden werden.
Ein Basishalteenergieänderungsprozess durch einen zweiten Modus verringert die Basishalteenergie, wenn die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 zu hoch ist. Gemäß dem zweiten Modus vergleicht die Basishalteenergieänderungseinheit 15 einen Maximalwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 in einer vorbestimmten Periode und einen im Voraus definierten Schwellenwert für die Bestimmung der überschüssigen Energie, und wenn die Basishalteenergieänderungseinheit 15 als Ergebnis des Vergleichs bestimmt, dass der Maximalwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 höher ist als der Schwellenwert für die Bestimmung der überschüssigen Energie, setzt die Basishalteenergieänderungseinheit 15 als neue Basishalteenergie nach einer Änderung einen Wert, der durch Subtraktion eines Wertes, der gleich oder größer als eine Differenz zwischen dem Maximalwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 und dem Schwellenwert für die Bestimmung überschüssiger Energie ist, von der Basishalteenergie vor der Änderung berechnet wird. Eine Gruppe von Arbeitsgängen mit den gleichen Details der Antriebs-Servomotoren 3 ist definiert als „ein Zyklus“, und der eine Zyklus ist definiert als die oben beschriebene „vorbestimmte Zeitspanne“. Zwei oder mehr Zyklen können als „vorbestimmte Periode“ definiert werden. Der Schwellenwert für die Bestimmung der überschüssigen Energie kann beispielsweise auf einen Wert eingestellt werden, der kleiner als die Speicherkapazität der Leistungsspeichervorrichtung 14 ist. So wird beispielsweise der Schwellenwert für die Bestimmung der überschüssigen Energie auf beispielsweise etwa 90% der maximalen Speicherkapazität der Leistungsspeichervorrichtung 14 festgelegt. Der hier genannte Zahlenwert des Schwellenwerts für die Bestimmung der überschüssigen Energie ist nur ein Beispiel, und der Zahlenwert des Schwellenwerts für die Bestimmung der überschüssigen Energie kann auf einen optional gewählten Wert eingestellt werden, beispielsweise entsprechend dem Verwendungszweck, für den das Motorantriebssystem vorgesehen ist.
7 ist ein Zeitdiagramm, das einen exemplarischen Zusammenhang zwischen dem Gesamtleistungsverbrauch und der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung veranschaulicht, wenn der Basishalteenergieänderungsprozess gemäß dem zweiten Modus im Motorantriebssystem gemäß der Ausführungsform ausgeführt wird. In 7 zeigt ein oberer Teil eine Gesamtleistungsaufnahme an, die von der Leistungsverbrauchsberechnungseinheit 16 berechnet wurde, und ein unterer Teil zeigt die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 an. Es wird nun ein Beispiel angenommen, bei dem die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 während der Zeit t₈ bis t₁₀ zu hoch ist, wenn die Antriebs-Servomotoren 3 vom Motorantriebssystem 1 beschleunigt und abgebremst werden und die Gesamtleistungsaufnahme variiert, wie im oberen Teil von 7 dargestellt. Die „Beschleunigung, Abbremsen, Beschleunigung, Abbremsen“ der Antriebs-Servomotoren 3 ist als ein Zyklus definiert. In 7 ist beispielsweise die „Beschleunigung, Abbremsen, Beschleunigung, Abbremsen“ von t₁ zu t₁₀ ein Zyklus und die „Beschleunigung, Abbremsen, Beschleunigung, Abbremsen“ von t₁₂ zu t₂₀ ein Zyklus. Da jeder Zyklus das gleiche Betriebsmuster hat, hat jeder Zyklus normalerweise im Wesentlichen die gleiche Gesamtleistungsaufnahme. Zwischen einem vorhergehenden Zyklus und einem nachfolgenden Zyklus wird eine Standby-Prozessperiode zur Rückgewinnung der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 auf die Basishalteenergie vorgesehen. In der Standby-Prozessperiode wandelt der Wandler 11 die Gleichstrom-Leistung, die dem Gleichstrom-Zwischenkreis 4 aus der Leistungsspeichervorrichtung 14 zugeführt (entladen) wird, in Wechselstrom-Leistung um und speist die Wechselstrom-Leistung zurück zur Leistungsquelle 2, und die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 nimmt allmählich ab. Im Beispiel von 7 endet die Standby-Prozessperiode zum Zeitpunkt t₁₁ , da die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 zur Basishalteenergie zurückkehrt (abnimmt) und der nächste Zyklus zum Zeitpunkt t₁₂ gestartet wird. Obwohl der Betrieb des Antriebs-Servomotors 3 in einem Zyklus exemplarisch als „Beschleunigung, Abbremsen, Beschleunigung, Beschleunigung, Abbremsen“ definiert ist, kann ein Zyklus unter Einbeziehung einer konstanten Drehzahl, eines Stopps oder dergleichen definiert werden.
Bis zum Zeitpunkt t₁ wird die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 an der Basishalteenergie gehalten. Während der Zeit t₁ bis t₃ , wenn die Antriebs-Servomotoren 3 durch das Motorantriebssystem 1 beschleunigt werden, steigt die Gesamtleistungsaufnahme allmählich an. Wenn die Gesamtleistungsaufnahme höher wird als der Schwellenwert für die Versorgung zum Zeitpunkt t₂ , steuert die Leistungsspeichersteuereinheit 17 die Leistungsspeichervorrichtung 14, um dem Gleichstrom-Zwischenkreis 4 Gleichstrom zuzuführen. Dadurch nimmt die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 allmählich ab.
Wenn die Antriebs-Servomotoren 3 durch das Motorantriebssystem 1 während der Zeit t₃ bis t₅ abgebremst werden, führen die Antriebs-Servomotoren 3 eine Regeneration durch und die Gesamtleistungsaufnahme wird negativ. Während der Zeit t₃ bis t₄ , da die Gesamtleistungsaufnahme niedriger ist als der Schwellenwert für die Leistungsspeicherung, steuert die Leistungsspeichersteuereinheit 17 die Leistungsspeichervorrichtung 14 zum Speichern von Gleichstrom-Leistung über den Gleichstrom-Zwischenkreis 4. Dadurch nimmt die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 allmählich zu.
Wenn die Antriebs-Servomotoren 3 durch das Motorantriebssystem 1 zum Zeitpunkt t₅ noch einmal beschleunigt werden, steigt die Gesamtleistungsaufnahme allmählich an. Wenn die Gesamtleistungsaufnahme höher wird als der Schwellenwert für die Versorgung zum Zeitpunkt t₆ , da die Leistungsspeichersteuereinheit 17 die Leistungsspeichervorrichtung 14 steuert, um dem Gleichstrom-Zwischenkreis 4 Gleichstrom-Leistung zuzuführen, nimmt die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 mit der aktuellen Basishalteenergie als Sollwert weiter ab.
Wenn die Antriebs-Servomotoren 3 durch das Motorantriebssystem 1 zum Zeitpunkt t₇ abgebremst werden, führen die Antriebs-Servomotoren 3 eine Regeneration durch. Da die Gesamtleistungsaufnahme niedriger ist als der Schwellenwert für die Leistungsspeicherung während der Zeit t₇ bis t₉ , steuert das Leistungsspeichersteuereinheit 17 die Leistungsspeichervorrichtung 14, um Gleichstrom aus dem Gleichstrom-Zwischenkreis 4 zu speichern. Dadurch nimmt die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 allmählich zu. Zum Zeitpunkt t₈ wird die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 höher als der Schwellenwert für die Bestimmung der überschüssigen Energie.
Wenn die Antriebs-Servomotoren 3 zum Zeitpunkt t₁₀ vom Motorantriebssystem 1 gestoppt werden und der eine Zyklus endet, wird die Gesamtleistungsaufnahme gleich Null. Da die Antriebs-Servomotoren 3 keine Regeneration durchführen, nimmt die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 ab. Zum Zeitpunkt t₁₀ endet ein Zyklus.
In einem Zyklus von Zeitpunkt t₁ zu Zeitpunkt t₁₀ nimmt die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 einen Maximalwert zum Zeitpunkt t₉ an. Die Basishalteenergieänderungseinheit 15 erfasst den Maximalwert der Halteenergie in einem Zyklus und vergleicht den Maximalwert der Halteenergie mit dem Schwellenwert für die Bestimmung von Überschussenergie. Im Beispiel von 7 bestimmt die Basishalteenergieänderungseinheit 15, dass der Maximalwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 zum Zeitpunkt t₉ höher ist als der Schwellenwert für die Bestimmung der überschüssigen Energie. Die Basishalteenergieänderungseinheit 15 berechnet als „überschüssige Energiemenge“ eine Differenz zwischen dem Maximalwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 in einem Zyklus und dem Schwellenwert für die Bestimmung der überschüssigen Energie und setzt als neue Basishalteenergie einen Wert, der durch Subtraktion mindestens eines Wertes der überschüssigen Energiemenge oder mehr von der aktuellen Basishalteenergie erhalten wird. Da der Maximalwert der Halteenergie höher wird als der Schwellenwert für die Bestimmung von Überschussenergie, wird die Basishalteenergie so verändert, dass sie abnimmt. Obwohl die neue Basishalteenergie jederzeit nach dem Zeitpunkt (Zeitpunkt t₉ ) der Erfassung des Maximalwertes der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 eingestellt werden kann, ist es wünschenswert, dass die neue Basishalteenergie so früh wie möglich eingestellt wird. Im Beispiel von 7 wird die neue Basishalteenergie nach der Startzeit t₁₀ der Standby-Prozessperiode eingestellt. Die neu eingestellte Basishalteenergie ist um mindestens die überschüssige Energiemenge oder mehr kleiner als die zuvor eingestellte Basishalteenergie. Ab dem Zeitpunkt t₁₀ beginnt ein Standby-Prozess zur Rückgewinnung (Verringerung) der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 auf die Basishalteenergie. Während der Standby-Prozessperiode wandelt der Wandler 11 Gleichstrom-Leistung, die dem Gleichstrom-Zwischenkreis 4 aus der Leistungsspeichervorrichtung 14 zugeführt (entladen) wird, in Wechselstrom-Leistung um und speist die Wechselstrom-Leistung zurück zur Leistungsquelle 2, und die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 nimmt allmählich ab. In einer nachfolgenden Periode, die die Standby-Prozessperiode beinhaltet, führt die Leistungsspeichervorrichtung 14 eine Leistungsspeicherung durch, wobei die neue Basishalteenergie als Referenzwert (Sollwert) eingestellt wird. Da die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 zum Zeitpunkt t₁₁ auf die neue Basishalteenergie zurückkehrt (abnimmt), wird der Standby-Prozess beendet und der nächste Zyklus zum Zeitpunkt t₁₂ gestartet.
So nimmt beispielsweise im Zyklus von Zeitpunkt t₁₂ bis Zeitpunkt t₂₀ die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 einen Maximalwert zum Zeitpunkt t₂₀ an. Da jeder Zyklus das gleiche Betriebsmuster hat, hat jeder Zyklus normalerweise im Wesentlichen die gleiche Gesamtleistungsaufnahme. Mit anderen Worten, die Gesamtleistungsaufnahme im Zyklus von Zeitpunkt t₁₂ bis Zeitpunkt t₂₀ ist gleich der Gesamtleistungsaufnahme im Zyklus von Zeitpunkt t₁ bis Zeitpunkt t₁₀ . Spätestens ab dem Zeitpunkt t₁₁ , d.h. nach der Standby-Prozessperiode, da die Leistungsspeichervorrichtung 14 die Leistungsspeicherung mit der neu eingestellten „verminderten Basishalteenergie“ als Referenzwert (Sollwert) durchführt, tritt auch dann kein Energieüberschuss auf, wenn im Zyklus von Zeitpunkt t₁₂ bis Zeitpunkt t₂₀ die gleiche Gesamtleistungsaufnahme wie im Zyklus von Zeitpunkt t₁ bis Zeitpunkt t₁₀ verbraucht wird. Mit anderen Worten, der Maximalwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 im Zyklus von Zeitpunkt t₁₂ bis Zeitpunkt t₂₀ wird nicht höher als der Schwellenwert für die Bestimmung der überschüssigen Energie. Ebenfalls im Zyklus von Zeitpunkt t₁₂ bis Zeitpunkt t₂₀ erfasst die Basishalteenergieänderungseinheit 15 den Maximalwert der Halteenergie in diesem Zyklus und vergleicht den Maximalwert der Halteenergie mit dem Schwellenwert für die Bestimmung von Überschussenergie. Die Basishalteenergieänderungseinheit 15 bestimmt als Ergebnis des Vergleichs, dass der Maximalwert der Halteenergie nicht höher ist als der Schwellenwert für die Bestimmung von Überschussenergie, und dementsprechend wird die aktuelle Basishalteenergie nicht verändert und gehalten. Wenn in einem weiteren nachfolgenden Zyklus der Maximalwert der Halteenergie durch einen Faktor über dem Schwellenwert für die Bestimmung der überschüssigen Energie liegt, berechnet die Basishalteenergieänderungseinheit 15 als „überschüssige Energiemenge“ eine Differenz zwischen dem Maximalwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 und dem Schwellenwert für die Bestimmung der überschüssigen Energie und setzt als neue Basishalteenergie einen Wert, der durch Subtraktion mindestens eines Wertes der überschüssigen Energiemenge oder mehr von der aktuellen Basishalteenergie erhalten wird.
In konventioneller Technik, auf die die vorliegende Ausführungsform nicht angewendet wird, da der nächste Arbeitszyklus der Antriebs-Servomotoren zu einem Zeitpunkt beginnt, zu dem sich die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung nicht auf die Basishalteenergie erholt (verringert) hat, steigt der Maximalwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung allmählich an, wenn der Arbeitszyklus der Antriebs-Servomotoren wiederholt wird. Dadurch erhöht sich die Belastung der Leistungsspeichervorrichtung, und schließlich wird die Leistungsspeichervorrichtung zerstört. Im Gegensatz dazu wird nach der vorliegenden Ausführungsform, wenn der Maximalwert der Halteenergie höher wird als der Schwellenwert für die Bestimmung der überschüssigen Energie, die Basishalteenergie verringert, indem mindestens die überschüssige Energiemenge oder mehr von der aktuellen Basishalteenergie abgezogen wird. Da die Leistungsspeichersteuereinheit 17 die Leistungsspeicherung der Leistungsspeichervorrichtung 14 für den nächsten Zyklus steuert, indem sie die verminderte Basishalteenergie als Sollwert einstellt, und die Leistungsspeichervorrichtung 14 die Leistungsspeicherung durchführt, so dass die Halteenergie auf die neue Basishalteenergie zurückkehrt, kann die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 in einem angemessenen Umfang gehalten und überschüssige Energie vermieden werden.
Ein Basishalteenergieänderungsprozess durch einen dritten Modus verringert die Basishalteenergie, wenn die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 eine Zulage aufweist. Gemäß dem dritten Modus vergleicht die Basishalteenergieänderungseinheit 15 einen Minimalwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 in einer vorbestimmten Periode und einen im Voraus definierten Schwellenwert für die Energiezulagebestimmung, und wenn die Basishalteenergieänderungseinheit 15 als Ergebnis des Vergleichs bestimmt, dass der Minimalwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 höher ist als der Schwellenwert für die Energiezulagebestimmung, setzt die Basishalteenergieänderungseinheit 15 als neue Basishalteenergie nach einer Änderung einen Wert, der durch Subtraktion eines Wertes berechnet wird, der gleich oder kleiner als eine Differenz zwischen dem Minimalwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 und dem Schwellenwert für die Energiezulagebestimmung ist, von der Basishalteenergie vor der Änderung. Eine Gruppe von Arbeitsgängen mit den gleichen Details der Antriebs-Servomotoren 3 ist definiert als „ein Zyklus“, und der eine Zyklus ist definiert als die oben beschriebene „vorbestimmte Zeitspanne“. Zwei oder mehr Zyklen können als „vorbestimmte Periode“ definiert werden. Der Schwellenwert für die Bestimmung der Energiezulage kann z.B. auf einen Wert größer als der Nullwert eingestellt werden, muss aber auf einen Wert größer als der Schwellenwert für die Bestimmung der Energieunterdeckung eingestellt werden. So wird beispielsweise der Schwellenwert für die Bestimmung der Energiezulage auf beispielsweise etwa 20% der maximalen Speicherkapazität der Leistungsspeichervorrichtung 14 festgelegt. Der hier genannte Zahlenwert des Schwellenwerts für die Energiezulagebestimmung ist nur ein Beispiel, und der Zahlenwert des Schwellenwerts für die Energiezulagebestimmung kann auf einen optional gewählten Wert eingestellt werden, z.B. entsprechend dem Verwendungszweck, auf den das Motorantriebssystem angewendet wird, muss aber auf einen Wert größer als der Zahlenwert (z.B. 10%) eingestellt werden, der für den Schwellenwert für die Energiemangelbestimmung eingestellt ist.
8 ist ein Zeitdiagramm, das einen exemplarischen Zusammenhang zwischen dem Gesamtleistungsverbrauch und der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung veranschaulicht, wenn der Basishalteenergieänderungsprozess gemäß dem dritten Modus im Motorantriebssystem gemäß der Ausführungsform ausgeführt wird. In 8 zeigt ein oberer Teil eine Gesamtleistungsaufnahme an, die von der Leistungsverbrauchsberechnungseinheit 16 berechnet wurde, und ein unterer Teil zeigt die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 an. Es wird nun ein Beispiel angenommen, bei dem die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 zum Zeitpunkt t₇ einen Minimalwert annimmt, wenn die Antriebs-Servomotoren 3 vom Motorantriebssystem 1 beschleunigt und abgebremst werden und die Gesamtleistungsaufnahme variiert, wie im oberen Teil von 8 dargestellt. Die „Beschleunigung, Abbremsen, Beschleunigung, Abbremsen“ der Antriebs-Servomotoren 3 ist als ein Zyklus definiert. In 8 ist beispielsweise die „Beschleunigung, Abbremsen, Beschleunigung, Abbremsen“ von t₁ zu t₉ ein Zyklus und die „Beschleunigung, Abbremsen, Beschleunigung, Abbremsen“ von t₁₁ zu t₁₉ ein Zyklus. Da jeder Zyklus das gleiche Betriebsmuster hat, hat jeder Zyklus normalerweise im Wesentlichen die gleiche Gesamtleistungsaufnahme. Zwischen einem vorhergehenden Zyklus und einem nachfolgenden Zyklus wird eine Standby-Prozessperiode zur Rückgewinnung der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 auf die Basishalteenergie vorgesehen. In der Standby-Prozessperiode wird in der Leistungsspeichervorrichtung 14 Gleichstrom-Leistung gespeichert, in die die Wechselstrom-Leistung aus der Leistungsquelle 2 durch den Wandler 11 umgewandelt wird, und die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 nimmt allmählich zu. Im Beispiel von 8 endet die Standby-Prozessperiode zum Zeitpunkt t₁₀ , da die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 zur Basishalteenergie zurückkehrt und der nächste Zyklus zum Zeitpunkt t₁₁ gestartet wird. Obwohl der Betrieb des Antriebs-Servomotors 3 in einem Zyklus exemplarisch als „Beschleunigung, Abbremsen, Beschleunigung, Abbremsen“ definiert ist, kann ein Zyklus unter Einbeziehung einer konstanten Drehzahl, eines Stopps oder dergleichen definiert werden.
Bis zum Zeitpunkt t₁ wird die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 an der Basishalteenergie gehalten. Während der Zeit t₁ bis t₃ , wenn die Antriebs-Servomotoren 3 durch das Motorantriebssystem 1 beschleunigt werden, steigt die Gesamtleistungsaufnahme allmählich an. Wenn die Gesamtleistungsaufnahme höher wird als der Schwellenwert für die Versorgung zum Zeitpunkt t₂ , steuert die Leistungsspeichersteuereinheit 17 die Leistungsspeichervorrichtung 14, um dem Gleichstrom-Zwischenkreis 4 Gleichstrom zuzuführen. Dadurch nimmt die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 allmählich ab.
Wenn die Antriebs-Servomotoren 3 durch das Motorantriebssystem 1 während der Zeit t₃ bis t₅ abgebremst werden, führen die Antriebs-Servomotoren 3 eine Regeneration durch und die Gesamtleistungsaufnahme wird negativ. Während der Zeit t₃ bis t₄ , da die Gesamtleistungsaufnahme niedriger ist als der Schwellenwert für die Leistungsspeicherung, steuert die Leistungsspeichersteuereinheit 17 die Leistungsspeichervorrichtung 14, um die Gleichstrom-Leistung aus dem Gleichstrom-Zwischenkreis 4 zu speichern. Dadurch nimmt die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 allmählich zu.
Wenn die Antriebs-Servomotoren 3 vom Motorantriebssystem 1 während der Zeit t₅ auf die Zeit t₇ noch einmal beschleunigt werden, steigt die Gesamtleistungsaufnahme allmählich an. Da auch während der Zeit t₄ bis t₆ Gleichstrom, in den Wechselstrom aus der Leistungsquelle 2 durch den Wandler 11 umgewandelt wird, in der Leistungsspeichervorrichtung 14 gespeichert wird, nimmt die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 allmählich zu. Wenn die Gesamtleistungsaufnahme höher wird als der Schwellenwert für die Versorgung zum Zeitpunkt t₆ , steuert die Leistungsspeichersteuereinheit 17 die Leistungsspeichervorrichtung 14, um dem Gleichstrom-Zwischenkreis 4 Gleichstrom zuzuführen, und als Folge davon nimmt die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 allmählich ab.
Wenn das Abbremsen der Antriebs-Servomotoren 3 durch das Motorantriebssystem 1 zum Zeitpunkt t₇ gestartet wird, führen die Antriebs-Servomotoren 3 eine Regeneration durch. Da die Gesamtleistungsaufnahme niedriger ist als der Schwellenwert für die Leistungsspeicherung während der Zeit t₇ bis t₈ , steuert die Leistungsspeichersteuereinheit 17 die Leistungsspeichervorrichtung 14, um die Gleichstrom-Leistung aus dem Gleichstrom-Zwischenkreis 4 zu speichern. Dadurch nimmt die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 allmählich zu. Zum Zeitpunkt t₉ endet ein Zyklus.
In einem Zyklus von Zeitpunkt t₁ zu Zeitpunkt t₉ nimmt die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 einen Minimalwert zum Zeitpunkt t₇ an. Die Basishalteenergieänderungseinheit 15 erfasst den Minimalwert der Halteenergie in einem Zyklus und vergleicht den Minimalwert der Halteenergie mit dem Schwellenwert für die Energiezulageermittlung. Die Basishalteenergieänderungseinheit 15 bestimmt, dass der Mindestwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 höher ist als der Schwellenwert für die Energiezulageermittlung. Die Basishalteenergieänderungseinheit 15 berechnet als „Energiezulagebetrag“ eine Differenz zwischen dem Mindestwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 in einem Zyklus und dem Schwellenwert für die Energiezulageermittlung und setzt als neue Basishalteenergie einen Wert, der durch Subtraktion mindestens eines Wertes des Energiezulagebetrags oder mehr von der aktuellen Basishalteenergie erhalten wird. Da der Mindestwert der Halteenergie nicht unter den Schwellenwert für die Bestimmung der Energiezulage gefallen ist, wird die Basishalteenergie so verändert, dass sie abnimmt. Obwohl die neue Basishalteenergie zu jedem beliebigen Zeitpunkt ab dem Zeitpunkt (Zeitpunkt t₇ ) der Erfassung des Mindestwertes der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 eingestellt werden kann, ist es wünschenswert, dass die neue Basishalteenergie so früh wie möglich eingestellt wird. Im Beispiel von 8 wird die neue Basishalteenergie vor der Startzeit t₉ der Standby-Prozessperiode eingestellt. Die neu eingestellte Basishalteenergie ist um mindestens den Energiezulagebetrag oder mehr kleiner als die zuvor eingestellte Basishalteenergie. Ab dem Zeitpunkt t₉ beginnt ein Standby-Prozess zur Rückgewinnung der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 in die Basishalteenergie. Während der Standby-Prozessperiode wird in der Leistungsspeichervorrichtung 14 Gleichstrom-Leistung gespeichert, in die die Wechselstrom-Leistung aus der Leistungsquelle 2 durch den Wandler 11 umgewandelt wird, und die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 nimmt allmählich zu. In einer nachfolgenden Periode, die die Standby-Prozessperiode beinhaltet, führt die Leistungsspeichervorrichtung 14 eine Leistungsspeicherung durch, wobei die neue Basishalteenergie als Referenzwert (Sollwert) eingestellt wird. Da die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 zum Zeitpunkt t₁₀ auf die neue Basishalteenergie zurückkehrt, wird der Standby-Prozess beendet und der nächste Zyklus zum Zeitpunkt t₁₁ gestartet.
So nimmt beispielsweise die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 im Zyklus von Zeitpunkt t₁₁ bis Zeitpunkt t₁₉ einen Minimalwert zum Zeitpunkt t₁₇ an. Da jeder Zyklus das gleiche Betriebsmuster hat, hat jeder Zyklus normalerweise im Wesentlichen die gleiche Gesamtleistungsaufnahme. Mit anderen Worten, die Gesamtleistungsaufnahme im Zyklus von Zeitpunkt t₁₁ bis Zeitpunkt t₁₉ ist gleich der Gesamtleistungsaufnahme im Zyklus von Zeitpunkt t₁ bis Zeitpunkt t₉ . Spätestens ab dem Zeitpunkt t₉ , d.h. nach der Standby-Prozessperiode, da die Leistungsspeichervorrichtung 14 eine Leistungsspeicherung durchführt, mit der neu eingestellten „verminderten Basishalteenergie“ als Referenzwert (Sollwert), führt die Leistungsspeichervorrichtung 14 eine Leistungsspeicherung durch, so dass die Halteenergie wieder auf die neue Basishalteenergie zurückkehrt und somit die Last auf die Leistungsspeichervorrichtung 14 reduziert wird und die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 in einem angemessenen Umfang gehalten werden kann. Um das Auftreten von Energiemangel im nächsten Zyklus durch die Durchführung des Basishalteenergieänderungsprozesses nach dem dritten Modus zu verhindern, muss der Schwellenwert für die Energiezulage, der im Basishalteenergieänderungsprozess nach dem dritten Modus verwendet wird, auf einen Wert höher als der Schwellenwert für die Energiemangelermittlung eingestellt werden, der im Basishalteenergieänderungsprozess nach dem ersten Modus verwendet wird.
Die Basishalteenergieänderungsprozesse gemäß dem obigen ersten Modus, zweiten Modus und dritten Modus können unabhängig voneinander als Basishalteenergieänderungsprozess im Motorantriebssystem 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausgeführt oder in Kombination ausgeführt werden.
Als nächstes wird eine Funktionsweise des Motorantriebssystems 1 beschrieben. 9 ist ein Flussdiagramm, das den Funktionsablauf des Motorantriebssystems gemäß der Ausführungsform veranschaulicht. Es wird ein Beispiel beschrieben, in dem die Basishalteenergieänderungsprozesse des ersten Modus und des zweiten Modus ausgeführt werden. Die Antriebs-Motorsteuereinheit 13 steuert die Antriebs-Servomotoren 3 so, dass die Antriebs-Servomotoren 3 nach einem vorgegebenen Betriebsmuster (S101) arbeiten. Während dieser Zeit steuert die Leistungsspeichersteuereinheit 17 unter Verwendung des Berechnungsergebnisses der Leistungsverbrauchsberechnungseinheit 16 die Leistungsspeicherung und -versorgung der Leistungsspeichervorrichtung 14.
In Schritt S102 berechnet die Basishalteenergieänderungseinheit 15 die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14. Wie vorstehend beschrieben, kann der Berechnungsvorgang der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 durch die Leistungsspeichersteuereinheit 17 oder die separat mitgelieferte Berechnungseinheit durchgeführt werden.
In Schritt S103 vergleicht die Basishalteenergieänderungseinheit 15 den Minimalwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 in der vorgegebenen Zeitspanne und den im Voraus definierten Schwellenwert für die Energiemangelermittlung und bestimmt, ob der Minimalwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 niedriger ist als der Schwellenwert für die Energiemangel-Bestimmung. Als Ergebnis des Vergleichs, wenn bestimmt wird, dass der Mindestwert der Halteenergie niedriger ist als der Schwellenwert für die Bestimmung des Energiemangels, wechselt die Arbeitsabfolge zu Schritt S104. Wenn bestimmt wird, dass der Mindestwert der Halteenergie nicht unter dem Schwellenwert für die Bestimmung des Energiemangels liegt, fährt die Arbeitsabfolge mit Schritt S105 fort.
In Schritt S104 setzt die Basishalteenergieänderungseinheit 15 als neue Basishalteenergie einen Wert, der durch Addition mindestens eines Wertes, der gleich oder größer als die Differenz zwischen dem Schwellenwert für die Energiemangelermittlung und dem Mindestwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 ist, zur Basishalteenergie erhalten wird. Anschließend kehrt die Arbeitsabfolge zu Schritt S101 zurück.
In Schritt S105 vergleicht die Basishalteenergieänderungseinheit 15 den Maximalwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 in der vorgegebenen Zeitspanne und den im Voraus definierten Schwellenwert für die Bestimmung der Spitzenenergie und bestimmt, ob der Maximalwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 höher ist als der Schwellenwert für die Bestimmung von Überschussenergie. Als Ergebnis des Vergleichs, wenn bestimmt wird, dass der Maximalwert der Halteenergie höher ist als der Schwellenwert für die Bestimmung von Überschussenergie, wechselt die Funktionsweise zu Schritt S106. Wenn bestimmt wird, dass der Maximalwert der Halteenergie nicht höher als der Schwellenwert für die Bestimmung von Überschussenergie ist, kehrt die Bedienfolge zu Schritt S101 zurück.
In Schritt S106 setzt die Basishalteenergieänderungseinheit 15 als neue Basishalteenergie einen Wert, der durch Subtraktion eines Wertes, der gleich oder größer als eine Differenz zwischen dem Maximalwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 und dem Schwellenwert für die Bestimmung der überschüssigen Energie ist, von der Basishalteenergie berechnet wird. Anschließend kehrt die Arbeitsabfolge zu Schritt S101 zurück.
Obwohl die Darstellung weggelassen wird, bestimmt die Basishalteenergieänderungseinheit 15 vor der Ausführung von Schritt S103, ob eine vorbestimmte Zeit vergangen ist oder nicht, und wenn die vorbestimmte Zeit vergangen ist, geht die Arbeitsabfolge zu Schritt S103 über. Der Basishalteenergieänderungsprozess von Schritt S103 und Schritt S104 durch den ersten Modus und der Basishalteenergieänderungsprozess von Schritt S105 und Schritt S106 durch den zweiten Modus kann in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden, und in diesem Fall bestimmt die Basishalteenergieänderungseinheit 15 vor der Ausführung von Schritt S105, ob eine vorbestimmte Zeit vergangen ist oder nicht, und, wenn die vorbestimmte Zeit vergangen ist, geht die Betriebssequenz zu Schritt S105 über. Darüber hinaus kann der Prozess von Schritt S103 und Schritt S105 vor den beiden Schritten S104 und S106 ausgeführt werden.
10 ist ein Flussdiagramm, das eine andere Arbeitsabfolge des Motorantriebssystems gemäß der Ausführungsform veranschaulicht. In 10 wird der Basishalteenergieänderungsprozess gemäß dem dritten Modus in dem mit Bezug auf 9 beschriebenen Beispiel weiter ausgeführt, in dem die Basishalteenergieänderungsprozesse gemäß dem ersten Modus und dem zweiten Modus ausgeführt werden. In 10 ist der Prozess der Schritte S101 bis S106 wie mit Bezug auf 9 beschrieben.
In Schritt S107 bestimmt die Basishalteenergieänderungseinheit 15, ob eine vorbestimmte Zeit vergangen ist oder nicht. Nach Ablauf der vorgegebenen Zeit fährt die Bedienfolge mit Schritt S108 fort.
In Schritt S108 vergleicht die Basishalteenergieänderungseinheit 15 den Minimalwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 in der vorgegebenen Zeitspanne und den im Voraus definierten Schwellenwert für die Energiezulageermittlung und bestimmt, ob der Minimalwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 höher ist als der Schwellenwert für die Energiezulage. Als Ergebnis des Vergleichs, wenn die Basishalteenergieänderungseinheit 15 bestimmt, dass der Mindestwert der Halteenergie höher ist als der Schwellenwert für die Energiezulagebestimmung, geht die Bedienfolge zu Schritt S109 über, und wenn die Basishalteenergieänderungseinheit 15 nicht bestimmt, dass der Mindestwert der Halteenergie höher ist als der Schwellenwert für die Energiezulagebestimmung, kehrt die Bedienfolge zu Schritt S101 zurück.
In Schritt S108 berechnet die Basishalteenergieänderungseinheit 15 als neue Basishalteenergie aus der Basishalteenergie einen Wert, der gleich oder kleiner als die Differenz zwischen dem Minimalwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung 14 und dem Schwellenwert für die Bestimmung der Energiezulage ist.
Der Basishalteenergieänderungsprozess der Schritte S103 und S104 durch den ersten Modus, der Basishalteenergieänderungsprozess der Schritte S105 und S106 durch den zweiten Modus und der Basishalteenergieänderungsprozess der Schritte S107 und S108 durch den dritten Modus können in einer geänderten Reihenfolge ausgeführt werden.
Die Basishalteenergieänderungsprozesse nach dem ersten Modus und dem zweiten Modus wurden mit Bezug auf 9 und die Basishalteenergieänderungsprozesse nach dem ersten Modus, dem zweiten Modus und dem dritten Modus mit Bezug auf 10 beschrieben, aber wie vorstehend beschrieben, können die Basishalteenergieänderungsprozesse nach dem ersten Modus, dem zweiten Modus und dem dritten Modus unabhängig voneinander als Basishalteenergieänderungsprozess im Motorantriebssystem 1 nach der vorliegenden Ausführungsform ausgeführt werden. Weiterhin können die Basishalteenergieänderungsprozesse gemäß dem ersten Modus und dem dritten Modus in Kombination ausgeführt werden, oder die Basishalteenergieänderungsprozesse gemäß dem zweiten Modus und dem dritten Modus können in Kombination ausgeführt werden.
Die vorstehend beschriebene Antriebs-Motorsteuereinheit 13, die Basishalteenergieänderungseinheit 15, die Leistungsverbrauchsberechnungseinheit 16 und die Leistungsspeichersteuereinheit 17 können beispielsweise aus einer Softwareprogrammform bestehen oder aus einer Kombination verschiedener elektronischer Schaltungen und Softwareprogramme bestehen. In diesem Fall kann beispielsweise eine arithmetische Verarbeitungsvorrichtung, wie eine CPU oder eine MPUDSP, veranlasst werden, die Softwareprogramme auszuführen, um die Funktionen der jeweiligen Komponenten zu realisieren. Alternativ kann die Antriebs-Motorsteuereinheit 13, Basishalteenergieänderungseinheit 15, Leistungsverbrauchsberechnungseinheit 16 und Leistungsspeichersteuereinheit 17 durch eine integrierte Halbleiterschaltung realisiert werden, in der Softwareprogramme zur Realisierung der Funktionen der Antriebs-Motorsteuereinheit 13, Basishalteenergieänderungseinheit 15, Leistungsverbrauchsberechnungseinheit 16 und Leistungsspeichersteuereinheit 17 gespeichert sind.
Die Antriebs-Motorsteuereinheit 13, die Basishalterungsenergieänderungseinheit 15, die Leistungsverbrauchsberechnungseinheit 16 und die Leistungsspeichersteuereinheit 17 sind beispielsweise in einer Hauptsteuervorrichtung (nicht dargestellt) im Motorantriebssystem 1 vorgesehen. Wenn beispielsweise das Motorantriebssystem 1 konfiguriert ist, um den Antrieb der Antriebs-Servomotoren 3 in einer Werkzeugmaschine zu steuern, kann die Antriebs-Motorsteuereinheit 13, die Basishalterungsenergieänderungseinheit 15, die Leistungsverbrauchsberechnungseinheit 16 und die Leistungsspeichersteuereinheit 17 in einer numerischen Steuervorrichtung in der Werkzeugmaschine vorgesehen werden. Wenn die Antriebs-Motorsteuereinheit 13, die Basishaltenergieänderungseinheit 15, die Leistungsverbrauchsberechnungseinheit 16 und die Leistungsspeichersteuereinheit 17 in Form eines Softwareprogramms gebildet sind, kann eine arithmetische Verarbeitungseinheit in der numerischen Steuervorrichtung veranlasst werden, das Softwareprogramm auszuführen, und dadurch können die Funktionen der jeweiligen Komponenten realisiert werden.
Gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann im Motorantriebssystem mit der Leistungsspeichervorrichtung, die vorgesehen ist, um die Leistungsspitze der Energiequellenausrüstung zu reduzieren, die in der Leistungsspeichervorrichtung gespeicherte Energie in der richtigen Menge gehalten werden.

Claims

Motorantriebssystem (1), umfassend: einen Wandler (11), der konfiguriert ist, um Leistung zwischen Wechselstromleistung in einer Leistungsquelle (2) und Gleichstrom-Leistung in einem Gleichstrom-Zwischenkreis (4) zu wandeln; einen Antriebs-Wechselrichter (12), der konfiguriert ist, um die Leistung zwischen der Gleichstrom-Leistung in dem Gleichstrom-Zwischenkreis (4) und der Wechselstromleistung, die als Antriebsleistung oder Regenerativleistung für einen Antriebs-Servomotor (3) dient, zu wandeln; eine Antriebs-Motorsteuereinheit (13), die konfiguriert ist, um den Antriebs-Servomotor (3) zu steuern, der mit dem Antriebs-Wechselrichter (12) verbunden ist; eine Leistungsspeichervorrichtung (14), die konfiguriert ist, um die Gleichstrom-Leistung von dem Gleichstrom-Zwischenkreis (4) zu speichern oder die Gleichstrom-Leistung an den Gleichstrom-Zwischenkreis (4) zu liefern; und eine Basishalteenergieänderungseinheit (15), die konfiguriert ist, um eine Basishalteenergie, die als Referenzwert einer Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung (14) definiert ist, in Übereinstimmung mit der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung (14) zu ändern.
Das Motorantriebssystem (1) nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Leistungsverbrauchsberechnungseinheit (16), die konfiguriert ist, um eine Gesamtleistungsaufnahme zu berechnen, die als Summe aus einer Leistung des Antriebs-Servomotors(3), einem Wicklungsverlust in dem Antriebs-Servomotor (3), einem Verlust in dem Wandler (11) und einem Verlust in dem Antriebs-Wechselrichter (12) berechnet wird; und eine Leistungsspeichersteuereinheit (17), die konfiguriert ist, um den Gesamtleistungsverbrauch zu vergleichen, und einen Schwellenwert für die Versorgung, der im Voraus definiert ist, und einen Schwellenwert für die Leistungsspeicherung, der im Voraus definiert ist, die konfiguriert ist, um, wenn die Leistungsspeichersteuereinheit (17) als Ergebnis des Vergleichs bestimmt, dass der Gesamtleistungsverbrauch höher als der Schwellenwert für die Versorgung ist, die Leistungsspeichervorrichtung (14) zu steuern, um dem Gleichstrom-Zwischenkreis (4) Gleichstrom zuzuführen, und die konfiguriert ist, um, wenn die Leistungsspeichersteuereinheit (17) bestimmt, dass die Gesamtleistungsaufnahme niedriger ist als der Schwellenwert für die Leistungsspeicherung, die Leistungsspeichervorrichtung (14) zu steuern, um Gleichstrom aus dem Gleichstrom-Zwischenkreis (4) zu speichern, so dass die Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung (14) zu der Basishalteenergie wiederhergestellt wird.
Motorantriebssystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Basishalteenergieänderungseinheit (15) konfiguriert ist, um einen Minimalwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung (14) in einer vorbestimmten Periode und einen im Voraus definierten Schwellenwert für Energiemangel-Bestimmung zu vergleichen, und wenn die Basishalteenergieänderungseinheit (15) als Ergebnis des Vergleichs bestimmt, dass der Mindestwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung (14) niedriger ist als der Schwellenwert für die Energiemangel-Bestimmung, die Basishalteenergieänderungseinheit (15) konfiguriert ist, um als neue Basishalteenergie einen Wert einzustellen, der durch Hinzufügen eines Wertes, der gleich oder größer als eine Differenz zwischen dem Schwellenwert für Energiemangel-Bestimmung und dem Mindestwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung (14) ist, zu der Basishalteenergie berechnet wird.
Motorantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Basishalteenergieänderungseinheit (15) konfiguriert ist, um einen Maximalwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung (14) in einer vorbestimmten Periode und einen im Voraus definierten Schwellenwert für die Bestimmung der überschüssigen Energie zu vergleichen, und wenn die Basishalteenergieänderungseinheit (15) als Ergebnis des Vergleichs bestimmt, dass der Maximalwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung (14) höher ist als der Schwellenwert für die Bestimmung der überschüssigen Energie, die Basishalteenergieänderungseinheit (15) konfiguriert ist, um als neue Basishalteenergie einen Wert einzustellen, der durch Subtraktion eines Wertes, der gleich oder größer als eine Differenz zwischen dem Maximalwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung (14) und dem Schwellenwert für die Bestimmung der überschüssigen Energie ist, von der Basishalteenergie berechnet wird.
Motorantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Basishalteenergieänderungseinheit (15) einen Minimalwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung (14) in einem vorbestimmten Zeitraum und einen im Voraus definierten Schwellenwert für die Energiezufuhrbestimmung vergleicht, und wenn die Basishalteenergieänderungseinheit (15) als Ergebnis des Vergleichs bestimmt, dass der Mindestwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung (14) höher ist als der Schwellenwert für die Energiezufuhrbestimmung, die Basishalteenergieänderungseinheit (15) konfiguriert ist, um als neue Basishalteenergie einen Wert einzustellen, der durch Subtraktion eines Wertes, der gleich oder kleiner als eine Differenz zwischen dem Mindestwert der Halteenergie der Leistungsspeichervorrichtung (14) und dem Schwellenwert für die Energiezufuhrbestimmung ist, von der Basishalteenergie berechnet wird.
Motorantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Leistungsspeichervorrichtung (14) umfasst: ein Schwungrad (41), das konfiguriert ist, um Rotationsenergie zu speichern; einen Puffer-Servomotor (42), der eine mit dem Schwungrad (41) gekoppelte Drehachse umfasst; und einen Puffer-Wechselrichter (43), der konfiguriert ist, um Leistung zwischen der Gleichstrom-Leistung in dem Gleichstrom-Zwischenkreis (4) und der Wechselstromleistung, die als Antriebsleistung oder Regenerativleistung für den Puffer -Servomotor(42) dient, zu wandeln.
Motorantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Leistungsspeichervorrichtung (14) umfasst: einen Kondensator (44); und einen Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (45), der konfiguriert ist, um die Leistung zwischen der Gleichstrom-Leistung in dem Gleichstrom-Zwischenkreis (4) und der in dem Kondensator (44) gespeicherten Gleichstrom-Leistung zu wandeln.