DE102020007342A1

DE102020007342A1 - Gleichrichter und Motorsteuervorrichtung mit Stromregenerationsfunktion

Info

Publication number: DE102020007342A1
Application number: DE102020007342.5A
Authority: DE
Inventors: Murai Eijun; Shunpei Tanaka; Shinichi Horikoshi
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-12-09
Filing date: 2020-12-02
Publication date: 2021-06-10
Also published as: JP2021093803A; JP7359673B2; US20210175818A1; CN113037124A; US11387745B2

Abstract

Der Gleichrichter 1 umfasst: eine Hauptschaltungseinheit 11, die eingerichtet ist, um eine Stromumwandlung zwischen einem Wechselstrom auf einer Seite einer dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 und einem Gleichstrom auf einer Gleichstromseite durch Gleichrichterbetrieb einer Gleichrichtervorrichtung und Ein-Aus-Betrieb einer Schaltvorrichtung durchzuführen; eine Leistungsberechnungseinheit 12, die eingerichtet ist, um einen Wert einer Leistung zu berechnen, die zwischen der Seite der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 und der Gleichstromseite über die Hauptschaltungseinheit 11 fließt; und eine Steuereinheit 14, die eingerichtet ist, um eine Steuerung durchzuführen, um den Ein-Aus-Betrieb der Schaltvorrichtung auszuführen, wobei die Steuereinheit 14 eine Länge einer Ein-Periode pro Zyklus in dem Ein-Aus-Betrieb ändert, der an der Schaltvorrichtung gemäß dem von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechneten Wert der Leistung ausgeführt wird.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gleichrichter und eine Motorsteuervorrichtung mit einer Stromregenerationsfunktion.
Beschreibung des Stands der Technik
In Motorsteuervorrichtungen zur Antriebssteuerung von Motoren in Werkzeugmaschinen, Schmiedemaschinen, Spritzgussmaschinen, Industriemaschinen oder verschiedenen Robotern wird Wechselstrom, der von einer dreiphasigen Wechselstromversorgung geliefert wird, von einem Gleichrichter in Gleichstrom umgewandelt, der an einen Zwischenkreis ausgegeben wird, und Gleichstrom im Zwischenkreis wird von einem Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt, der einem Motor als der Strom zur Steuerung des Motors zugeführt wird. Ein „Zwischenkreis“ ist ein Teil der Schaltung, die die Gleichstromausgangsseite des Gleichrichters und die Gleichstromeingangsseite des Wechselrichters elektrisch verbindet, und er wird auch als eine „Zwischenkreiseinheit“, „Gleichstromkreis“, „Gleichstromverbindungseinheit“, „Gleichstromsammelschiene“ oder „Gleichstromzwischenkreis“ bezeichnet.
Als Gleichrichter in Motorsteuervorrichtungen werden häufig Gleichrichter mit 120-Grad-Leitungsmodus verwendet, die den während einer Motorverzögerung erzeugte regenerative Leistung an die dreiphasige Wechselstromversorgungsseite zurückgeben können. Ein Gleichrichter mit 120-Grad-Leitungsmodus umfasst eine dreiphasige Brückenschaltung, deren oberer Zweig und deren unterer Zweig für jede Phase der drei Phasen jeweils mit einer Leistungsvorrichtung versehen sind, die eine Gleichrichtungsvorrichtung und eine Schaltvorrichtung enthält. Ein Gleichrichter mit 120-Grad-Leitungsmodus erfasst die Phasen der dreiphasigen Wechselstromversorgung und wandelt Gleichstrom in Wechselstrom um, indem er bei Änderungen der Phasenspannungen der dreiphasigen Wechselstromversorgung die Schaltvorrichtung auf dem oberen Zweig für eine Phase einschaltet, in der die Spannung die größte der Phasen der dreiphasigen Wechselstromversorgung ist, und die Schaltvorrichtung auf dem unteren Zweig für eine Phase einschaltet, in der die Spannung die kleinste der Phasen der dreiphasigen Wechselstromversorgung ist, und führt den Wechselstrom an die dreiphasige Wechselstromversorgung zurück. Hier ist „Grad“ in „120 Grad“ eine Einheit zum Messen von Phasenwinkeln einer dreiphasigen Spannung oder eines dreiphasigen Stroms.
Beispielsweise offenbart die japanische nicht geprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2017-042016 eine Motorsteuervorrichtung umfassend: einen Wandler, der eingerichtet ist, um Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln und den Wechselstrom an eine Wechselstromversorgung zurückzuführen; eine Steuereinheit für regenerative 120-Grad-Stromleitung, die eingerichtet ist, um den Wandler unter Verwendung eines 120-Grad-Leitungsverfahrens so zu steuern, dass die durch den Wandler zurückgewonnene Leistung an die Wechselstromversorgung zurückgeführt wird; eine PWM-Steuereinheit für regenerativen Strom, die eingerichtet ist, um den Wandler unter Verwendung eines PWM-Steuerverfahrens so zu steuern, dass die durch den Wandler zurückgewonnene Leistung an die Wechselstromversorgung zurückgeführt wird; eine Eingangsspannungserfassungseinheit, die eingerichtet ist, um eine Versorgungsspannung zu erfassen, die von der Wechselstromversorgung an den Wandler geliefert wird; eine Zwischenkreisspannungserfassungseinheit, die eingerichtet ist, um eine Zwischenkreisspannung zu erfassen, die eine Ausgangsspannung des Wandlers ist; und eine regenerative Verfahrensschalteinheit, die eingerichtet ist, um während der Leistungsregeneration ein Umschalten zwischen dem 120-Grad-Leitungsverfahren und dem PWM-Steuerverfahren gemäß einem gegebenen Kriterium basierend auf einem von der Zwischenkreisspannungserfassungseinheit erfassten Spannungswert durchzuführen.
Beispielsweise offenbart die japanische nicht geprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2010-022187 ein Verfahren zum Einstellen einer Rückkopplungsleistung eines Wandlers (10), der auf einer Grundfrequenz auf einer Stromversorgungsseite getaktet ist und eine Brückenschaltung aufweist, die mit steuerbaren Halbleiterschaltern (T1, T2, T3, T4, T5, T6) ausgestattet ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Takten der Halbleiterschalter (T1 bis T6) mit der Grundfrequenz in Abhängigkeit von einer gewünschten Richtung eines Stromflusses über die Brückenschaltung; und Ableiten von Ansteuersignalen (30) für die Halbleiterschalter (T1 bis T6) aus Taktimpulsen mit der Grundfrequenz und einer Einschaltverzögerung in Abhängigkeit von einer Systemvariablen (10) des Wandlers, wobei die Einschaltverzögerung aus einer vorbestimmten oder vorbestimmbaren Kennlinie (Φ1) bestimmt wird, die jeweils von den einzelnen Systemvariablen abhängt.
Beispielsweise offenbart die japanische nicht geprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2013-165600 eine dreiphasige Wandlervorrichtung, umfassend: eine Stromumwandlungseinheit, die eingerichtet ist, um Wechselstrom von einer dreiphasigen Wechselstromversorgung reversibel in Gleichstrom umzuwandeln; eine Phasenerfassungseinrichtung zum Erfassen von Spannungsphasen der dreiphasigen Wechselstromversorgung; eine Stromerfassungseinrichtung zum Erfassen eines dreiphasigen Wechselstroms, der zwischen der dreiphasigen Wechselstromversorgung und der Stromumwandlungseinheit fließt; und eine Gleichspannungserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Gleichspannung auf einer Ausgangsseite der Stromumwandlungseinheit, wobei die Stromumwandlungseinheit jeweils drei Zweige für Phasen der dreiphasigen Wechselstromversorgung enthält, wobei jeder Zweig Sätze einer Gleichrichtervorrichtung und einer Schaltvorrichtung in umgekehrter Parallelschaltung mit der Gleichrichtervorrichtung aufweist, wobei die Sätze in Reihe geschaltet sind, wobei die dreiphasige Wandlervorrichtung ferner eine Steuersignalausgabeeinrichtung zum Ausgeben eines Steuersignals zum Ein-Aus-Steuern der Schaltvorrichtungen jeder der Zweige enthält, basierend auf der Spannungsphase, die von der Phasenerfassungseinrichtung in einem Regenerationsmodus erfasst wird, in dem die Gleichstromleistung an die dreiphasige Wechselstromversorgungsseite zurückgeführt wird, wobei die Steuersignalausgabeeinrichtung im Regenerationsmodus eingerichtet ist, um eine Phase bei einer größten Spannung und eine Phase bei einer kleinsten Spannung mit Änderungen der Phasenspannungen zu erkennen, basierend auf den Spannungsphasen der dreiphasigen Wechselstromversorgung, die von der Phasenerfassungseinrichtung erfasst wird, ein Standardsteuersignal einzustellen, für das eine Ein-Betriebszeit so eingestellt ist, dass sowohl die mit der Phase verbundene Schaltvorrichtung des oberen Zweigs bei der größten Spannung als auch die mit der Phase verbundene Schaltvorrichtung des unteren Zweigs bei der kleinsten Spannung zwischen den drei oberen Zweigen und den drei unteren Zweigen eingestellt wird, um eine Gleichstrommenge basierend auf dem dreiphasigen Wechselstrom zu berechnen, der von der Stromerfassungseinrichtung erfasst wird, und um eine Aus-Betriebszeit gemäß der Gleichstrommenge einzustellen und ein korrigiertes Ein-Steuersignals einzustellen, für das die Ein-Betriebszeit des Standardsteuersignals durch Einstellen mit dieser Aus-Betriebszeit verringert wird.
Beispielsweise offenbart die japanische nicht geprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2011-151918 eine Motorantriebsvorrichtung, die mit einem Gleichrichter zum Umwandeln von Wechselstrom von einer dreiphasigen Wechselstromeingangsversorgung in Gleichstrom und einem Wechselrichter zum Umwandeln des Gleichstroms in Wechselstrom der gewünschten Frequenz ausgestattet ist und eingerichtet ist, um eine Stromregeneration durch Steuern des Gleichrichters durchzuführen, wobei die Motorantriebsvorrichtung umfasst: eine Erfassungseinheit, die eingerichtet ist, um eine Eingangsspannung und einen Eingangsstrom zu erfassen, die von der dreiphasigen Wechselstrom-Eingangsstromversorgung geliefert werden; eine sofortige Wirkleistungsberechnungseinheit, die eingerichtet ist, um basierend auf der von der Erfassungseinheit erfassten Eingangsspannung und dem Eingangsstrom die vom Gleichrichter an den Wechselrichter gelieferte momentane Wirkleistung zu berechnen; eine Gleichstromkomponentenberechnungseinheit, die eingerichtet ist, um basierend auf dem Wert der von der Momentanwirkleistungsberechnungseinheit berechneten Leistung eine Gleichstromkomponente der vom Gleichrichter an den Wechselrichter gelieferten Wirkleistung zu berechnen; und eine Regenerationsbetriebsstoppentscheidungseinheit, die eingerichtet ist, um den von der Gleichstromkomponentenberechnungseinheit berechneten Wert der Gleichstromkomponente mit einem vorbestimmten Schwellenwert zu vergleichen und zu entscheiden, dass ein Stromregenerationsvorgang zum Einspeisen eines vom Wechselrichter gelieferten Regenerationsstroms in die dreiphasige Wechselstromeingangsstromversorgung gestoppt wird, wenn der Wert der Gleichstromkomponente größer als der Schwellenwert ist.
Beispielsweise offenbart die japanische nicht geprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2004-180427 einen Stromregenerationswandler, der Folgendes umfasst: eine Phasenerfassungseinrichtung, die zwischen einer dreiphasigen Wechselstromversorgung und einer Steuervorrichtung vorgesehen ist, die eingerichtet ist, um eine variable Drehzahlregelung eines dreiphasigen Induktionsmotors durchzuführen, zum Erfassen einer Spannungsphase der dreiphasigen Wechselstromversorgung; einen regenerativen Transistor, der eine Stromregeneration an der dreiphasigen Wechselstromversorgung durch Schalten von Klemmenspannungen eines Glättungskondensators durchführt, der eine induzierte elektromotorische Kraft akkumuliert, die während einer Verzögerung des dreiphasigen Induktionsmotors erzeugt wird; eine Regenerationssignalerzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines Ein-Aus-Steuersignals für den regenerativen Transistor basierend auf einem Erfassungssignal von der Phasenerfassungseinrichtung; und eine Korrektureinrichtung zum Überwachen von Spannungswellenformen der dreiphasigen Wechselstromversorgung und zum Korrigieren eines Zeitpunkts zum Ändern des Ein-Aus-Steuersignals, das durch die Regenerationssignalerzeugungseinrichtung für den Regenerativtransistor erzeugt wird, beim Erfassen einer Verschiebung zu einem Schaltzeitpunkt von Phasenspannungen.
Die japanische nicht geprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2017-184365 offenbart eine Stromumwandlungsvorrichtung, die eine Stromumwandlung zwischen einer Wechselstromquelle und einer Gleichstromlast und einer Gleichstromversorgung durchführt, umfassend: eine Wechselrichterschaltung; eine Stromerfassungseinrichtung zum Erfassen eines Wechselstroms in der Wechselstromquelle; eine Spannungssteuerung, die eine Befehlsspannung für die Wechselrichterschaltung basierend auf einem Wechselstromsignal erzeugt, das von der Stromerfassungseinrichtung erfasst wird; und einen Korrektor, der eine Verstärkung enthält, die einer bestimmten Frequenz entspricht und die Befehlsspannung basierend auf dem Wechselstromsignal korrigiert, wobei der Korrektor eingerichtet ist, um die Befehlsspannung zu korrigieren, nachdem die Befehlsspannung von der Spannungssteuerung ausgegeben wurde.
Zusammenfassung der Erfindung
In einem Gleichrichter, der eine dreiphasige Brückenschaltung enthält, von welcher der obere Zweig und der untere Zweig für jede Phase der drei Phasen jeweils mit einer Leistungsvorrichtung versehen sind, die eine Gleichrichtervorrichtung und eine Schaltvorrichtung enthält, fließt ein Strom zur Betriebszeit von der dreiphasigen Wechselstromversorgungsseite über die Gleichrichtervorrichtung im Gleichrichter zur Gleichstromseite, wenn der Spitzenwert der Eingangsspannung auf der dreiphasigen Wechselstromversorgungsseite größer ist als die Gleichspannung der DC-Seite. Andererseits ist es zum Zeitpunkt der Regeneration möglich, einen Strom von der Gleichstromseite über Schaltvorrichtungen im Gleichrichter zur dreiphasigen Wechselstromversorgungsseite fließen zu lassen, indem der Ein-Aus-Betrieb der Schaltvorrichtungen im Gleichrichter gesteuert wird. In einem Gleichrichter mit einem 120-Grad-Leitungsmodus tritt zum Zeitpunkt des Umschaltens vom Regenerationszustand in den Betriebszustand ein Einschaltstrom auf, weil der Ein-Aus-Betrieb der Schaltvorrichtungen angehalten wird. Die Intensität des Einschaltstroms hängt beispielsweise von Impedanzen des Gleichrichters und des Wechselrichters sowie von der Kapazität des im Zwischenkreis vorgesehenen Kondensators ab. Ein Auftreten eines Einschaltstroms kann zu einem Problem von Brüchen von Bauteilen im Gleichrichter, dem auf der Gleichstromseite des Gleichrichters vorgesehenen Kondensator und dergleichen führen.
Ferner befindet sich in einem Gleichrichter mit einem 120-Grad-Leitungsmodus jede Schaltvorrichtung für einen Abschnitt von 120 Grad pro Zyklus der dreiphasigen Wechselstromversorgung im Ein-Zustand, unabhängig von der Größe der von der Gleichstromseite an die dreiphasige Wechselstromversorgungsseite zurückgeführten regenerativen Leistung während der Regeneration. Wenn die regenerative Leistung groß ist, wird die Leistung stetig von der Gleichstromseite zur dreiphasigen Wechselstromversorgungsseite zurückgeführt. Wenn die regenerative Leistung jedoch gering ist, tritt eine übermäßige Regeneration auf, die die Gleichspannung der Gleichstromseite im Gleichrichter unmittelbar nach dem Umschalten in den Regenerationszustand stark verringert. Wenn eine übermäßige Regeneration auftritt, wird der Regenerationsvorgang angehalten und in den Betriebszustand zurückgeschaltet, wodurch die Gleichspannung wieder ansteigen kann, was wiederum den Regenerationsvorgang erneut startet und eine sogenannte „Resonanz“ verursacht, in der der Regenerationszustand und der Leistungsflusszustand häufig und wiederholt umgeschaltet werden. Die Resonanzfrequenz hängt beispielsweise von den Impedanzen des Gleichrichters und des Wechselrichters sowie von der Kapazität des im Zwischenkreis vorgesehenen Kondensators ab. Ein Auftreten von Resonanz mit häufigen Übergängen zwischen dem Regenerationszustand und dem Leistungsflusszustand kann ein Problem einer abnormalen Erwärmung des Kondensators und anderer Komponenten verursachen, die auf der Gleichstromseite des Gleichrichters vorgesehen sind.
Daher ist in einem Gleichrichter mit einer Stromregenerationsfunktion und einer damit ausgestatteten Motorsteuervorrichtung eine Technologie erwünscht, um einen Einschaltstrom zu verhindern, der auftritt, wenn der Regenerationszustand in den Leistungsflusszustand umschaltet, und um eine Resonanz zu verhindern, in der der Regenerationszustand und der Leistungsflusszustand häufig und wiederholt umgeschaltet werden, wenn die regenerative Leistung gering ist.
Ein Gleichrichter gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung umfasst: eine Hauptschaltungseinheit, die eine Gleichrichtervorrichtung und eine Schaltvorrichtung in umgekehrter Parallelschaltung mit der Gleichrichtervorrichtung enthält und eingerichtet ist, um eine Stromumwandlung zwischen Wechselstrom auf einer Seite einer dreiphasigen Wechselstromversorgung und Gleichstrom auf einer Gleichstromseite durch Gleichrichterbetrieb der Gleichrichtvorrichtung und Ein-Aus-Betrieb der Schaltvorrichtung durchzuführen; eine Leistungsberechnungseinheit, die eingerichtet ist, um einen Wert einer Leistung zu berechnen, die zwischen der Seite der dreiphasigen Wechselstromversorgung und der Gleichstromseite über die Hauptschaltungseinheit fließt; und eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, um eine Steuerung durchzuführen, um den Ein-Aus-Betrieb der Schaltvorrichtung auszuführen, wobei die Steuereinheit eine Länge einer Ein-Periode pro Zyklus in dem Ein-Aus-Betrieb ändert, der an der Schaltvorrichtung gemäß dem Wert der Leistung ausgeführt wird, die von der Leistungsberechnungseinheit berechnet wird.
Eine Motorsteuervorrichtung gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung umfasst: den Gleichrichter; einen Kondensator, der in einem Zwischenkreis vorgesehen ist, der die Gleichstromseite des Gleichrichters ist; und einen Wechselrichter, der über den Zwischenkreis mit dem Gleichrichter verbunden und so eingerichtet ist, dass er einen vom Zwischenkreis gelieferten Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt, um einen Motor zu steuern und den Wechselstrom auszugeben.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden beigefügten Zeichnungen klarer verstanden:

1 ist ein Diagramm, das einen Gleichrichter und eine Motorsteuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
2A ist ein Schaltplan, der ein Beispiel einer Hauptschaltungseinheit in dem Gleichrichter darstellt, wobei eine Hauptschaltungseinheit dargestellt ist, die Leistungsvorrichtungen gemäß einer ersten Anordnung enthält, in der die Gleichrichtervorrichtungen Dioden sind;
2B ist ein Schaltplan, der ein Beispiel einer Hauptschaltungseinheit in dem Gleichrichter darstellt, wobei eine Hauptschaltungseinheit dargestellt ist, die Leistungsvorrichtungen gemäß einer zweiten Anordnung enthält, in der die Gleichrichtvorrichtungen Schaltvorrichtungen sind;
3A ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Betriebs eines Gleichrichters, der eine Stromregeneration in einem 120-Grad-Leitungsmodus durchführt, wobei ein Schaltbild eines Gleichrichters dargestellt ist, der eingerichtet ist, um eine dreiphasige Brückenschaltung von Leistungsvorrichtungen zu sein;
3B ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Betriebs eines Gleichrichters, der eine Leistungsregeneration in einem 120-Grad-Leitungsmodus durchführt, wobei Beziehungen zwischen den Wellenformen der Spannungen einer dreiphasigen Wechselstromversorgung und dem Ein-Aus-Betrieb von Schaltvorrichtungen in Leistungsvorrichtungen während der Leistungsregeneration dargestellt sind;
4A ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Betriebs eines Gleichrichters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, das eine Resonanz darstellt, bei der der Regenerationszustand und der Leistungsflusszustand häufig und wiederholt umgeschaltet werden, wenn die Regenerationsleistung klein ist;
4B ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Betriebs eines Gleichrichters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wobei ein erstes Beispiel zum Ändern der Länge der Ein-Periode pro Zyklus der Schaltvorrichtungen in dem Gleichrichter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt ist;
4C ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Betriebs eines Gleichrichters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wobei ein zweites Beispiel zum Ändern der Länge der Ein-Periode pro Zyklus der Schaltvorrichtungen in dem Gleichrichter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt ist;
5A ist ein Diagramm, das Beziehungen zwischen den Wellenformen der Spannungen einer dreiphasigen Wechselstromversorgung und dem Ein-Aus-Betrieb von Schaltvorrichtungen in Leistungsvorrichtungen in einem Gleichrichter 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt, wobei Beziehungen zwischen den Wellenformen der Spannungen der dreiphasigen Wechselstromversorgung und des Ein-Aus-Betriebs der Schaltvorrichtungen in einem Bereich mit einer großen regenerativen Leistung dargestellt sind;
5B ist ein Diagramm, das Beziehungen zwischen den Wellenformen der Spannungen einer dreiphasigen Wechselstromversorgung und dem Ein-Aus-Betrieb von Schaltvorrichtungen in Leistungsvorrichtungen in einem Gleichrichter 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt, wobei Beziehungen zwischen den Wellenformen der Spannungen der dreiphasigen Wechselstromversorgung und des Ein-Aus-Betriebs der Schaltvorrichtungen in einem Bereich mit einer kleinen regenerativen Leistung dargestellt sind;
6 ist ein Flussdiagramm, das einen Betriebsfluss eines Gleichrichters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
7 ist ein Flussdiagramm, das einen Betriebsfluss eines Gleichrichters gemäß einem ersten Abwandlungsbeispiel einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
8 ist ein Diagramm, das einen Gleichrichter und eine Motorsteuervorrichtung gemäß einem zweiten Abwandlungsbeispiel einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt; und
9 ist ein Flussdiagramm, das einen Betriebsfluss eines Gleichrichters gemäß dem zweiten Abwandlungsbeispiel einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.

Ausführliche Beschreibung
Ein Gleichrichter mit einer Stromregenerationsfunktion und eine damit ausgestattete Motorsteuervorrichtung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Zum besseren Verständnis sind die Zeichnungen je nach Bedarf mit unterschiedlichen Maßstäben dargestellt. Die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen sind lediglich veranschaulichend und die vorliegende Erfindung ist nicht auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen beschränkt.
Obwohl ein Gleichrichter, der für eine Motorsteuervorrichtung vorgesehen ist, hier als ein Beispiel beschrieben wird, können die Ausführungsformen auch auf einen Fall angewendet werden, in dem der Gleichrichter für eine andere Maschine als Motorsteuervorrichtungen vorgesehen ist.
1 ist ein Diagramm, das einen Gleichrichter und eine Motorsteuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt. Nachfolgend versteht es sich, dass die Komponentenmerkmale, die in verschiedenen Zeichnungen durch dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind, dieselbe Funktion haben sollen.
Ein Fall, in dem eine Motorsteuervorrichtung 100, die mit einer dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 verbunden ist, einen Motor 3 steuert, wird als ein Beispiel beschrieben. Der Motor 3 ist nicht auf eine bestimmte Art beschränkt und kann beispielsweise ein Induktionsmotor oder ein Synchronmotor sein. Die Anzahl der Phasen des Motors 3 ist ebenfalls nicht begrenzt. In 1 ist der Motor 3 beispielsweise ein Dreiphasen-Wechselstrommotor. Die Maschinen, für die der Motor 3 bereitgestellt werden kann, können beispielsweise Werkzeugmaschinen, Roboter, Schmiedemaschinen, Spritzgussmaschinen, Industriemaschinen, Transportmaschinen, verschiedene Elektrogeräte oder dergleichen sein. Die dreiphasige Wechselstromversorgung 2 kann beispielsweise eine dreiphasige 400-V-Wechselstromversorgung, eine dreiphasige 200-V-Wechselstromversorgung, eine dreiphasige 600-V-Wechselstromversorgung oder dergleichen sein.
Eine Motorsteuervorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst einen Gleichrichter 1, einen Kondensator 4 und einen Wechselrichter 5.
Der Gleichrichter 1 hat eine Stromregenerationsfunktion und führt eine Stromumwandlung zwischen Wechselstrom auf der Seite der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 und Gleichstrom auf der Gleichstromseite durch. Die Details für die Konfiguration und den Betrieb des Gleichrichters 1 werden später beschrieben. Es ist zu beachten, dass ein elektromagnetisches Schütz und eine Wechselstromdrossel an der Seite der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 des Gleichrichters 1 vorgesehen sein können, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind.
Ein Kondensator 4 ist in einem Zwischenkreis vorgesehen, der die Gleichstromausgangsseite des Gleichrichters 1 mit der Gleichstromeingangsseite des Wechselrichters 5 verbindet. Der Kondensator 4 hat Funktionen zum Akkumulieren von Gleichstrom, der vom Wechselrichter 5 zum Erzeugen von Wechselstrom verwendet wird, und zum Verringern einer Pulsation im Gleichstromausgang des Gleichrichters 1. Der Kondensator 4 kann beispielsweise ein Elektrolytkondensator, ein Filmkondensator oder dergleichen sein.
Der Wechselrichter 5 ist über den Zwischenkreis mit dem Gleichrichter 1 verbunden und wandelt den vom Zwischenkreis gelieferten Gleichstrom in Wechselstrom um und gibt den Wechselstrom zur Steuerung des Motors 3 aus. Der Wechselrichter 5 muss nur eine Konfiguration zum Umwandeln von Gleichstrom in Wechselstrom haben und kann beispielsweise ein PWM-Wechselrichter mit internen Schaltvorrichtungen oder dergleichen sein. Der Wechselrichter 5 ist als eine Dreiphasenbrückenschaltung eingerichtet, wenn der Motor 3 ein Dreiphasen-Wechselstrommotor ist, und ist als eine Einphasenbrückenschaltung eingerichtet, wenn der Motor 3 ein Einphasenmotor ist. Wenn der Wechselrichter 5 als ein PWM-Wechselrichter eingerichtet ist, ist er als eine Brückenschaltung eingerichtet, die Gleichrichtungsvorrichtungen und Schaltvorrichtungen in umgekehrter Parallelschaltung damit enthält. In diesem Fall können die Schaltvorrichtungen beispielsweise FETs, IGBTs, Thyristoren, Gate-Ausschaltthyristoren (GTOs) oder Bipolartransistoren sein oder können andere Halbleiterbauelemente sein. Die Drehzahl, das Drehmoment oder die Position des Rotors des Motors 3 werden basierend auf dem vom Wechselrichter 5 gelieferten Wechselstrom gesteuert. Es ist zu beachten, dass der Wechselrichter 5 den vom Motor 3 regenerierten Wechselstrom in Gleichstrom umwandeln und den Gleichstrom an den Zwischenkreis auf der Gleichstromseite durch den Ein-Aus-Betrieb der Schaltvorrichtungen zurückführen, die ordnungsgemäß PWMgesteuert sind.
Die Konfiguration des Gleichrichters 1 wird als nächstes beschrieben.
Der Gleichrichter 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Hauptschaltungseinheit 11, eine Leistungsberechnungseinheit 12, eine Zustandsbestimmungseinheit 13 und eine Steuereinheit 14. Der Gleichrichter 1 umfasst ferner eine Eingangsspannungserfassungseinheit 15, eine Gleichspannungserfassungseinheit 16, eine Eingangsstromerfassungseinheit 21, eine Gleichstromerfassungseinheit 22 und eine Phasenerfassungseinheit 23.
Die Hauptschaltungseinheit 11 führt eine Stromumwandlung zwischen Wechselstrom auf der Seite der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 und Gleichstrom auf der Gleichstromseite durch den Gleichrichterbetrieb der Gleichrichtervorrichtungen und den Ein-Aus-Betrieb der Schaltvorrichtungen durch. Die Hauptschaltungseinheit 11 umfasst eine dreiphasige Brückenschaltung, deren oberer Zweig und deren unterer Zweig für jede Phase jeweils mit einer Leistungsvorrichtung versehen sind, die eine Gleichrichtervorrichtung und eine Schaltvorrichtung in umgekehrter Parallelschaltung mit der Gleichrichtungsvorrichtung enthält. Die Schaltvorrichtungen können beispielsweise FETs, IGBTs, Thyristoren, Gate-Ausschaltthyristoren (GTOs) oder Bipolartransistoren sein oder können andere Halbleiterbauelemente sein.
Die Leistungsvorrichtung, die für jeden des oberen Zweigs und des unteren Zweigs für jede Phase der drei Phasen der Hauptschaltungseinheit 11 vorgesehen ist, umfasst einen Satz einer Gleichrichtervorrichtung, die eine Gleichrichtungsfunktion ausführt, und einer Schaltvorrichtung, die eine Leistungsregenerationsfunktion ausführt. Einige Anordnungen für die Leistungsvorrichtung werden nachstehend beschrieben. In dem in 1 dargestellten Beispiel werden Dioden für die Gleichrichtervorrichtungen verwendet, aber alternativ können Schaltvorrichtungen auch für die Gleichrichtungsvorrichtungen verwendet werden.
2A ist ein Schaltplan, der ein Beispiel einer Hauptschaltungseinheit in dem Gleichrichter darstellt, wobei eine Hauptschaltungseinheit dargestellt ist, die Leistungsvorrichtungen gemäß einer ersten Anordnung enthält, in der die Gleichrichtervorrichtungen Dioden sind. 2B ist ein Schaltplan, der ein Beispiel einer Hauptschaltungseinheit in dem Gleichrichter darstellt, wobei eine Hauptschaltungseinheit dargestellt ist, die Leistungsvorrichtungen gemäß einer zweiten Anordnung enthält, in der die Gleichrichtvorrichtungen Schaltvorrichtungen sind.
Wie in 2A dargestellt ist in der ersten Anordnung, in der Dioden D für die Gleichrichtervorrichtungen verwendet werden, jede Schaltvorrichtung S in einer umgekehrten Parallelschaltung mit einer Diode D derart angeordnet, dass sich die Leitrichtung der Schaltvorrichtung S im Ein-Zustand in der entgegengesetzten Richtung zur Leitrichtung der Diode D befindet. Eine Leistungsvorrichtung, die einen Satz einer Schaltvorrichtung S und einer Diode D enthält, ist für jeden des oberen Zweigs und des unteren Zweigs für jede Phase der drei Phasen vorgesehen. Im Leistungsflusszustand wird Wechselstrom auf der Seite der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 in Gleichstrom umgewandelt und durch den Gleichrichterbetrieb der Dioden D ausgegeben und im Regenerationszustand wird Gleichstrom auf der Gleichstromseite in Wechselstrom umgewandelt und durch den Ein-Aus-Betrieb der Schaltvorrichtungen S an die Seite der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 ausgegeben.
Wie in 2B dargestellt befindet sich in der zweiten Anordnung, in der die Schaltvorrichtung S₂ für die Gleichrichtungsvorrichtungen verwendet wird, jede Schaltvorrichtung S₁ in einer umgekehrten Parallelschaltung mit einer Schaltvorrichtung S₂ derart, dass sich die Leitrichtung der Schaltvorrichtung S₁ im Ein-Zustand in der entgegengesetzten Richtung zur Leitrichtung der Schaltvorrichtung S₂ im Ein-Zustand befindet. Eine Leistungsvorrichtung, die einen Satz einer Schaltvorrichtung S₁ und einer Schaltvorrichtung S₂ enthält, ist für jeden des oberen Zweigs und des unteren Zweigs für jede Phase der drei Phasen vorgesehen. Die Schaltvorrichtungen S₁ führen eine Leistungsregenerationsfunktion aus und die Schaltvorrichtungen S₂ führen eine Gleichrichtungsfunktion aus. Im Leistungsflusszustand wird Wechselstrom auf der Seite der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 in Gleichstrom umgewandelt und auf die Gleichstromseite ausgegeben, indem die Schaltvorrichtungen S2 ständig eingeschaltet sind und im Regenerationszustand wird Gleichstrom auf der Gleichstromseite in Wechselstrom umgewandelt und durch den Ein-Aus-Betrieb der Schaltvorrichtungen S1 an die Seite der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 ausgegeben. Somit werden den Schaltvorrichtungen S₂, die wie in 2B dargestellt als die Gleichrichtervorrichtungen arbeiten, die Funktion von Gleichrichtervorrichtungen gegeben und werden nicht zur Leistungsregeneration verwendet. In der vorliegenden Ausführungsform und in einem ersten und einem zweiten Abwandlungsbeispiel, die später beschrieben werden sollen, sind die „Schaltvorrichtungen“, an denen ein Ein-Aus-Betrieb ausgeführt wird, wenn sich die Hauptschaltungseinheit 11 im Regenerationszustand befindet oder wenn sich die Hauptschaltungseinheit im Leistungsflusszustand befindet und der von der Leistungsberechnungseinheit berechnete Leistungswert P kleiner als ein erster Leistungsschwellenwert P_th1 ist, nicht die Schaltvorrichtungen S₂, die die Gleichrichtungsfunktion ausführen, sondern Schaltvorrichtungen S₁, die die Leistungsregenerationsfunktion ausführen.
Wiederum mit Bezug auf 1 berechnet die Leistungsberechnungseinheit 12 den Leistungswert P, der zwischen der Seite der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 und der Gleichstromseite über die Hauptschaltungseinheit 11 fließt. Hier ist beispielsweise die Richtung eines Leistungsflusses von der Seite der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 zur Gleichstromseite über die Hauptschaltungseinheit 11 als die positive Richtung definiert und ist die Richtung eines Leistungsflusses von der Gleichstromseite zur Seite der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 über die Hauptschaltungseinheit 11 als die negative Richtung definiert. Somit ist der Wert der Leistung, die von der Leistungsberechnungseinheit 12 im Leistungsflusszustand (Betriebsstrom) berechnet wird, positiv und der Wert der Leistung, die von der Leistungsberechnungseinheit 12 im Regenerationszustand (Regenerationsstrom) berechnet wird, ist negativ. Hier werden nachfolgend einige Anordnungen der Berechnungsverarbeitung durch die Leistungsberechnungseinheit 12 beschrieben.
Die Leistungsberechnungseinheit 12 berechnet in einer ersten Anordnung den Leistungswert P, der zwischen der Seite der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 und der Gleichstromseite über die Hauptschaltungseinheit 11 fließt, indem der Wert der Eingangsspannung mit dem Wert des Eingangsstroms multipliziert wird, der von der Seite der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 in die Hauptschaltungseinheit 11 eingegeben wird. Der Wert der Eingangsspannung, die von der Seite der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 in die Hauptschaltungseinheit 11 eingegeben wird, wird von der Eingangsspannungserfassungseinheit 15 erfasst. Der Wert des Eingangsstroms, der von der Seite der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 in die Hauptschaltungseinheit 11 eingegeben wird, wird von der Eingangsstromerfassungseinheit 21 erfasst. Die Eingangsspannung und der Eingangsstrom werden beide als Vektoren erfasst, und der von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechnete Leistungswert P ist positiv, negativ oder Null.
Die Leistungsberechnungseinheit 12 berechnet in einer zweiten Anordnung den Leistungswert P, der zwischen der Seite der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 und der Gleichstromseite über die Hauptschaltungseinheit 11 fließt, indem sie den Wert der Spannung auf der Gleichstromausgangsseite der Hauptschaltungseinheit 11 mit dem Wert des von der Gleichstromausgangsseite der Hauptschaltungseinheit 11 ausgegebenen Stroms multipliziert. Der Wert der Spannung auf der Gleichstromausgangsseite der Hauptschaltungseinheit 11 wird von der Gleichspannungserfassungseinheit 16 erfasst. Mit anderen Worten erfasst die Gleichspannungserfassungseinheit 16 den Wert der Potentialdifferenz zwischen dem positiven Potential am positiven Anschluss auf der Gleichstromausgangsseite der Hauptschaltungseinheit 11 und dem negativen Potential am negativen Anschluss auf der Gleichstromausgangsseite der Hauptschaltungseinheit 11 als den Wert der Spannung auf der Gleichstromausgangsseite der Hauptschaltungseinheit 11. Alternativ kann die Gleichspannungserfassungseinheit 16 die zwischen dem positiven und dem negativen Anschluss angelegte Spannung des Kondensators 4 als den Wert der Spannung auf der Gleichstromausgangsseite der Hauptschaltungseinheit 11 erfassen. Der Wert des von der Gleichstromausgangsseite der Hauptschaltungseinheit 11 ausgegebenen Stroms wird von der Gleichstromerfassungseinheit 22 erfasst. Hier ist die Richtung eines Stromflusses vom positiven Anschluss in den negativen Anschluss der Gleichstromausgangsseite der Hauptschaltungseinheit 11 als die positive Richtung definiert. Durch Definieren der Positivität und Negativität von Gleichspannung und Gleichstrom auf diese Weise ist der von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechnete Wert der Leistung positiv, negativ oder Null.
Es ist zu beachten, dass die Leistungsberechnungseinheit 12 entweder in der ersten Anordnung oder in der zweiten Anordnung implementiert sein kann. Wenn die Leistungsberechnungseinheit 12 in der zweiten Anordnung implementiert ist, können Vorrichtungen, die für den Wechselrichter 5 vorgesehen sind, auch als die Gleichspannungserfassungseinheit 16 und die Gleichstromerfassungseinheit 22 verwendet werden.
Basierend auf dem von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechneten Leistungswert P bestimmt die Zustandsbestimmungseinheit 13, ob sich die Hauptschaltungseinheit 11 im Leistungsflusszustand, in dem sich Wechselstrom auf der Seite der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 in Gleichstrom umgewandelt und auf die Gleichstromseite ausgegeben wird, oder in dem Regenerationszustand befindet, in dem Gleichstrom auf der Gleichstromseite in Wechselstrom umgewandelt und auf die Seite der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 ausgegeben wird. Beispielsweise ist die Richtung eines Stromflusses von der Seite der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 zur Gleichstromseite über die Hauptschaltungseinheit 11 als die positive Richtung definiert und ist die Richtung eines Stromflusses von der Gleichstromseite zur Gleichstromseite der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 über die Hauptschaltungseinheit 11 als die negative Richtung definiert. Somit bestimmt die Zustandsbestimmungseinheit 13, dass sich die Hauptschaltungseinheit 11 im Leistungsflusszustand befindet, wenn der von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechnete Leistungswert P positiv ist, und bestimmt, dass sich die Hauptschaltungseinheit 11 im Regenerationszustand befindet, wenn der von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechnete Leistungswert P negativ ist.
Die Steuereinheit 14 steuert den Ein-Aus-Betrieb der Schaltvorrichtungen in der Hauptschaltungseinheit 11 gemäß dem Ergebnis der Bestimmung durch die Zustandsbestimmungseinheit 13. Insbesondere führt die Steuereinheit 14 eine Steuerung durch, um einen Ein-Aus-Betrieb der Schaltvorrichtungen in der Hauptschaltungseinheit 11 entweder, wenn die Zustandsbestimmungseinheit 13 bestimmt hat, dass sich die Hauptschaltungseinheit 11 im Regenerationszustand befindet, oder wenn die Zustandsbestimmungseinheit 13 bestimmt hat, dass sich die Hauptschaltungseinheit 11 im Leistungsflusszustand befindet, und der von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechnete Leistungswert P kleiner ist als ein erster Leistungsschwellenwert P_th1. Wenn ferner die Zustandsbestimmungseinheit 13 bestimmt hat, dass sich die Hauptschaltungseinheit 11 im Regenerationszustand befindet, bestimmt die Steuereinheit 14, ob der 120-Grad-Leitungsmodus beim Steuern der Schaltvorrichtungen der Hauptschaltungseinheit 11 gemäß angewendet werden soll oder nicht, ob der von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechnete Leistungswert P gleich oder kleiner als ein zweiter Leistungsschwellenwert P_th2 ist oder nicht. Die Details für den Betrieb der Steuereinheit 14 werden später beschrieben.
Die Phasenerfassungseinheit 23 erfasst die Phase der Spannung in jeder Phase der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2. Die Phase der Spannung, die von der Phasenerfassungseinheit 23 erfasst wird, wird an die Steuereinheit 14 gesendet und zur Steuerung der Schaltvorrichtungen der Hauptschaltungseinheit 11 verwendet.
Die Leistungsberechnungseinheit 12, die Zustandsbestimmungseinheit 13 und die Steuereinheit 14 können beispielsweise mit einem Softwareprogramm, einer Kombination verschiedener elektronischer Schaltungen und einem Softwareprogramm oder verschiedenen elektronischen Schaltungen allein eingerichtet sein. Wenn diese beispielsweise mit einem Softwareprogramm eingerichtet sind, können die Funktionen der oben beschriebenen Einheiten implementiert werden, indem beispielsweise eine arithmetische Verarbeitungseinheit wie DSP oder FPGA gemäß dem Softwareprogramm ausgeführt wird. Alternativ können die Leistungsberechnungseinheit 12, die Zustandsbestimmungseinheit 13 und die Steuereinheit 14 als eine integrierte Halbleiterschaltung implementiert sein, in die ein Softwareprogramm zum Implementieren der Funktionen dieser Einheiten geschrieben ist. Alternativ können die Leistungsberechnungseinheit 12, die Zustandsbestimmungseinheit 13 und die Steuereinheit 14 als ein Aufzeichnungsmedium implementiert sein, in das ein Softwareprogramm zum Implementieren der Funktionen dieser Einheiten geschrieben ist. Ferner können die Leistungsberechnungseinheit 12, die Zustandsbestimmungseinheit 13 und die Steuereinheit 14 beispielsweise in einer numerischen Steuervorrichtung einer Werkzeugmaschine oder in einer Robotersteuerung zum Steuern eines Roboters vorgesehen sein. Ferner können die Eingangsspannungserfassungseinheit 15, die Gleichspannungserfassungseinheit 16, die Eingangsstromerfassungseinheit 21, die Gleichstromerfassungseinheit 22 und die Phasenerfassungseinheit 23 durch eine Kombination einer analogen Schaltung und einer digitalen Schaltung eingerichtet sein, können durch eine arithmetische Verarbeitungseinheit implementiert werden, die aus einem Softwareprogramm besteht, oder können durch eine analoge Schaltung allein eingerichtet sein.
Mit Bezug auf 3A und 3B wird als nächstes das Prinzip der Leistungsregeneration im 120-Grad-Leitungsmodus beschrieben.
3A ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Betriebs eines Gleichrichters, der eine Stromregeneration in einem 120-Grad-Leitungsmodus durchführt, wobei ein Schaltbild eines Gleichrichters dargestellt ist, der eingerichtet ist, um eine dreiphasige Brückenschaltung von Leistungsvorrichtungen zu sein. 3B ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Betriebs eines Gleichrichters, der eine Leistungsregeneration in einem 120-Grad-Leitungsmodus durchführt, wobei Beziehungen zwischen den Wellenformen der Spannungen einer dreiphasigen Wechselstromversorgung und dem Ein-Aus-Betrieb von Schaltvorrichtungen in Leistungsvorrichtungen während der Leistungsregeneration dargestellt sind.
Wie in 3A dargestellt umfasst die Hauptschaltungseinheit 11 des Gleichrichters 1 drei Stränge, d. h. denjenigen für die R-Phase, die S-Phase und die T-Phase. Der Strang für jede Phase umfasst einen oberen Zweig und einen unteren Zweig. Der obere Zweig und der untere Zweig sind jeweils mit einer Leistungsvorrichtung versehen, die eine Gleichrichtervorrichtung und eine Schaltvorrichtung in umgekehrter Parallelschaltung mit der Gleichrichtungsvorrichtung umfasst. Hier werden die Zweige als oberer R-Phasen-Zweig, unterer R-Phasen-Zweig, oberer S-Phasen-Zweig, unterer S-Phasen-Zweig, oberer T-Phasen-Zweig und unterer T-Phasen-Zweig bezeichnet. Bei Durchführung der Leistungsregeneration im 120-Grad-Leitungsmodus erfasst der Gleichrichter 1 die Phasen der dreiphasigen Wechselstromversorgung und schaltet bei Änderungen der Phasenspannungen der dreiphasigen Wechselstromversorgung die Schaltvorrichtung am oberen Zweig für eine Phase ein, in der die Spannung die größte der Phasen der dreiphasigen Wechselstromversorgung ist, und schaltet die Schaltvorrichtung am unteren Zweig für eine Phase ein, in der die Spannung die kleinste der Phasen der dreiphasigen Wechselstromversorgung ist.
Wie in 3B dargestellt werden zum Beispiel in dem 60-Grad-Phasenabschnitt, in dem die R-Phasenspannung die größte und die T-Phasenspannung die kleinste der Phasenspannungen der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 ist, die Schaltvorrichtungen an dem oberen R-Phasen-Zweig und am unteren T-Phasen-Zweig eingeschaltet und werden die Schaltvorrichtungen an den anderen Zweigen ausgeschaltet. Infolgedessen wird ein Strompfad von der Gleichstromseite zur Seite der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 gebildet, wie durch den Pfeil in 3A angegeben, und wird ein Gleichstrom auf der Gleichstromseite in Wechselstrom umgewandelt und zur Stromversorgung zurückgeführt.
Ferner sind beispielsweise in dem 60-Grad-Phasenabschnitt, in dem die S-Phasenspannung die größte und die T-Phasenspannung die kleinste der Phasenspannungen der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 ist, die Schaltvorrichtungen an dem oberen S-Phasen-Zweig und dem unteren T-Phasen-Zweig eingeschaltet. In dem 60-Grad-Phasenabschnitt, in dem die S-Phasenspannung die größte und die R-Phasenspannung die kleinste der Phasenspannungen der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 ist, sind die Schaltvorrichtungen am oberen S-Phasen-Zweig und unteren R-Phasen-Zweig eingeschaltet. In dem 60-Grad-Phasenabschnitt, in dem die T-Phasenspannung die größte und die R-Phasenspannung die kleinste der Phasenspannungen der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 ist, sind die Schaltvorrichtungen am oberen T-Phasen-Zweig und unteren R-Phasen-Zweig eingeschaltet. In dem 60-Grad-Phasenabschnitt, in dem die T-Phasenspannung die größte und die S-Phasenspannung die kleinste der Phasenspannungen der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 ist, sind die Schaltvorrichtungen am oberen T-Phasen-Zweig und unteren S-Phasen-Zweig eingeschaltet. In dem 60-Grad-Phasenabschnitt, in dem die R-Phasenspannung die größte und die S-Phasenspannung die kleinste der Phasenspannungen der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 ist, sind die Schaltvorrichtungen am oberen R-Phasen-Zweig und unteren S-Phasen-Zweig eingeschaltet.
Wie oben beschrieben, befindet sich bei der Stromregeneration im 120-Grad-Leitungsmodus jede Schaltvorrichtung für einen 120-Grad-Phasenabschnitt pro Zyklus der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 im Ein-Zustand.
Als nächstes wird ein Betrieb des Gleichrichters 1 beschrieben.
4A ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Betriebs eines Gleichrichters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wobei eine Resonanz dargestellt ist, bei der der Regenerationszustand und der Leistungsflusszustand häufig und wiederholt umgeschaltet werden, wenn die Regenerationsleistung klein ist. 4B ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Betriebs eines Gleichrichters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wobei ein erstes Beispiel zum Ändern der Länge der Ein-Periode pro Zyklus der Schaltvorrichtungen in dem Gleichrichter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt ist. 4C ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Betriebs eines Gleichrichters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wobei ein zweites Beispiel zum Ändern der Länge der Ein-Periode pro Zyklus der Schaltvorrichtungen in dem Gleichrichter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt ist.
Wie in 4A stoppt ein herkömmlicher Gleichrichter im 120-Grad-Leitungsmodus den Ein-Aus-Betrieb der Schaltvorrichtungen im Gleichrichter im Betriebszustand und wandelt durch den Gleichrichterbetrieb der Dioden einen Wechselstrom auf der dreiphasigen Wechselstromversorgungsseite in Gleichstrom um und gibt den Gleichstrom an die Gleichstromseite aus. Im Regenerationszustand wandelt ein solcher Gleichrichter Gleichstrom auf der Gleichstromseite in Wechselstrom um und gibt den Wechselstrom an die dreiphasige Wechselstromversorgungsseite aus, indem die Schaltvorrichtungen im Gleichrichter im 120-Grad-Leitungsmodus im Ein-Aus-Betrieb betrieben werden. Mit anderen Worten stoppt ein herkömmlicher Gleichrichter im 120-Grad-Leitungsmodus den Ein-Aus-Betrieb der Schaltvorrichtungen im Gleichrichter im Betriebszustand vollständig, während die Schaltvorrichtungen im Gleichrichter im 120-Grad-Leitungsmodus im Regenerationszustand im Ein-Aus-Betrieb betrieben werden. Ein herkömmlicher 120-Grad-Gleichrichter im Leitungsmodus versetzt jedes Schaltvorrichtung für einen 120-Grad-Abschnitt pro Zyklus der dreiphasigen Wechselstromversorgung jederzeit in den Ein-Zustand, unabhängig von der Größe der von der Gleichstromseite an die dreiphasige Wechselstromversorgungsseite zurückgegebenen regenerativen Leistung während der Regeneration. In einem Bereich, in dem die Regenerationsleistung klein ist, tritt eine übermäßige Regeneration auf, in der die Gleichspannung der Gleichstromseite des Gleichrichters unmittelbar nach einem Umschalten in den Regenerationszustand stark abnimmt. Wenn eine übermäßige Regeneration auftritt, stoppt der Regenerationsvorgang und schaltet zurück in den Leistungsflusszustand, wodurch die Gleichspannung erhöht wird, was wiederum einen Regenerationsvorgang startet, und somit tritt eine Resonanz auf, in der der Regenerationszustand und der Leistungsflusszustand häufig und wiederholt umgeschaltet werden. Ein Auftreten von Resonanz mit häufigen Übergängen zwischen dem Regenerationszustand und dem Leistungsflusszustand kann zu einer abnormalen Erwärmung des Kondensators und anderer Komponenten auf der Gleichstromseite des Gleichrichters führen. Ferner stoppt ein herkömmlicher Gleichrichter im 120-Grad-Leitungsmodus beim Einschalten vom Regenerationszustand in den Leistungsflusszustand den Ein-Aus-Betrieb der Schaltvorrichtungen vollständig, und dies verursacht einen Einschaltstrom. Ein Auftreten eines Einschaltstroms kann Schäden an Bauteilen im Gleichrichter, dem auf der Gleichstromseite des Gleichrichters vorgesehenen Kondensator und dergleichen verursachen.
Im Gegensatz dazu führt in dem Gleichrichter 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die Steuereinheit 14 eine Steuerung durch, um einen Ein-Aus-Betrieb der Schaltvorrichtungen auszuführen, wenn die Zustandsbestimmungseinheit 13 bestimmt hat, dass die Hauptschaltungseinheit 11 im Leistungsflusszustand ist und der von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechnete Leistungswert P kleiner als der erste Leistungsschwellenwert P_th1 ist. Die Länge Φ der Ein-Periode pro Zyklus des Ein-Aus-Betriebs, der an den Schaltvorrichtungen ausgeführt wird, wenn sich die Hauptschaltungseinheit 11 im Leistungsflusszustand befindet, wird auf einen Wert eingestellt, der kleiner als die Länge der Ein-Periode pro Zyklus in dem 120-Grad-Leitungsmodus ist (d. h. 120 Grad). In den in 4B und 4C gezeigten Beispielen ist die Länge Φ der Ein-Periode pro Zyklus, wenn sich die Hauptschaltungseinheit 11 im Leistungsflusszustand befindet und der von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechnete Leistungswert P kleiner als der erste Leistungsschwellenwert P_th1 ist, auf einen konstanten Wert eingestellt. In einem alternativen Beispiel kann die Länge Φ der Ein-Periode pro Zyklus basierend auf einer abnehmenden Funktion eingestellt werden, die einen kleineren Wert als die Länge Φ der Ein-Periode pro Zyklus für einen größeren Leistungswert P ergibt, der von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechnet wird (P ist ein positiver Wert, da sich die Hauptschaltungseinheit 11 im Leistungsflusszustand befindet). Wenn in diesem alternativen Beispiel der von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechnete Leistungswert P 0 (Null) ist, ist die Länge Φ der Ein-Periode pro Zyklus Φ_min, und wenn der von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechnete Leistungswert P mit dem ersten Leistungsschwellenwert P_th1 übereinstimmt, ist die Länge Φ der Ein-Periode pro Zyklus 0 (Null). Als ein weiteres alternatives Beispiel kann die Länge Φ der Ein-Periode pro Zyklus in einer wiederbeschreibbaren Speichereinheit (nicht dargestellt) gespeichert werden, um von einem externen Gerät wiederbeschreibbar zu sein. In diesem alternativen Beispiel kann die Länge Φ der Ein-Periode pro Zyklus online und in Echtzeit geändert werden, beispielsweise während eines Betriebs des Gleichrichters 1 und der Motorsteuervorrichtung 100.
Es ist zu beachten, dass der erste Leistungsschwellenwert P_th1 in Übereinstimmung mit der Anwendungsumgebung des Gleichrichters 1 angemessen eingestellt werden kann und beispielsweise auf etwa einige Prozent bis zehn und mehrere Prozent des Nennleistungswerts (positiver Wert) des Gleichrichters 1 eingestellt werden kann, jedoch auch andere Werte verwendet werden können. Ferner kann der erste Leistungsschwellenwert P_th1 in einer wiederbeschreibbaren Speichereinheit (nicht dargestellt) gespeichert werden, um von einem externen Gerät wiederbeschreibbar zu sein, so dass selbst nach dem Einstellen auf einen bestimmten Wert der erste Leistungsschwellenwert P_th1 nach Bedarf auf einen angemessenen Wert zurückgesetzt werden kann. Somit begrenzt der Gleichrichter 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung das Auftreten eines Einschaltstroms selbst in dem Bereich, in dem der Betriebsstrom unmittelbar nach dem Umschalten vom Regenerationszustand in den Leistungsflusszustand klein ist, in dem die Schaltvorrichtungen durch Ein-Aus-Betrieb betrieben werden und dadurch ein Strompfad von der Gleichstromseite zur Seite der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 gesichert wird.
Ferner führt in dem Gleichrichter 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die Steuereinheit 14 eine Steuerung durch, um einen Ein-Aus-Betrieb der Schaltvorrichtungen auszuführen, wenn die Zustandsbestimmungseinheit 13 bestimmt hat, dass sich die Hauptschaltungseinheit 11 im Regenerationszustand befindet. Die Länge Φ der Ein-Periode pro Zyklus des Ein-Aus-Betriebs, der an den Schaltvorrichtungen ausgeführt wird, wenn sich die Hauptschaltungseinheit 11 im Regenerationszustand befindet, wird gemäß dem von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechneten Leistungswert P geändert. Dies wird weiter ausführlicher im Folgenden beschrieben.
In einem Fall, in dem sich die Hauptschaltungseinheit 11 im Regenerationszustand befindet, stellt, wenn der von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechnete Leistungswert P größer als der zweite Leistungsschwellenwert P_th2 ist, stellt die Steuereinheit 14 die Länge der Ein-Periode pro Zyklus des Ein-Aus-Betriebs ein, der an den Schaltvorrichtungen ausgeführt wird, auf einen Wert kleiner als 120 Grad ein, d. h. die Länge der Ein-Periode pro Zyklus im 120-Grad-Leitungsmodus, und führt eine Steuerung durch, um einen Ein-Aus-Betrieb der Schaltvorrichtungen mit diesem Wert auszuführen. In diesem Fall wird, je kleiner der Absolutwert |P| des von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechneten Leistungswerts P ist, der Wert der Länge Φ der Ein-Periode pro p des an den Schaltvorrichtungen ausgeführten Ein-Aus-Betriebs umso kleiner eingestellt. In einem Fall, in dem sich die Hauptschaltungseinheit 11 im Regenerationszustand befindet, führt die Steuereinheit 14, wenn der von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechnete Leistungswert P gleich oder kleiner als der zweite Leistungsschwellenwert P_th2 ist, eine Steuerung durch, um einen Ein-Aus-Betrieb der Schaltvorrichtungen im 120-Grad-Leitungsmodus auszuführen. Es ist zu beachten, dass der zweite Leistungsschwellenwert P_th2 in Übereinstimmung mit der Anwendungsumgebung des Gleichrichters 1 geeignet eingestellt werden kann und beispielsweise auf etwa einige Prozent bis zehn und mehrere Prozent des erhaltenen Wertes durch Addition des Minuszeichens (-) zum Nennausgangsleistungswert (positiver Wert) des Gleichrichters 1 eingestellt werden kann, aber andere Werte können ebenfalls verwendet werden. Ferner kann der zweite Leistungsschwellenwert P_th2 in einer wiederbeschreibbaren Speichereinheit (nicht dargestellt) gespeichert werden, um von einem externen Gerät wiederbeschreibbar zu sein, so dass selbst nach dem Einstellen auf einen bestimmten Wert der zweite Leistungsschwellenwert P_th2 nach Bedarf auf einen angemessenen Wert zurückgesetzt werden kann.
Wenn sich die Hauptschaltungseinheit 11 im Regenerationszustand befindet und der von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechnete Leistungswert P größer als der zweite Leistungsschwellenwert P_th2 ist, ist die Länge Φ der Ein-Periode pro Zyklus des Ein-Aus-Betriebs, der an den Schaltvorrichtungen ausgeführt wird, auf einen Wert eingestellt, der kleiner als 120 Grad ist, d. h. die Länge der Ein-Periode pro Zyklus im 120-Grad-Leitungsmodus, und wird die Länge Φ der Ein-Periode auf einen kleineren Wert eingestellt, je nachdem, ob der Absolutwert |P| des von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechneten Leistungswerts P kleiner ist. Mit anderen Worten ist in diesem Fall die Länge Φ der Ein-Periode pro Zyklus des an den Schaltvorrichtungen ausgeführten Ein-Aus-Betriebs durch eine Funktion f(P) ausgedrückt, wobei der von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechnete Leistungswert P die Variable ist. Die Funktion f(P), die die Länge Φ der Ein-Periode ausdrückt, wenn sich die Hauptschaltungseinheit 11 im Regenerationszustand befindet und der von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechnete Leistungswert P größer als der zweite Leistungsschwellenwert P_th2 ist, muss nur eine abnehmende Funktion sein.
Wie in 4B dargestellt wird zum Beispiel die Länge Φ der Ein-Periode pro Zyklus des Ein-Aus-Betriebs, der an den Schaltvorrichtungen ausgeführt wird, gemäß einer linearen Funktion f(P) ersten Grades eingestellt, die einen Wert von 120 Grad ergibt, wenn der Leistungswert P, der von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechnet wird ist, P_th2 (ein negativer Wert) ist, und einen Wert von Φ_min ergibt (wobei 0 < Φ_min < 120 Grad), wenn der von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechnete Leistungswert P 0 (Null) ist. Als eine beispielhafte Alternative dazu kann die Funktion f(P) die Länge Φ der Ein-Periode pro Zyklus eine abnehmende Funktion eines höheren Grades, eine hyperbolische Funktion oder dergleichen anstelle der in 1 dargestellten linearen Funktion ersten Grades sein, aber eine solche Funktion liefert vorzugsweise monoton abnehmende Werte in dem Abschnitt, in dem der von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechnete Leistungswert P von P_th2 (ein negativer Wert) bis 0 (Null) reicht.
Alternativ kann die Länge Φ der Ein-Periode pro Zyklus des Ein-Aus-Betriebs, der an den Schaltvorrichtungen ausgeführt wird, wie in 4C zum Beispiel gemäß einer Schrittfunktion f(P) eingestellt werden, die schrittweise einen kleineren Wert für die Länge Φ der Ein-Periode ergibt, je nachdem, ob der absolute Wert |P| des von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechneten Stromwerts P kleiner ist. In diesem Fall ist auf der Regenerationszustandsseite eine Mehrzahl von Stromschwellenwerten vorgesehen und die Länge Φ der Ein-Periode pro Zyklus wird basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs des von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechneten Leistungswerts P mit den Leistungsschwellenwerten bestimmt. In dem in 4C gezeigten Beispiel sind beispielsweise drei Leistungsschwellenwerte Pth2a, Pth2b und P_th2c und die Länge Φ der Ein-Periode durch eine Schrittfunktion f(P) gegeben, so dass Φ 120 Grad beträgt, wenn der von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechnete Leistungswert P P_th2c (ein negativer Wert) ist, und dass Φ Φ_min ist (wobei 0 < Φ_min < 120 Grad), wenn der von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechnete Leistungswert P von P_th2a bis 0 (Null) reicht.
Alternativ kann die Länge Φ der Ein-Periode pro Zyklus des Ein-Aus-Betriebs, der an den Schaltvorrichtungen ausgeführt wird, beispielsweise gemäß einer Funktion f(P) eingestellt werden, die eine Hysterese in den zunehmenden und abnehmenden Verläufen des Regenerationsstroms aufweist.
5A ist ein Diagramm, das Beziehungen zwischen den Wellenformen der Spannungen einer dreiphasigen Wechselstromversorgung und dem Ein-Aus-Betrieb von Schaltvorrichtungen in Leistungsvorrichtungen in einem Gleichrichter 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt, wobei Beziehungen zwischen den Wellenformen der Spannungen der dreiphasigen Wechselstromversorgung und des Ein-Aus-Betriebs der Schaltvorrichtungen in einem Bereich mit einer großen regenerativen Leistung dargestellt sind. 5B ist ein Diagramm, das Beziehungen zwischen den Wellenformen der Spannungen einer dreiphasigen Wechselstromversorgung und dem Ein-Aus-Betrieb von Schaltvorrichtungen in Leistungsvorrichtungen in einem Gleichrichter 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt, wobei Beziehungen zwischen den Wellenformen der Spannungen der dreiphasigen Wechselstromversorgung und des Ein-Aus-Betriebs der Schaltvorrichtungen in einem Bereich mit einer kleinen regenerativen Leistung dargestellt sind. In dem Gleichrichter 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung führt die Steuereinheit 14, wie in 5A dargestellt, eine Steuerung durch, um einen Ein-Aus-Betrieb der Schaltvorrichtungen im 120-Grad-Leitungsmodus in dem Bereich mit einer großen Regenerationsleistung auszuführen, in dem der von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechnete Leistungswert P gleich oder kleiner als der zweite Leistungsschwellenwert P_th2 ist. Ferner führt in dem Gleichrichter 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die Steuereinheit 14, wie in 5B dargestellt, eine Steuerung durch, um den Ein-Aus-Betrieb der Schaltvorrichtungen mit einer Ein-Periode Φ = f(P) auszuführen, die kleiner als 120 Grad ist, d. h. die Länge der Ein-Periode pro Zyklus im 120-Grad-Leitungsmodus in dem Bereich mit einer kleinen Regenerationsleistung, in dem der Leistungswert P von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechnet wird, ist größer als der zweite Leistungsschwellenwert P_th2. Die schattierten Bereiche in 5B geben die Perioden an, in denen keine Schaltvorrichtungen, die am oberen Zweig oder am unteren Zweig für eine Phase der drei Phasen vorgesehen sind, in einem Spannungszyklus der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 eingeschaltet sind. Wie in 5B dargestellt gibt es in dem Bereich mit einer kleinen regenerativen Leistung immer Perioden, in denen keine Schaltvorrichtung, die am oberen Zweig oder am unteren Zweig für irgendeine Phase der drei Phasen vorgesehen ist, in einem Spannungszyklus der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 eingeschaltet ist, und die Stromübertragung von der Gleichstromseite zur Seite der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 ist in den Perioden abgeschaltet, in denen keine Schaltvorrichtung eingeschaltet ist. Dies verhindert eine Resonanz, bei der der Regenerationszustand und der Leistungsflusszustand häufig und wiederholt umgeschaltet werden, was auftritt, wenn die Regenerationsleistung klein ist. Ferner wird ein Einschaltstrom, der beim Umschalten vom Regenerationszustand in den Leistungsflusszustand auftreten kann, noch zuverlässiger eingeschränkt, indem die Länge Φ_min der Ein-Periode für den Fall eingestellt wird, in dem der Leistungswert P von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechnet wird, 0 (Null) ist bei einem Wert gleich der Länge Φ der Ein-Periode, die für den Fall eingestellt wurde, in dem festgestellt wurde, dass sich die Hauptschaltungseinheit 11 im Leistungsflusszustand befindet und der von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechnete Leistungswert P kleiner als der erste Leistungsschwellenwert Pthi ist.
6 ist ein Flussdiagramm, das einen Betriebsfluss eines Gleichrichters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
In Schritt S101 berechnet die Leistungsberechnungseinheit 12 den Wert P der Leistung, die zwischen der Seite der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 und der Gleichstromseite über die Hauptschaltungseinheit 11 fließt.
In Schritt S102 bestimmt die Zustandsbestimmungseinheit 13 basierend auf dem Leistungswert P, der von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechnet wird, ob sich die Hauptschaltungseinheit 11 im Leistungsflusszustand befindet, um Wechselstrom auf der Seite der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 in Gleichstrom umzuwandeln und den Gleichstrom an die Gleichstromseite auszugeben, oder im Regenerationszustand Gleichstrom auf der Gleichstromseite in Wechselstrom umzuwandeln und den Wechselstrom an die Seite der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 auszugeben. Wenn festgestellt wurde, dass sich die Hauptschaltungseinheit 11 im Leistungsflusszustand befindet, fährt der Prozess mit Schritt S103 fort, und wenn festgestellt wurde, dass sich die Hauptschaltungseinheit 11 im Regenerationszustand befindet, fährt der Prozess mit Schritt S104 fort.
In Schritt S103 bestimmt die Steuereinheit 14, ob der von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechnete Leistungswert P kleiner als der erste Leistungsschwellenwert P_th1 ist oder nicht. Wenn bestimmt wurde, dass der von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechnete Leistungswert P kleiner als der erste Leistungsschwellenwert P_th1 ist, fährt der Prozess mit Schritt S107 fort, und wenn bestimmt wurde, dass der von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechnete Leistungswert P gleich oder größer als der erste Leistungsschwellenwert P_th1 ist, fährt der Prozess mit Schritt S108 fort.
In Schritt S107 führt die Steuereinheit 14 eine Steuerung durch, um einen Ein-Aus-Betrieb der Schaltvorrichtungen auszuführen. Hier ist die Länge Φ der Ein-Periode pro Zyklus des an den Schaltvorrichtungen ausgeführten Ein-Aus-Betriebs auf einen Wert Φ_min eingestellt, der kleiner als die Länge der Ein-Periode pro Zyklus im 120-Grad-Leitungsmodus (d. h. 120 Grad) ist. Dies verhindert das Auftreten eines Einschaltstroms auch in dem Bereich, in dem die Betriebsleistung unmittelbar nach dem Umschalten vom Regenerationszustand in den Leistungsflusszustand klein ist.
In Schritt S108 führt die Steuereinheit 14 eine Steuerung durch, um die Ausführung des Ein-Aus-Betriebs der Schaltvorrichtungen anzuhalten. Somit bleibt nur der Gleichrichterbetrieb der Gleichrichtervorrichtung übrig, und Wechselstrom auf der Seite der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 wird in Gleichstrom umgewandelt und auf der Gleichstromseite ausgegeben.
Wenn in Schritt S102 bestimmt wurde, dass sich die Hauptschaltungseinheit 11 im Regenerationszustand befindet, bestimmt die Steuereinheit 14, ob der von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechnete Leistungswert P in Schritt S104 gleich oder kleiner als der zweite Leistungsschwellenwert P_th2 ist oder nicht. Wenn bestimmt wurde, dass der von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechnete Leistungswert P gleich oder kleiner als der zweite Leistungsschwellenwert P_th2 ist, fährt der Prozess mit Schritt S105 fort, und, wenn bestimmt wurde, dass der von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechnete Leistungswert P größer als der zweite Leistungsschwellenwert P_th2 ist, fährt der Prozess mit Schritt S106 fort.
In Schritt S105 führt die Steuereinheit 14 eine Steuerung durch, um den Ein-Aus-Betrieb der Schaltvorrichtungen im 120-Grad-Leitungsmodus auszuführen. Gleichstrom auf der Gleichstromseite wird dabei in Wechselstrom umgewandelt und an die Seite der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 ausgegeben.
In Schritt S106 stellt die Steuereinheit 14 die Länge Φ der Ein-Periode pro Zyklus des Ein-Aus-Betriebs, der an den Schaltvorrichtungen ausgeführt wird, auf einen Wert kleiner als 120 Grad ein, d. h. der Länge der Ein-Periode pro Zyklus im 120-Grad-Leitungsmodus, und führt eine Steuerung durch, um einen Ein-Aus-Betrieb der Schaltvorrichtungen mit diesem Wert auszuführen. In diesem Fall wird, je kleiner der Absolutwert |P| des von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechneten Leistungswerts P ist, die Länge Φ der Ein-Periode pro Zyklus des Ein-Aus-Betriebs, der an den Schaltvorrichtungen ausgeführt wird, umso kleiner eingestellt. Dies verhindert eine Resonanz, bei der der Regenerationszustand und der Leistungsflusszustand häufig und wiederholt umgeschaltet werden, selbst wenn die Regenerationsleistung klein ist, und Gleichstrom auf der Gleichstromseite wird in Wechselstrom umgewandelt und auf die Seite der drei-phasigen Wechselstromversorgung 2 ausgegeben.
Wenn die Schritte S105 bis S108 ausgeführt werden, werden die Stromberechnungsverarbeitung in S101 und die Bestimmungsverarbeitung in den Schritten S102 bis S104 in einem bestimmten Zyklus ausgeführt. In 6 ist es jedoch der Einfachheit halber so dargestellt, als ob der Prozess zu S101 zurückgekehrt wäre, nachdem die Schritte S105 bis S108 ausgeführt worden waren.
Als nächstes werden einige Abwandlungsbeispiele der Technik zum Bestimmen beschrieben, ob der 120-Grad-Leitungsmodus zum Steuern der Schaltvorrichtungen der Hauptschaltungseinheit 11 angewendet werden soll oder nicht, wenn sich die Hauptschaltungseinheit 11 im Regenerationszustand befindet.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird basierend auf einem Vergleich des Leistungswerts P, der von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechnet wird, mit dem zweiten Stromschwellenwert P_th2 bestimmt, ob der 120-Grad-Leitungsmodus zum Steuern der Schaltvorrichtungen der Hauptschaltungseinheit 11 angewendet werden soll oder nicht, wenn sich die Hauptschaltungseinheit 11 im Regenerationszustand befindet. In einem ersten Abwandlungsbeispiel bestimmt die Steuereinheit 14 anstelle des Vergleichs des von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechneten Leistungswerts P mit dem zweiten Stromschwellenwert P_th2, ob der 120-Grad-Leitungsmodus zum Steuern der Schaltvorrichtungen der Hauptschaltungseinheit 11 angewendet werden soll oder nicht, wenn sich die Hauptschaltungseinheit 11 im Regenerationszustand befindet, basierend auf dem Spitzenwert der Eingangsspannung, die von der Seite der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 in die Hauptschaltungseinheit 11 eingegeben wird, und des Gleichspannungswerts auf der Gleichstromseite der Hauptschaltungseinheit 11.
7 ist ein Flussdiagramm, das einen Betriebsfluss eines Gleichrichters gemäß einem ersten Abwandlungsbeispiel einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
Die Verarbeitung in den Schritten S101 bis S103 und S105 bis S108, die in 7 dargestellt sind, ist die gleiche wie die Verarbeitung in den Schritten S101 bis S103 und S105 bis S108, die in 6 dargestellt sind. Wenn jedoch in Schritt S102 bestimmt wurde, dass sich die Hauptschaltungseinheit 11 im Regenerationszustand befindet, fährt der Prozess mit Schritt S109 fort.
In Schritt S109 bestimmt die Steuereinheit 14, ob die Differenz zwischen dem Gleichspannungswert auf der Gleichstromseite der Hauptschaltungseinheit 11 und dem Spitzenwert der Eingangsspannung größer als ein Spannungsschwellenwert Vth ist oder nicht. Der Gleichspannungswert auf der Gleichstromseite der Hauptschaltungseinheit 11 wird von der Gleichspannungserfassungseinheit 16 erfasst und der Spitzenwert der Eingangsspannung, die von der Seite der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 in die Hauptschaltungseinheit 11 eingegeben wird, wird von der Eingangsspannungserfassungseinheit 15 erfasst. Es ist zu beachten, dass in 1 die Pfeile von der Eingangsspannungserfassungseinheit 15 und der Gleichspannungserfassungseinheit 16 zur Steuereinheit 14 weggelassen werden. Der Spannungsschwellenwert Vth kann in geeigneter Weise gemäß der Anwendungsumgebung des Gleichrichters 1 eingestellt werden und kann beispielsweise auf etwa zehn und mehrere Prozent bis mehrere zehn Prozent des Nennausgangsspannungswerts des Gleichrichters 1 eingestellt werden, aber es können auch andere Werte verwendet werden. Es ist zu beachten, dass der Spannungsschwellenwert Vth in einer wiederbeschreibbaren Speichereinheit (nicht dargestellt) gespeichert werden kann, um von einem externen Gerät wiederbeschreibbar zu sein, so dass der Spannungsschwellenwert V_th selbst nach dem Einstellen auf einen bestimmten Wert nach Bedarf auf einen geeigneten Wert zurückgesetzt werden kann. Wenn die Differenz zwischen dem Gleichspannungswert auf der Gleichstromseite der Hauptschaltungseinheit 11 und dem Spitzenwert der Eingangsspannung in Schritt S109 als größer als der Spannungsschwellenwert Vth bestimmt wurde, fährt der Prozess mit Schritt S105 fort, und, wenn festgestellt wurde, dass die Differenz zwischen dem Gleichspannungswert auf der Gleichstromseite der Hauptschaltungseinheit 11 und dem Spitzenwert der Eingangsspannung gleich oder kleiner als der Spannungsschwellenwert Vth ist, fährt der Prozess mit Schritt S106 fort.
In Schritt S105 führt die Steuereinheit 14 eine Steuerung durch, um einen Ein-Aus-Betrieb der Schaltvorrichtungen in dem 120-Grad-Leitungsmodus auszuführen. Gleichstrom auf der Gleichstromseite wird dabei in Wechselstrom umgewandelt und an die Seite der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 ausgegeben.
In Schritt S106 stellt die Steuereinheit 14 die Länge Φ der Ein-Periode pro Zyklus des Ein-Aus-Betriebs, der an den Schaltvorrichtungen ausgeführt wird, auf einen Wert kleiner als 120 Grad ein, d. h. die Länge der Ein-Periode pro Zyklus im 120-Grad-Leitungsmodus, und führt eine Steuerung durch, um einen Ein-Aus-Betrieb der Schaltvorrichtungen mit diesem Wert auszuführen. In diesem Fall wird, je kleiner der Absolutwert |P| des von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechneten Leistungswerts P ist, die Länge Φ der Ein-Periode pro Zyklus des Ein-Aus-Betriebs, der an den Schaltvorrichtungen ausgeführt wird, auf einen kleineren Wert eingestellt.
In einem zweiten Abwandlungsbeispiel des Gleichrichters 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bestimmt die Steuereinheit 14 anstelle des Vergleichs des von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechneten Leistungswerts P mit dem zweiten Stromschwellenwert P_th2, ob der 120-Grad-Leitungsmodus zum Steuern der Schaltvorrichtungen der Hauptschaltungseinheit 11 angewendet werden soll oder nicht, basierend auf einem Vergleich der Anzahl der Schaltvorgänge, mit der der Regenerationszustand und der Leistungsflusszustand in einem vordefinierten Zeitraum seitdem umgeschaltet wurden, seit die Zustandsbestimmungseinheit 13 bestimmt hat, dass sich die Hauptschaltungseinheit 11 im Regenerationszustand mit einem Anzahlschwellenwert Ct_h befand.
8 ist ein Diagramm, das einen Gleichrichter und eine Motorsteuervorrichtung gemäß einem zweiten Abwandlungsbeispiel einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
Wie in 8 umfasst der Gleichrichter 1 gemäß einem zweiten Abwandlungsbeispiel einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zusätzlich zu den in 1 dargestellten Komponenten des Gleichrichters 1 eine Schaltanzahlbestimmungseinheit 17.
Basierend auf dem Ergebnis der Bestimmung durch die Zustandsbestimmungseinheit 13 bestimmt die Schaltanzahlbestimmungseinheit 17, ob die Anzahl der Schaltvorgänge, mit welcher der Regenerationszustand und der Leistungsflusszustand in einer vordefinierten Zeitperiode umgeschaltet wurden oder nicht, seitdem die Zustandsbestimmungseinheit 13 bestimmt hat, dass sich die Hauptschaltungseinheit 11 im Regenerationszustand befand, gleich oder größer als der Anzahlschwellenwert C_th ist. Das Ergebnis der Bestimmung durch die Schaltanzahlbestimmungseinheit 17 wird der Steuereinheit 14 mitgeteilt. Die „vordefinierte Zeitperiode“ kann in Übereinstimmung mit der Anwendungsumgebung des Gleichrichters 1 in angemessener Weise eingestellt werden und kann beispielsweise auf etwa einige Sekunden eingestellt werden, aber es können auch andere Werte verwendet werden. Es ist zu beachten, dass der Anzahlschwellenwert C_th und die „vordefinierte Zeitperiode“ in einer wiederbeschreibbaren Speichereinheit (nicht dargestellt) gespeichert werden können, um von einem externen Gerät wiederbeschreibbar zu sein, so dass selbst nach dem Einstellen auf bestimmte Werte der Anzahlschwellenwert C_th und der „vordefinierte Zeitraum“ bei Bedarf auf geeignete Werte zurückgesetzt werden kann.
Die Steuereinheit 14 stellt die Länge der Ein-Periode pro Zyklus des Ein-Aus-Betriebs, der an den Schaltvorrichtungen ausgeführt wird, auf einen Wert ein, der kleiner als die Länge der Ein-Periode pro Zyklus im 120-Grad-Leitungsmodus ist, wenn die Schaltanzahlbestimmungseinheit 17 bestimmt hat, dass die Anzahl der Schaltvorgänge des Regenerationszustands und des Leistungsflusszustands in der vordefinierten Zeitperiode gleich oder größer als der Anzahlschwellenwert C_th ist, und führt eine Steuerung durch, um den Ein-Aus-Betrieb der Schaltvorrichtungen auszuführen, die diesen Wert verwenden. In diesem Fall kann, je kleiner der Absolutwert |P| des von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechneten Leistungswerts P ist, der Wert auf die Länge Φ der Ein-Periode pro Zyklus des Ein-Aus-Betriebs, der an den Schaltvorrichtungen ausgeführt wird, eingestellt werden.
Die Steuereinheit 14 führt eine Steuerung durch, um den Ein-Aus-Betrieb der Schaltvorrichtungen im 120-Grad-Leitungsmodus auszuführen, wenn die Schaltanzahlbestimmungseinheit 17 nicht bestimmt hat, dass die Anzahl der Schaltvorgänge, mit welcher der Regenerationszustand und der Leistungsflusszustand in der vordefinierten Zeitperiode umgeschaltet wurden, gleich oder größer als der Anzahlschwellenwert C_th ist. Es ist zu beachten, dass der Anzahlschwellenwert C_th in Übereinstimmung mit der Anwendungsumgebung des Gleichrichters 1 in geeigneter Weise eingestellt werden kann und zum Beispiel ungefähr mehrmals eingestellt werden kann, aber auch andere Werte verwendet werden können. Ein kleinerer Anzahlschwellenwert C_th verhindert wirksamer, dass eine abnormale Erwärmung des Kondensators durch Resonanz verursacht wird, bei der der Regenerationszustand und der Leistungsflusszustand häufig und wiederholt umgeschaltet werden.
In dem zweiten Abwandlungsbeispiel sind die Schaltungskomponenten die gleichen wie die in 1 dargestellten Schaltungskomponenten 1 mit Ausnahme der Schaltanzahlbestimmungseinheit 17 und der Steuereinheit 14, und daher werden identische Schaltungskomponenten durch identische Referenzzeichen bezeichnet und werden nicht im Detail beschrieben.
Die Schaltanzahlbestimmungseinheit 17 kann beispielsweise mit einem Softwareprogramm, einer Kombination verschiedener elektronischer Schaltungen und einem Softwareprogramm oder verschiedenen elektronischen Schaltungen allein eingerichtet sein. Wenn die Einheit beispielsweise mit einem Softwareprogramm eingerichtet ist, kann die Funktion der Einheit implementiert werden, indem beispielsweise eine arithmetische Verarbeitungseinheit wie DSP oder FPGA gemäß dem Softwareprogramm ausgeführt wird. Alternativ kann die Schaltanzahlbestimmungseinheit 17 als eine integrierte Halbleiterschaltung implementiert sein, in die ein Softwareprogramm zum Implementieren der Funktion der Einheit geschrieben ist. Alternativ kann die Schaltanzahlbestimmungseinheit 17 ebenfalls als ein Aufzeichnungsmedium implementiert sein, in das ein Softwareprogramm zum Implementieren der Funktion der Einheit geschrieben ist. Ferner kann die Schaltanzahlbestimmungseinheit 17 beispielsweise in einer numerischen Steuervorrichtung einer Werkzeugmaschine oder in einer Robotersteuerung zum Steuern eines Roboters vorgesehen sein.
9 ist ein Flussdiagramm, das einen Betriebsfluss eines Gleichrichters gemäß einem zweiten Abwandlungsbeispiel einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
Die Verarbeitung in den Schritten S101 bis S103 und S105 bis S108, die in 9 dargestellt sind, ist die gleiche wie die Verarbeitung in den Schritten S101 bis S103 und S105 bis S108, die in 6 dargestellt sind. Wenn jedoch in Schritt S102 festgestellt wurde, dass sich die Hauptschaltungseinheit 11 im Regenerationszustand befindet, fährt der Prozess mit Schritt S110 fort.
Basierend auf dem Ergebnis der Bestimmung durch die Zustandsbestimmungseinheit 13 bestimmt die Schaltanzahlbestimmungseinheit 17 in Schritt S110, ob die Anzahl der Umschaltungen, mit der der Regenerationszustand und der Leistungsflusszustand seitdem in einer vordefinierten Zeitperiode umgeschaltet wurden oder nicht, seit die Zustandsbestimmungseinheit 13 feststellte, dass sich die Hauptschaltungseinheit 11 im Regenerationszustand befand, gleich oder größer als der Anzahlschwellenwert C_th ist. Wenn in Schritt S110 nicht bestimmt wurde, dass die Anzahl der Umschaltungen des Regenerationszustands und des Leistungsflusszustands in einem vordefinierten Zeitraum gleich oder größer als der Anzahlschwellenwert C_th ist, fährt der Prozess mit Schritt S105 fort, und wenn festgestellt wurde, dass die Anzahl der Umschaltungen des Regenerationszustands und des Leistungsflusszustands in einer vordefinierten Zeitperiode gleich oder größer als der Anzahlschwellenwert C_th ist, fährt der Prozess mit Schritt S106 fort.
In Schritt S105 führt die Steuereinheit 14 eine Steuerung durch, um einen Ein-Aus-Betrieb der Schaltvorrichtungen in dem 120-Grad-Leitungsmodus auszuführen. Gleichstrom auf der Gleichstromseite wird dabei in Wechselstrom umgewandelt und an die Seite der dreiphasigen Wechselstromversorgung 2 ausgegeben.
In Schritt S106 stellt die Steuereinheit 14 die Länge Φ der Ein-Periode pro Zyklus des Ein-Aus-Betriebs, der an den Schaltvorrichtungen ausgeführt wird, auf einen Wert kleiner als 120 Grad ein, d. h. die Länge der Ein-Periode pro Zyklus im 120-Grad-Leitungsmodus, und führt eine Steuerung durch, um einen Ein-Aus-Betrieb der Schaltvorrichtungen mit diesem Wert auszuführen. In diesem Fall wird, je kleiner der Absolutwert |P| des von dem von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechneten Leistungswerts P ist, der Wert der Länge Φ der Ein-Periode pro Zyklus des Ein-Aus-Betriebs, der an den Schaltvorrichtungen ausgeführt wird, umso kleiner eingestellt.
Wie oben beschrieben führt sowohl in dem ersten Abwandlungsbeispiel als auch in dem zweiten Abwandlungsbeispiel, wenn der von der Leistungsberechnungseinheit 12 berechnete Leistungswert P in Schritt S103 als kleiner als der erste Leistungsschwellenwert P_th1 bestimmt wurde, die Steuereinheit 14 eine Steuerung in Schritt S107 durch, um einen Ein-Aus-Betrieb der Schaltvorrichtungen auszuführen; daher tritt auch in dem Bereich, in dem die Betriebsleistung unmittelbar nach dem Umschalten vom Regenerationszustand in den Leistungsflusszustand klein ist, kein Einschaltstrom auf. Ferner wird basierend auf dem Ergebnis der Bestimmung in Schritt S109 des ersten Abwandlungsbeispiels und in Schritt S110 des zweiten Abwandlungsbeispiels der Ein-Aus-Betrieb der Schaltvorrichtungen gesteuert, um eine Resonanz zu verhindern, in der der Regenerationszustand und der Leistungsflusszustand häufig und wiederholt umgeschaltet werden; daher tritt keine abnormale Erwärmung des Kondensators auf.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung verhindern ein Gleichrichter mit einer Stromregenerationsfunktion und eine damit ausgestattete Motorsteuervorrichtung einen Einschaltstrom, der auftritt, wenn der Regenerationszustand in den Leistungsflusszustand umschaltet, und eine Resonanz, in der der Regenerationszustand und der Leistungsflusszustand häufig und wiederholt umgeschaltet werden, wenn die Regenerationsleistung gering ist.

Claims

Gleichrichter (1) umfassend: eine Hauptschaltungseinheit (11), die eingerichtet ist, um eine Stromumwandlung zwischen einem Wechselstrom auf einer Seite einer dreiphasigen Wechselstromversorgung (2) und einem Gleichstrom auf einer Gleichstromseite durch Gleichrichterbetrieb einer Gleichrichtervorrichtung und Ein-Aus-Betrieb einer Schaltvorrichtung durchzuführen; eine Leistungsberechnungseinheit (12), die eingerichtet ist, um einen Wert einer Leistung zu berechnen, der zwischen der Seite der dreiphasigen Wechselstromversorgung (2) und der Gleichstromseite über die Hauptschaltungseinheit (11) fließt; und eine Steuereinheit (14), die eingerichtet ist, um eine Steuerung durchzuführen, um den Ein-Aus-Betrieb der Schaltvorrichtung auszuführen, wobei die Steuereinheit (14) eine Länge einer Ein-Periode pro Zyklus in dem Ein-Aus-Betrieb ändert, der an der Schaltvorrichtung gemäß dem von der Leistungsberechnungseinheit (12) berechneten Wert der Leistung ausgeführt wird.
Gleichrichter (1) nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Zustandsbestimmungseinheit (13), die eingerichtet ist, um basierend auf dem von der Leistungsberechnungseinheit (12) berechneten Wert der Leistung zu bestimmen, ob die Hauptschaltungseinheit (11) sich in einem Leistungsflusszustand, in dem Wechselstrom auf der Seite der dreiphasigen Wechselstromversorgung (2) in Gleichstrom umgewandelt und auf Gleichstromseite ausgegeben wird, oder in einem Regenerationszustand befindet, in dem Gleichstrom auf der Gleichstromseite in Wechselstrom umgewandelt und an die Seite der dreiphasigen Wechselstromversorgung (2) ausgegeben wird.
Gleichrichter (1) nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit (14) die Länge der Ein-Periode pro Zyklus in dem Ein-Aus-Betrieb, der an der Schaltvorrichtung ausgeführt wird, gemäß dem durch die Leistungsberechnungseinheit (12) berechneten Wert der Leistung ändert, wenn die Zustandsbestimmungseinheit (13) bestimmt hat, dass sich die Hauptschaltungseinheit (11) im Regenerationszustand befindet.
Gleichrichter (1) nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit (14) die Länge der Ein-Periode pro Zyklus in dem Ein-Aus-Betrieb, der an der Schaltvorrichtung ausgeführt wird, gemäß dem durch die Leistungsberechnungseinheit (12) berechneten Wert der Leistung ändert, wenn die Zustandsbestimmungseinheit (13) bestimmt hat, dass sich die Hauptschaltungseinheit (11) im Leistungsflusszustand befindet und der von der Leistungsberechnungseinheit (12) berechnete Wert der Leistung kleiner als ein erster Leistungsschwellenwert ist.
Gleichrichter (1) nach Anspruch 4, wobei die Steuereinheit (14) eine Steuerung durchführt, um die Ausführung des Ein-Aus-Betriebs der Schaltvorrichtung anzuhalten, wenn die Zustandsbestimmungseinheit (13) bestimmt hat, dass die Hauptschaltungseinheit (11) sich im Leistungsflusszustand befindet und der von der Leistungsberechnungseinheit (12) berechnete Wert der Leistung gleich oder größer als der erste Leistungsschwellenwert ist.
Gleichrichter (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Hauptschaltungseinheit (11) eine dreiphasige Brückenschaltung umfasst, deren oberer Zweig und deren unterer Zweig für jede Phase jeweils mit einer Leistungsvorrichtung versehen sind, die die Gleichrichtervorrichtung und die Schaltvorrichtung in umgekehrter Parallelschaltung mit der Gleichrichtervorrichtung umfasst.
Gleichrichter (1) nach Anspruch 6, wobei, wenn die Zustandsbestimmungseinheit (13) bestimmt hat, dass sich die Hauptschaltungseinheit (11) im Regenerationszustand befindet, und der von der Leistungsberechnungseinheit (12) berechnete Wert der Leistung gleich oder kleiner als ein zweiter Leistungsschwellenwert ist, die Steuereinheit (14) eine Steuerung durchführt, um den Ein-Aus-Betrieb der Schaltvorrichtungen in einem 120-Grad-Leitungsmodus auszuführen, in dem die Steuereinheit (14) bei Änderungen der Spannungen in den Phasen die Schaltvorrichtung auf dem oberen Zweig für eine Phase einschaltet, in der die Spannung die größte der Phasen der dreiphasigen Wechselstromversorgung (2) ist, und die Schaltvorrichtung auf dem unteren Zweig für eine Phase einschaltet, in der die Spannung die kleinste der Phasen der dreiphasigen Wechselstromversorgung (2) ist, und wobei, wenn die Zustandsbestimmungseinheit (13) bestimmt hat, dass sich die Hauptschaltungseinheit (11) im Regenerationszustand befindet und der von der Leistungsberechnungseinheit (12) berechnete Wert der Leistung größer als der zweite Leistungsschwellenwert ist, die Steuereinheit (14) die Länge der Ein-Periode pro Zyklus in dem Ein-Aus-Betrieb, der an den Schaltvorrichtungen ausgeführt wird, auf einen Wert einstellt, der kleiner als die Länge der Ein-Periode pro Zyklus in dem 120-Grad-Leitungsmodus ist.
Gleichrichter (1) nach Anspruch 7, wobei, wenn die Zustandsbestimmungseinheit (13) bestimmt hat, dass sich die Hauptschaltungseinheit (11) im Regenerationszustand befindet, und der von der Leistungsberechnungseinheit (12) berechnete Wert der Leistung größer als der zweite Leistungsschwellenwert ist, die Steuereinheit (14) die Länge der Ein-Periode pro Zyklus in dem Ein-Aus-Betrieb, der an den Schaltvorrichtungen ausgeführt wird, auf einen kleineren Wert einstellt, je nachdem, ob der Absolutwert des von der Leistungsberechnungseinheit (12) berechneten Werts der Leistung kleiner ist.
Gleichrichter (1) nach Anspruch 6, ferner umfassend: eine Eingangsspannungserfassungseinheit (15), die eingerichtet ist, um einen Spitzenwert einer Eingangsspannung zu erfassen, die von der Seite der dreiphasigen Wechselstromversorgung (2) in die Hauptschaltungseinheit (11) eingegeben wird; und eine Gleichspannungserfassungseinheit (15), die eingerichtet ist, um einen Gleichspannungswert auf der Gleichstromseite der Hauptschaltungseinheit (11) zu erfassen, wobei, wenn die Zustandsbestimmungseinheit (13) bestimmt hat, dass sich die Hauptschaltungseinheit (11) im Regenerationszustand befindet und eine Differenz zwischen der Gleichspannung und dem Spitzenwert der Eingangsspannung größer als ein Spannungsschwellenwert ist, die Steuereinheit (14) eine Steuerung durchführt, um den Ein-Aus-Betrieb der Schaltvorrichtungen in einem 120-Grad-Leitungsmodus auszuführen, in dem die Steuereinheit (14) bei Änderungen der Spannungen in den Phasen die Schaltvorrichtung am oberen Zweig für eine Phase einschaltet, in der die Spannung die größte der Phasen der dreiphasigen Wechselstromversorgung (2) ist, und die Schaltvorrichtung am unteren Zweig für eine Phase einschaltet, in der die Spannung die kleinste der Phasen der dreiphasigen Wechselstromversorgung (2) ist, und wenn die Zustandsbestimmungseinheit (13) bestimmt hat, dass sich die Hauptschaltungseinheit (11) im Regenerationszustand befindet, und die Differenz zwischen der Gleichspannung und dem Spitzenwert der Eingangsspannung gleich oder kleiner als der Spannungsschwellenwert ist, die Steuereinheit (14) die Länge der Ein-Periode pro Zyklus in dem Ein-Aus-Betrieb, der an den Schaltvorrichtungen ausgeführt wird, auf einen Wert einstellt, der kleiner als die Länge der Ein-Periode pro Zyklus im 120-Grad-Leitungsmodus ist.
Gleichrichter (1) nach Anspruch 9, wobei, wenn die Zustandsbestimmungseinheit (13) bestimmt hat, dass sich die Hauptschaltungseinheit (11) im Regenerationszustand befindet, und die Differenz zwischen der Gleichspannung und dem Spitzenwert der Eingangsspannung gleich oder kleiner als der Spannungsschwellenwert ist, die Steuereinheit (14) die Länge der Ein-Periode pro Zyklus im Ein-Aus-Betrieb, der an den Schaltvorrichtungen ausgeführt wird, auf einen kleineren Wert einstellt, je nachdem, ob der Absolutwert des von der Leistungsberechnungseinheit (12) berechneten Werts der Leistung kleiner ist.
Motorsteuervorrichtung (100) umfassend: einen Gleichrichter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10; einen Kondensator (4), der in einem Zwischenkreis vorgesehen ist, der die Gleichstromseite des Gleichrichters (1) ist; und einen Wechselrichter (5), der über den Zwischenkreis mit dem Gleichrichter (1) verbunden ist und eingerichtet ist, um den vom Zwischenkreis gelieferten Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln, um einen Motor (3) zu steuern, und den Wechselstrom auszugeben.