JP4024096B2

JP4024096B2 - Power converter

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Publication number: JP4024096B2
Application number: JP2002201624A
Authority: JP
Inventors: 哲也田邊; 光康加知
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-07-10
Filing date: 2002-07-10
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2022-07-10
Also published as: JP2004048885A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、直流電圧からパルス幅変調を行い、電動機等の負荷に電力を供給する電力変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１５は、特開昭６３−２９０１７０号公報（以下「従来技術」という。）記載の２相変調と３相変調とを切り替える電力変換装置のブロック図である。２相変調は、３相変調用に作成された各相への電圧指令値を、所定の計算処理によって変換し、２相変調用の電圧指令値として出力するものである。
【０００３】
図１６は、３相変調の相電圧指令値を２相変調用の相電圧指令値に変換する処理を示すフローチャートである。同図に示す変換処理では、電気角θが３０°≦θ＜１５０°のときには、Ｕ相の相電圧指令値を＋側の電圧飽和値に固定し、１５０°≦θ＜２７０°のときにはＶ相の相電圧指令値を＋側の電圧飽和値に固定し、０°≦θ＜３０°および２７０°≦θ＜３６０°のときには、Ｗ相の相電圧指令値を＋側の電圧飽和値に固定する。また、これらの電圧飽和値から、電圧飽和値に固定する相の元の電圧指令値を引いた値を、電圧補正値ΔＶとし、電圧飽和値に固定する相以外の夫々の相電圧指令値に前記電圧補正値ΔＶを加えることで、各相の２相変調後の電圧指令値としている。
【０００４】
図１７は、図１６の処理によって作成された電圧指令値の例であり、図１７（ａ）は２相変調前の３相変調用の電圧指令値を示す波形図であり、（ｂ）は２相変調後の電圧指令値を示す波形図である。なお、２相変調前の電圧指令値は振幅Ｅのｓｉｎ波で、電気角をθ［ｄｅｇ］とし、Ｕ相はＥｓｉｎ（θ）、Ｖ相はＥｓｉｎ（θ−１２０°）、Ｗ相はＥｓｉｎ（θ−２４０°）とする。
【０００５】
２相変調を行うことの主な効果は２つある。１つは、２相変調を行うことで、直流入力電圧に対する最大交流出力電圧の比（電圧利用率）が３相変調の場合より大きくなるという効果がある。例えば、ある相が３相変調の相電圧指令値によって電圧飽和値に達する場合でも、２相変調によって中性点をずらすことで飽和せずに出力することができる場合がある。もう１つの効果は、電圧飽和値に固定された相はスイッチングを行わないので、スイッチングロスによる発熱を抑えるという効果がある。
【０００６】
しかしながら、スイッチング回路の前段階には、一対のスイッチング素子の同時オンによる短絡破壊防止のため、スイッチング素子へのオン信号を遅らせる短絡防止回路が通常存在するが、この回路によって２相変調補正後の低電圧出力において出力電圧波形が歪むという問題があった。この問題を解決するため、従来技術では、図１５に示すように、３相変調の相電圧指令値を計算する手段と２相変調の相電圧指令値を計算する手段とにより、出力電圧の振幅値に基づいて３相変調と２相変調とを切り替える電力変換装置を開示している。これらの手段によると、出力電圧の振幅値が小さいときは３相変調を選択し、出力電圧の振幅値が大きい場合は２相変調を選択することで、出力電圧が小さい場合の２相変調による出力電圧波形歪みを防止し、出力電圧が大きい場合の電圧利用率の向上とスイッチング損失低減を図っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術では、出力電圧振幅値の大きい場合は２相変調を選択するが、出力電圧振幅が大きい場合でも、相電圧指令値が０をよぎる付近での波形が歪むことから、電流にリップルがのり、電流制御精度に影響を与える。工作機械の主軸モータにおいては、精度の必要な仕上げ加工時は高速で回転していることから周波数は高く、誘起電圧の影響を受けて高い電圧出力が必要となる。
【０００８】
従来技術では、出力電圧の振幅値や周波数が所定値以上の場合に２相変調を選択するので、電流にリップルがのることで回転ムラが生じ、加工精度が悪くなる。また、工作機械の送り軸サーボ制御においても、最近の高速高精度の要求から、高速回転時の高い出力電圧において高精度な電流制御が必要となる。また、その一方でドライブユニットの小型化の要求からスイッチングロスの低減が求められており、同じ出力電圧であっても、加工を行っていない場合の位置決め動作時には、制御精度はそれほど求められず、スイッチングロスの低減が求められる。このように、従来技術では、高精度な電流制御とスイッチングロスの低減の要求に最適化された２相変調および３相変調の選択がされているとは言えなかった。
【０００９】
この発明は上記に鑑みてなされたもので、動作に適した２相変調／３相変調を選択することで、より効率的にスイッチングロスを抑えながら、高精度な電流制御が可能な電力変換装置を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明にかかる電力変換装置は、電圧指令値と搬送波との比較出力から得られたパルス幅変調信号に基づき、入力された直流電圧を交流電圧に変換して出力する電力変換装置において、３相変調用の電圧指令値を計算する３相変調電圧指令値計算手段と、２相変調用の電圧指令値を計算する２相変調電圧指令値計算手段と、電流制御の精度が重視される動作か、発熱を抑制することが重視される動作かを判定する判定手段と、前記判定手段の判定結果に基づいて前記３相変調用の電圧指令値または前記２相変調用の電圧指令値の何れかを選択して出力する２相／３相変調電圧指令値選択手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、２相／３相変調電圧指令値選択手段は、電流制御の精度が重視されるか、発熱を抑制することが重視されるかを判定する判定手段の判定結果に基づいて、２相変調用の電圧指令値を選択するか、３相変調用の電圧指令値を選択するかを選択指示することができる。
【００１２】
つぎの発明にかかる電力変換装置は、上記の発明において、前記判定手段は、発熱を抑制することが重視される動作の場合に、２相変調用の電圧指令値を選択指示する動作識別処理手段を備えることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、動作識別処理手段は、発熱を抑制することが重視される動作の場合に、２相変調用の電圧指令値を選択指示することができる。
【００１４】
つぎの発明にかかる電力変換装置は、上記の発明において、前記動作識別処理手段は、加工制御を指示するプログラムの内容から発熱を抑制することが重視される動作か否かを識別することを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、動作識別処理手段は、加工制御を指示するプログラムの内容から発熱を抑制することが重視される動作か否かを識別することができる。
【００１６】
つぎの発明にかかる電力変換装置は、上記の発明において、前記判定手段は、電流指令値の絶対値が所定の基準値よりも大きい場合に、２相変調用の電圧指令値を選択指示する電流値判定手段を備えることを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、電流値判定手段は、電流指令値の絶対値が所定の基準値よりも大きい場合に、２相変調用の電圧指令値を選択指示することができる。
【００１８】
つぎの発明にかかる電力変換装置は、上記の発明において、前記電流値判定手段は、前記電流指令値の絶対値を移動平均化することを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、電流値判定手段は、電流指令値の絶対値を移動平均化することができる。
【００２０】
つぎの発明にかかる電力変換装置は、上記の発明において、前記判定手段は、電流指令値の２乗値の一次遅れ系出力が所定の基準値よりも大きい場合に、２相変調用の電圧指令値を選択指示する熱的負荷判定手段を備えることを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、熱的負荷判定手段は、電流指令値の２乗値の一次遅れ系出力が所定の基準値よりも大きい場合に、２相変調用の電圧指令値を選択指示することができる。
【００２２】
つぎの発明にかかる電力変換装置は、上記の発明において、前記判定手段は、電流指令値の絶対値が所定の基準値よりも大きく、かつ、電流指令値の２乗値の一次遅れ系出力が所定の基準値よりも大きい場合に、２相変調用の電圧指令値を選択指示する電流値・熱的負荷複合判定手段を備えることを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、電流値・熱的負荷複合判定手段は、電流指令値の絶対値が所定の基準値よりも大きく、かつ、電流指令値の２乗値の一次遅れ系出力が所定の基準値よりも大きい場合に、２相変調用の電圧指令値を選択指示することができる。
【００２４】
つぎの発明にかかる電力変換装置は、上記の発明において、前記電流値・熱的負荷複合判定手段は、前記電流指令値の絶対値を移動平均化することを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、電流値・熱的負荷複合判定手段は、電流指令値の絶対値を移動平均化することができる。
【００２６】
つぎの発明にかかる電力変換装置は、上記の発明において、前記判定手段は、精度が必要な動作を領域位置によって判定し、２相変調用の電圧指令値を選択するか否かを選択指示する領域位置判定手段を備えることを特徴とする。
【００２７】
この発明によれば、領域位置判定手段は、精度が必要な動作を領域位置によって判定し、２相変調用の電圧指令値を選択するか否かを選択指示することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる電力変換装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２９】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１である電力変換装置を示すブロック図である。この電力変換装置は、現在の動作が電流制御精度が重視される動作であるか発熱を抑えることが重視される動作であるかを判定し、２相変調を行うか否かを選択する手段を有している。
【００３０】
図１において、電力変換装置は、ドライブユニット１と上位コントローラ１１を備えている。また、ドライブユニット１は、電流検出器２、３相／２相変換手段３、電流制御器４、２相／３相変換手段５、搬送波６、コンパレータ７、短絡防止回路８、スイッチング回路９を備えている。電流検出器２は電流制御対象であるモータ２０に流れる電流をモニタし、Ｕ相／Ｖ相電流を３相／２相変換手段３に出力する。３相／２相変換手段３は、これらのＵ相／Ｖ相電流をｑ軸電流（トルク電流）およびｄ軸電流（励磁電流）に変換し、電流制御器４にフィードバックする。電流制御器４は、３相／２相変換手段３からフィードバックされたｑ軸／ｄ軸電流が、ｑ軸／ｄ軸電流指令に一致するように制御する。なお、この例では、同期電動機制御を考え、ｄ軸電流指令は０としている。電流制御器４からの制御信号は、２相／３相変換手段５（特許請求の範囲でいうところの３相変調電圧指令値計算手段）で３相変調用の電圧指令値に変換され、同時に２相変調電圧指令値計算手段１０で２相変調用の電圧指令値に変換される。上位コントローラ１１の動作識別処理手段１２は、加工プログラム１３を解読して、処理に応じて最適な電圧指令値（３相変調用または２相変調用）を選択する。選択された２相変調用または３相変調用の電圧指令値は、搬送波６を用いコンパレータ７でパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）に変換され、短絡防止回路８で各相を制御する一対のスイッチング素子が同時にオンにならないように修正される。スイッチング回路９は、これらの修正されたＰＷＭ信号で各相のスイッチング素子をスイッチンングし、モータ２０を制御する。
【００３１】
図１の２相変調電圧指令値計算手段１０が行う補正計算は、図１６のフローチャートに基づいて計算される。すなわち、電気角θに応じてある相の相電圧指令値を電圧飽和値とし、この電圧飽和値から、電圧飽和値に固定した相の元の電圧指令値を引いた値を電圧補正値ΔＶとし、電圧飽和値に固定した相以外の夫々の相の電圧指令値に電圧補正値ΔＶを足すことで、各相の２相変調補正後の電圧指令値としている。
【００３２】
動作識別処理手段１２は、各相の電圧指令値が電圧飽和値に達している場合には２相変調を選択するように制御し、電圧飽和による波形の歪みで電流制御が乱れることを防いでいるが、この制御とは別に、加工プログラム１３に記述されている内容を解読して、最適な電圧指令値を選択するように制御する。図２は、加工プログラム１３を解読したときの処理の一例を示すフローチャートである。図２のフローチャートにおいて、動作識別処理手段１２は、加工プログラム１３に記述してある命令から、切削動作か位置決め動作かを判別して、切削動作なら３相変調を選択し、位置決め動作なら２相変調を選択するように制御し、加工精度確保とスイッチングロス低減とのバランスを保っている。
【００３３】
工作機械を制御する数値制御装置においては、あらかじめ加工用のプログラムが用意され、所要の精度を必要とする切削制御とそうでない位置決め制御とがプログラムの記述により指定できる。図３は、加工プログラムの一例を示す図であり、図４は、図３の加工プログラムによる動作軌跡を示す図である。図３の加工プログラムにおいて、“Ｇ００”は位置決め動作命令であり、“Ｇ０１”、“Ｇ０２”は切削動作命令である。これを利用して、加工プログラムの命令から上位コントローラ内の動作識別処理手段１２にて、切削制御であれば精度が必要なので３相変調を選択し、位置決め制御であればスイッチングロス低減重視として２相変調を選択することができる。また、図５は、実施の形態１にかかる２相変調選択の動作例を示す図である。一連の動作の中で、精度をあまり必要としない位置決め動作に２相変調が選択されている。
【００３４】
このように実施の形態１によれば、一連の動作の中で、切削加工のような精度が重視される動作か、位置決めのようなスイッチングロス低減が重視される動作かが、明白に分かる場合に、その情報を利用して選択的に２相変調を行うことで、精度重視と発熱低減の区別を確実にコントロールでき、使用動作に適した２相変調／３相変調選択を確実に行うことができる。
【００３５】
実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２である電力変換装置を示すブロック図である。この電力変換装置は、２相／３相変換の２相側の電流値を参照して２相変調を行うか否かを選択するように動作する。この実施の形態２においては、２相変調を行うか否かの選択を上位コントローラではなく、ドライブユニット１の電流値判定手段１４で実施する。この電流値判定手段１４は、ｑ軸電流指令の絶対値を、時間ｔｒの期間で平均し、その出力値が基準値Ｉａ以上であるときに２相変調を行うように動作する。なお、その他の構成については、図１と同様であり、同一部分には同一符号を付している。
【００３６】
同図において、ｑ軸電流の絶対値の平均値が、基準値Ｉａより小さいときは精度が重視される動作と判断し２相変調を選択せず、逆にＩａ以上であるときはスイッチングロスを抑えることが重視される動作と判断し２相変調を選択する。例えば、時間ｔｒは、５(msec)程度、基準値Ｉａは、スイッチング素子に流せる定格電流の５０％程度とすればよい。
【００３７】
例えば、工作機械のサーボモータを制御するような数値制御装置の電力変換装置の場合を考えると、電流が大きいときは、荒切削であったり、高速位置決めの加減速である場合が多く、その場合には、スイッチングによるロスを抑えることが要求される一方で精度はそれほど要求されない。また、電流が小さいときは仕上げ加工である場合が多く、スイッチングによるロスは元々小さいが、精度が要求される。このように、動作における電流値の大小によって、スイッチングによるロス低減が重視されるか、精度が重視されるかが判別でき、この電流値の大小を利用して、２相変調の選択を行うことが効果的である。
【００３８】
前述したように、２相変調の選択を電流で判断する場合には、上位コントローラが不要である。したがって、２相変調計算とともに判断機構もドライブユニット側で実装でき、上位コントローラや加工プログラムにも依存しない、２相／３相変調の切換制御を実現できる。また、精度がそれほど要求されない荒切削と精度が要求される仕上げ加工とを区別でき、発熱抑制の効率を上げることができる。
【００３９】
従来技術においては、電圧を基準に選択するものがあったが、モータが高速回転している場合は誘起電圧の影響を受けて、仕上げ加工のような小負荷の動作でも高い電圧を出力しているので、電圧の大小で判断してしまうと、仕上げ加工において間違って２相変調を選択してしまって精度に悪影響を及ぼす可能性がある。したがって、より正確に判断するためには、電圧ではなく電流を参照して判断することが必要である。
【００４０】
ところで、相電流を参照して判断してしまうと、ｑ軸での出力が一定出力であっても、相電流はＳＩＮ波であるために、その瞬時値によって基準値を超えたと判断されたり基準値以下であると判断されたりする可能性があり、判断がばたつく可能性がある。動作がどのような動作であるかを判断するためには、トルク出力となるｑ軸電流を参照することが適している。切削のトルクは、仕上げ加工時はスイッチング素子に流せる定格電流の３０％程度、粗加工時は５０〜７０％程度であり、位置決め加減速時のトルクは２００％程度であるので、判断の境界基準値Ｉａは、スイッチング素子に流せる定格電流の５０％程度が好適である。
【００４１】
また、一つの纏まった動作として、位置決めの加減速は１００ｍｓｅｃ程度であったり、切削動作も５００ｍｓｅｃ程度以上の場合もあるので、ノイズを除去しつつ動作を判断するという意味でも、ｑ軸電流を５〜１０ｍｓｅｃ程度で移動平均化し、この移動平均値に基づき２相変調選択の判断を行ったほうが安定した判断となる。
【００４２】
図７は、実施の形態２にかかる２相変調選択の動作例を示す図である。一連の動作の中で、電流の大きい荒切削において２相変調が選択されている。
【００４３】
このように実施の形態２によれば、一連の動作において、電流値を基準に２相変調を選択することで、精度がそれほど要求されない荒切削と精度が要求される仕上げ加工とを区別して２相変調を選択することによって、発熱抑制の効率を上げることができるとともに、上位コントローラを変更することなく、エンドユーザの加工プログラム記述に依存することもなく、ドライブユニット側の変更だけで２相変調選択の実装ができる。
【００４４】
実施の形態３．
図８は、この発明の実施の形態３である電力変換装置を示すブロック図である。この電力変換装置は、電流値の２乗を一次遅れ系に通した出力値を基準に２相変調を行うか否かを選択するように動作する。この実施の形態３においては、実施の形態２と同様に、２相変調を行うか否かの選択を上位コントローラではなく、ドライブユニット１の熱的負荷判定手段１５で実施する。この熱的負荷判定手段１５は、ｑ軸電流指令の２乗値を一次遅れ系を通して出力された値が基準値Ｉｓｑａより小さいときには２相変調を選択せず、Ｉｓｑａ以上であるときには２相変調を選択するように動作する。なお、その他の構成については、図１と同様であり、同一部分には同一符号を付している。
【００４５】
図９は、実施の形態３にかかるスイッチング回路の発熱および放熱をモデル化する説明図である。同図に示すように、スイッチングパワー素子における発熱は電流の２乗にほぼ比例し、発生した熱の放熱は一次遅れ系でほぼ近似できるので、熱的時定数を事前に測定して記憶し、熱モデルの一次遅れ系を実装し、電流の２乗を一次遅れ系熱モデルに通した値を計算することで、熱的な負荷を推定することができる。熱的負荷が大きく熱的に厳しいときは、スイッチングによる発熱を抑えたいので、計算した熱的負荷の推定値が基準値Ｉｓｑａ以上である場合には２相変調を行う。一方、熱的負荷が小さく熱的に厳しくないときは、２相変調を選択する必要はなく、２相変調による弊害を極力抑えたいので、熱的負荷の推定値が基準値Ｉｓｑａより小さい場合には２相変調を選択しない。熱的負荷はスイッチング素子に流せる定格電流の２乗までは耐えることができるので、定格電流の２乗の５０％以上のときは発熱を抑えたほうがよいと判断でき、５０％より小さいときは熱的にまだ余裕があると判断できる。よって、基準値Ｉｓｑａは、スイッチング素子に流せる定格電流の２乗の５０％程度とするのがよい。
【００４６】
図１０は、実施の形態３にかかる２相変調選択の動作例を示す図である。位置決め動作の加減速が頻繁に行われる場合や、荒切削などによって大きな電流が連続して出力される場合には、熱的負荷の推定値が徐々に増えてゆく。このため、熱的負荷の推定値が基準値Ｉｓｑａ以上となると発熱低減のため２相変調を選択するようにする。一方、停止している場合や、軽切削の場合で出力電流が小さいとき、熱的負荷の推定値は徐々に小さくなって行き、熱的負荷推定値が基準値Ｉｓｑａより小さくなると、スイッチング素子の熱は厳しい状態でないと判断できるので、３相変調を選択するようにする。
【００４７】
このように、実施の形態３によれば、一連の動作の中で、熱的負荷の推定値を基準に２相変調を選択することで、スイッチング発熱低減の必要性に応じたより最適な２相変調選択を行うことができ、発熱が厳しくない場合には２相変調を行わないことにより２相変調による弊害を極力抑えることができる。
【００４８】
実施の形態４．
図１１は、この発明の実施の形態４である電力変換装置を示すブロック図である。この実施の形態４では、２相変調を行うか否かの選択を上位コントローラではなく、ドライブユニット１の電流値・熱的負荷複合判定手段１６で実施する。この電流値・熱的負荷複合判定手段１６は、電流の絶対値を時間ｔｒの期間で平均した出力値が基準値Ｉａ以上、かつ、ｑ軸電流指令の２乗を一次遅れ系に通した値が基準値Ｉｓｑａ以上であるときに、２相変調を選択するように動作する。なお、その他の構成については、図１と同様であり、同一部分には同一符号を付している。
【００４９】
電流の絶対値を時間ｔｒの期間で平均した出力値Ｉｒ１は、精度が必要な動作であるかの指標として利用できる。ｑ軸電流指令の２乗値を一次遅れ系を通して出力された値Ｉｒ２は、パワーデバイス等の熱的な負荷状態の指標として利用できる。時間ｔｒは現在の動作状況を判断するものなので比較的短く、一次遅れ系の時定数Ｔは放熱特性から決まる時定数なので比較的長くなる。このことから、動作の判断と熱的な判断を分けることで、より正確に２相変調を行うか否かを判断することができる。
【００５０】
図１２は、実施の形態４において、２相変調を選択する場合の条件を領域で示した図である。Ｉｒ１およびＩｒ２と夫々の基準値との大小関係をさらに分析すると、Ｉｒ２が基準値Ｉｓｑａより小さく（Ｉｒ２≦Ｉｓｑａ）、パワーデバイスの温度が低い（Ｉｒ１≦Ｉａ）場合には、スイッチングによる発熱低減の必要性は低いので、２相変調を選択しない。Ｉｒ２≧ＩｓｑａでＩｒ１≧Ｉａのときは、熱的に苦しく、制御精度はそれほど要求されないと判断できるので、２相変調を選択する。Ｉｒ２≧ＩｓｑａでＩｒ１＜Ｉａのときは、現在の電流が小さくて熱は下がって行く方向であり、制御精度が要求される動作と判断されるので、２相変調を選択しない。Ｉｒ２≦ＩｓｑａでＩｒ１≧Ｉａのときは、現在の電流は大きいが、熱的に余裕があるので、２相変調を選択しない。このような場合分けの結果、２相変調を選択する領域は図１２のようになる。
【００５１】
このように、実施の形態４によれば、一連の動作において、動作の判断と熱的な判断を併用することにより、より正確に２相変調が必要であるかが判断でき、より効率的にスイッチングロスによる発熱を抑え、精度が必要な動作においては高精度な電流制御を実施することができる。
【００５２】
実施の形態５．
図１３は、この発明の実施の形態５である電力変換装置を示すブロック図である。この実施の形態５においては、実施の形態２〜４と同様に、２相変調を行うか否かの選択を上位コントローラではなく、ドライブユニット１の領域位置判定手段１７で実施する。領域位置判定手段１７は、位置検出器６０から位置情報を受領し、加工対象が指定位置範囲内にある場合には２相変調を選択せず、指定位置範囲外では２相変調を選択するように動作する。なお、その他の構成については、図１と同様であり、同一部分には同一符号を付している。
【００５３】
例えば、工作機械においては通常、加工が行われる領域位置は決まっており、加工はその領域の中で行われる。加工以外の動作では、ワークを運んだりツールを交換するために、加工が行われる領域位置から出て位置決めを行うことが多い。
【００５４】
図１４はそのようなワーク搬入、加工、ワーク搬出を行う様子を示したものであるが、図１４（ａ）はワークが搬入される位置を示した図であり、（ｂ）はワークが加工される位置を示した図であり、（ｃ）は加工されたワークが搬出される位置を示した図である。まず、図１４（ａ）のように、この例では右側から加工前のワークがロボットによって搬入されてテーブルにセットされる。テーブルへのワークの固定が完了すると、加工領域内にテーブルが移動する。つぎに、同図（ｂ）のように加工領域内にてワークが加工される。そして、同図（ｃ）のようにこの例では左側にテーブルが移動し、左側のロボットにより加工後のワークが取り出される。このようなワーク搬入・搬出を伴う加工機の場合、安全のため、ワーク搬入搬出領域と加工領域とは位置的に分離していることが多い。この場合、加工領域以外の搬入・搬出の位置決め領域では特に精度は要求されないので、２相変調を選択してスイッチングによる発熱を抑えておくのが有利である。このことから、加工が行われる領域位置をあらかじめ記憶しておき、その領域位置の外では２相変調を行うことで位置決め動作でのスイッチングロスによる発熱を抑えることができる。また、加工領域内においては、実施の形態４などの手段によって２相変調選択を選択すればよい。
【００５５】
このように、実施の形態５によれば、精度が必要な動作か否かを領域位置によって判断することができ、位置情報を利用することで、簡便かつ確実に２相変調を選択することができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、電流制御の精度が重視されるか、発熱を抑制することが重視されるかによって、２相変調用の電圧指令値を選択するか否かを選択指示するようにしているので、一連の動作の中で、切削加工のような精度が重視される動作か、位置決めのようなスイッチングロス低減が重視される動作かが、明白に分かる場合に、その情報を利用して選択的に２相変調を行うことで、精度重視と発熱低減の区別を確実にコントロールでき、使用動作に適した２相変調／３相変調選択を確実に行うことができるという効果を奏する。
【００５７】
つぎの発明によれば、発熱を抑制することが重視される動作の場合に、２相変調用の電圧指令値を選択指示するようにしているので、スイッチング発熱低減の必要性に応じたより最適な２相変調選択を行うことができるという効果を奏する。
【００５８】
つぎの発明によれば、加工制御を指示するプログラムの内容から発熱を抑制することが重視される動作か否かを識別するようにしているので、加工制御の指示が異なる場合でも、発熱を抑える動作を任意に識別することができ、スイッチング発熱低減の必要性に応じたより最適な２相変調選択を行うことができるという効果を奏する。
【００５９】
つぎの発明によれば、電流指令値の絶対値が所定の基準値よりも大きい場合に、２相変調用の電圧指令値を選択指示するようにしているので、精度がそれほど要求されない粗加工と精度が要求される仕上げ加工とを区別して２相変調を選択することで発熱抑制の効率を上げることができるとともに、上位コントローラを変更することなく、エンドユーザの加工プログラム記述に依存することもなく、ドライブユニット側の変更だけで２相変調選択の実装ができるという効果を奏する。
【００６０】
つぎの発明によれば、電流指令値の絶対値を移動平均化するようにしているので、ノイズに左右されない安定した判定により、的確な２相変調を選択することができるという効果を奏する。
【００６１】
つぎの発明によれば、電流指令値の２乗値の一次遅れ系出力が所定の基準値よりも大きい場合に、２相変調用の電圧指令値を選択指示するようにしているので、スイッチング発熱低減の必要性に応じたより最適な２相変調選択を行うことができ、発熱が厳しくない場合には２相変調を行わないことにより２相変調による弊害を極力抑えることができる。
【００６２】
つぎの発明によれば、電流指令値の絶対値が所定の基準値よりも大きく、かつ、電流指令値の２乗値の一次遅れ系出力が所定の基準値よりも大きい場合に、２相変調用の電圧指令値を選択指示するようにしているので、動作の判断と熱的な判断とを同時に判断することにより、２相変調の必要性を正確に判断することができ、より効率的にスイッチングロスによる発熱を抑えることができるという効果を奏する。
【００６３】
つぎの発明によれば、電流指令値の絶対値を移動平均化するようにしているので、ノイズに左右されない安定した判定により、的確な２相変調を選択することができるという効果を奏する。
【００６４】
つぎの発明によれば、精度が必要な動作を領域位置によって判定し、２相変調用の電圧指令値を選択するか否かを選択指示するようにしているので、より簡便かつ正確に２相変調を選択することができ、スイッチングによる発熱を抑えることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１である電力変換装置を示すブロック図である。
【図２】加工プログラムを解読したときの処理の一例を示すフローチャートである。
【図３】加工プログラムの一例を示す図である。
【図４】図３の加工プログラムによる動作軌跡を示す図である。
【図５】実施の形態１にかかる２相変調選択の動作例を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態２である電力変換装置を示すブロック図である。
【図７】実施の形態２にかかる２相変調選択の動作例を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態３である電力変換装置を示すブロック図である。
【図９】実施の形態３にかかるスイッチング回路の発熱および放熱をモデル化する説明図である。
【図１０】実施の形態３にかかる２相変調選択の動作例を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態４である電力変換装置を示すブロック図である。
【図１２】実施の形態４において、２相変調を選択する場合の条件を領域で示した図である。
【図１３】この発明の実施の形態５である電力変換装置を示すブロック図である。
【図１４】（ａ）はワークが搬入される位置を示した図であり、（ｂ）はワークが加工される位置を示した図であり、（ｃ）は加工されたワークが搬出される位置を示した図である。
【図１５】特開昭６３−２９０１７０号公報記載の２相変調と３相変調とを切り替える電力変換装置のブロック図である。
【図１６】３相変調の相電圧指令値を２相変調用の相電圧指令値に変換する処理を示すフローチャートである。
【図１７】（ａ）は２相変調前の３相変調用の電圧指令値を示す波形図であり、（ｂ）は２相変調後の電圧指令値を示す波形図である。
【符号の説明】
１ドライブユニット、２電流検出器、３３相／２相変換手段、４電流制御器、５２相／３相変換手段、６搬送波、７コンパレータ、８短絡防止回路、９スイッチング回路、１０２相変調電圧指令値計算手段、１１上位コントローラ、１２動作識別処理手段、１３加工プログラム、１４電流値判定手段、１５熱的負荷判定手段、１６電流値・熱的負荷複合判定手段、１７領域位置判定手段、２０モータ、６０位置検出器。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power converter that performs pulse width modulation from a DC voltage and supplies power to a load such as an electric motor.
[0002]
[Prior art]
FIG. 15 is a block diagram of a power conversion device that switches between two-phase modulation and three-phase modulation described in Japanese Patent Laid-Open No. 63-290170 (hereinafter referred to as “prior art”). In the two-phase modulation, a voltage command value for each phase created for the three-phase modulation is converted by a predetermined calculation process and output as a voltage command value for the two-phase modulation.
[0003]
FIG. 16 is a flowchart showing a process of converting a phase voltage command value for three-phase modulation into a phase voltage command value for two-phase modulation. In the conversion process shown in the figure, when the electrical angle θ is 30 ° ≦ θ <150 °, the phase voltage command value of the U phase is fixed to the + side voltage saturation value, and when 150 ° ≦ θ <270 ° The phase voltage command value of the phase is fixed to the + side voltage saturation value, and when 0 ° ≦ θ <30 ° and 270 ° ≦ θ <360 °, the phase voltage command value of the W phase is set to the + side voltage saturation value. Fix it. In addition, a value obtained by subtracting the original voltage command value of the phase to be fixed to the voltage saturation value from these voltage saturation values is set as a voltage correction value ΔV, and each phase voltage command value other than the phase to be fixed to the voltage saturation value is set. By adding the voltage correction value ΔV, a voltage command value after two-phase modulation of each phase is obtained.
[0004]
FIG. 17 is an example of a voltage command value created by the process of FIG. 16, FIG. 17A is a waveform diagram showing a voltage command value for three-phase modulation before two-phase modulation, and FIG. It is a wave form diagram which shows the voltage command value after two-phase modulation. The voltage command value before the two-phase modulation is a sin wave with an amplitude E, the electrical angle is θ [deg], the U phase is Esin (θ), the V phase is Esin (θ-120 °), and the W phase is Esin. (Θ−240 °).
[0005]
There are two main effects of performing two-phase modulation. One is that by performing two-phase modulation, the ratio of the maximum AC output voltage to the DC input voltage (voltage utilization factor) is larger than that in the case of three-phase modulation. For example, even when a certain phase reaches a voltage saturation value by a phase voltage command value of three-phase modulation, there are cases where output can be performed without saturation by shifting the neutral point by two-phase modulation. Another effect is that since the phase fixed to the voltage saturation value does not perform switching, heat generation due to switching loss is suppressed.
[0006]
However, in order to prevent short-circuit breakdown due to simultaneous turning-on of a pair of switching elements, there is usually a short-circuit prevention circuit that delays an ON signal to the switching elements. There has been a problem that the output voltage waveform is distorted in low voltage output. In order to solve this problem, in the prior art, as shown in FIG. 15, the amplitude of the output voltage is calculated by means for calculating the phase voltage command value for three-phase modulation and means for calculating the phase voltage command value for two-phase modulation. A power conversion device that switches between three-phase modulation and two-phase modulation based on a value is disclosed. According to these means, the three-phase modulation is selected when the amplitude value of the output voltage is small, and the two-phase modulation is selected when the amplitude value of the output voltage is large. Output voltage waveform distortion is prevented, and the voltage utilization rate is increased and the switching loss is reduced when the output voltage is large.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the related art, when the output voltage amplitude value is large, two-phase modulation is selected. However, even when the output voltage amplitude is large, the waveform near the phase voltage command value crosses 0 is distorted. It affects the current control accuracy. The spindle motor of a machine tool rotates at a high speed during finishing that requires high accuracy, and therefore has a high frequency and requires a high voltage output due to the influence of the induced voltage.
[0008]
In the prior art, two-phase modulation is selected when the amplitude value or frequency of the output voltage is greater than or equal to a predetermined value. Therefore, rotation unevenness occurs due to ripple in the current, resulting in poor processing accuracy. Also, in feed axis servo control of machine tools, high-precision current control is required at high output voltage during high-speed rotation due to recent demands for high-speed and high-precision. On the other hand, a reduction in switching loss is required due to the demand for miniaturization of the drive unit. Even if the output voltage is the same, control accuracy is not so much required during positioning operation when machining is not performed. Reduction of loss is required. As described above, in the prior art, it cannot be said that the selection of the two-phase modulation and the three-phase modulation optimized for the demands of high-accuracy current control and switching loss reduction has been made.
[0009]
The present invention has been made in view of the above. By selecting 2-phase modulation / 3-phase modulation suitable for operation, a power converter capable of highly accurate current control while suppressing switching loss more efficiently. The purpose is to obtain.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a power conversion device according to the present invention includes: Electric The pulse width modulation signal obtained from the comparison output between the pressure command value and the carrier wave Entered based on DC voltage The AC voltage Convert to A power converter for outputting, a three-phase modulation voltage command value calculating means for calculating a voltage command value for three-phase modulation; a two-phase modulation voltage command value calculating means for calculating a voltage command value for two-phase modulation; A determination unit that determines whether the operation of emphasizing accuracy of current control is an operation that emphasizes suppression of heat generation; and the determination unit based on a determination result of the determination unit Voltage command value for three-phase modulation Or said Select one of the voltage command values for two-phase modulation Then output 2-phase / 3-phase modulation voltage command value selection means With It is characterized by that.
[0011]
According to this invention, 2-phase / 3-phase modulation voltage command value selection means Whether the accuracy of current control is important or is it important to suppress heat generation? Based on the determination result of the determination means for determining It is possible to select and instruct whether to select a voltage command value for two-phase modulation or a voltage command value for three-phase modulation.
[0012]
The power converter according to the next invention is the above invention, wherein Judgment means No fever Emphasis on suppression In the case of an operation, it comprises an operation identification processing means for selecting and instructing a voltage command value for two-phase modulation.
[0013]
According to this invention, the action identification processing means generates heat. Emphasis on suppression In operation, it is possible to select and instruct a voltage command value for two-phase modulation.
[0014]
In the power conversion device according to the next invention, in the above invention, the operation identification processing means generates heat from the content of a program instructing machining control. Emphasis on suppression Action or not It is characterized by identifying.
[0015]
According to the present invention, the motion identification processing means generates heat from the contents of the program instructing the machining control. Emphasis on suppression Action or not Can be identified.
[0016]
The power converter according to the next invention is the above invention, wherein Judgment means Is characterized by comprising current value determination means for selecting and instructing a voltage command value for two-phase modulation when the absolute value of the current command value is larger than a predetermined reference value.
[0017]
According to this invention, the current value determination means can select and instruct the voltage command value for two-phase modulation when the absolute value of the current command value is larger than the predetermined reference value.
[0018]
The power conversion device according to the next invention is characterized in that, in the above invention, the current value determining means averages the absolute value of the current command value.
[0019]
According to the present invention, the current value determination means can average the absolute value of the current command value by moving average.
[0020]
The power converter according to the next invention is the above invention, wherein Judgment means Comprises a thermal load determination means for selecting and instructing a voltage command value for two-phase modulation when the first-order lag output of the square value of the current command value is larger than a predetermined reference value.
[0021]
According to this invention, the thermal load determination means can select and instruct the voltage command value for two-phase modulation when the first-order lag output of the square value of the current command value is larger than the predetermined reference value. it can.
[0022]
The power converter according to the next invention is the above invention, wherein Judgment means Is a voltage command value for two-phase modulation when the absolute value of the current command value is larger than a predetermined reference value and the first-order lag output of the square value of the current command value is larger than the predetermined reference value. Current value / thermal load combined determination means for selecting and instructing
[0023]
According to this invention, the current value / thermal load combined determination means has an absolute value of the current command value larger than the predetermined reference value, and the first-order lag output of the square value of the current command value is a predetermined reference value. When the value is larger than the value, a voltage command value for two-phase modulation can be selected and instructed.
[0024]
The power converter according to the next invention is characterized in that, in the above invention, the combined current value / thermal load determination means performs a moving average of the absolute value of the current command value.
[0025]
According to the present invention, the current value / thermal load combined determination means can average the absolute value of the current command value by moving average.
[0026]
The power converter according to the next invention is the above invention, wherein Judgment means Is characterized by comprising region position determining means for determining an operation that requires accuracy based on a region position and selecting whether or not to select a voltage command value for two-phase modulation.
[0027]
According to the present invention, the region position determination means can determine an operation that requires accuracy based on the region position, and can instruct whether or not to select a voltage command value for two-phase modulation.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Exemplary embodiments of a power conversion device according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings.
[0029]
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing a power conversion apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. This power converter is configured to determine whether the current operation is an operation in which current control accuracy is important or an operation in which suppression of heat generation is important, and selects whether to perform two-phase modulation. Have.
[0030]
In FIG. 1, the power conversion apparatus includes a drive unit 1 and a host controller 11. The drive unit 1 also includes a current detector 2, 3 phase / 2 phase conversion means 3, current controller 4, 2 phase / 3 phase conversion means 5, carrier wave 6, comparator 7, short circuit prevention circuit 8, and switching circuit 9. ing. The current detector 2 monitors the current flowing through the motor 20 that is the current control target, and outputs the U-phase / V-phase current to the 3-phase / 2-phase conversion means 3. The three-phase / two-phase conversion means 3 converts these U-phase / V-phase currents into q-axis current (torque current) and d-axis current (excitation current), and feeds them back to the current controller 4. The current controller 4 performs control so that the q-axis / d-axis current fed back from the three-phase / two-phase conversion means 3 matches the q-axis / d-axis current command. In this example, synchronous motor control is considered and the d-axis current command is set to zero. The control signal from the current controller 4 is a two-phase / three-phase conversion means 5. (Three-phase modulation voltage command value calculation means in the scope of claims) Converted into a voltage command value for three-phase modulation Two-phase modulation voltage command value calculation means 10 is converted into a voltage command value for two-phase modulation. The operation identification processing means 12 of the host controller 11 decodes the machining program 13 and selects an optimum voltage command value (for three-phase modulation or two-phase modulation) according to the processing. The selected voltage command value for two-phase modulation or three-phase modulation is converted into a pulse width modulation signal (PWM signal) by the comparator 7 using the carrier wave 6 and a pair of switchings for controlling each phase by the short-circuit prevention circuit 8 It is modified so that the elements do not turn on at the same time. The switching circuit 9 switches the switching elements of the respective phases with these corrected PWM signals, and controls the motor 20.
[0031]
Of FIG. Two-phase modulation voltage command value calculation means The correction calculation performed by 10 is calculated based on the flowchart of FIG. That is, a phase voltage command value of a phase corresponding to the electrical angle θ is a voltage saturation value, and a value obtained by subtracting the original voltage command value of a phase fixed to the voltage saturation value from this voltage saturation value is a voltage correction value ΔV. By adding the voltage correction value ΔV to the voltage command value of each phase other than the phase fixed to the voltage saturation value, the voltage command value after the two-phase modulation correction of each phase is obtained.
[0032]
The operation identification processing means 12 controls to select two-phase modulation when the voltage command value of each phase reaches the voltage saturation value, and prevents current control from being disturbed by waveform distortion due to voltage saturation. However, separately from this control, the contents described in the machining program 13 are decoded and control is performed so as to select an optimum voltage command value. FIG. 2 is a flowchart showing an example of processing when the machining program 13 is decoded. In the flowchart of FIG. 2, the operation identification processing means 12 determines whether the cutting operation or the positioning operation from the command described in the machining program 13, selects three-phase modulation for the cutting operation, and selects two-phase for the positioning operation. Control is performed so that modulation is selected, and the balance between ensuring processing accuracy and reducing switching loss is maintained.
[0033]
In a numerical control device that controls a machine tool, a machining program is prepared in advance, and cutting control that requires a required accuracy and positioning control that does not need to be specified can be specified by the description of the program. FIG. 3 is a diagram showing an example of the machining program, and FIG. 4 is a diagram showing an operation locus by the machining program of FIG. In the machining program of FIG. 3, “G00” is a positioning operation command, and “G01” and “G02” are cutting operation commands. Using this, the motion identification processing means 12 in the host controller uses the machining program command to select the three-phase modulation because accuracy is necessary if it is cutting control. Phase modulation can be selected. FIG. 5 is a diagram illustrating an operation example of two-phase modulation selection according to the first embodiment. In the series of operations, the two-phase modulation is selected for the positioning operation that does not require much accuracy.
[0034]
As described above, according to the first embodiment, in a series of operations, it is clearly understood whether an operation in which precision is important, such as cutting, or an operation in which switching loss reduction is important, such as positioning. In addition, by selectively performing two-phase modulation using this information, it is possible to reliably control the distinction between accuracy and heat generation reduction, and to reliably select two-phase modulation / three-phase modulation selection suitable for the use operation. Can do.
[0035]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 6 is a block diagram showing a power conversion apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. This power converter operates so as to select whether or not to perform two-phase modulation with reference to the current value on the two-phase side of the two-phase / three-phase conversion. In the second embodiment, whether or not to perform two-phase modulation is selected by the current value determination means 14 of the drive unit 1 instead of the host controller. The current value determination means 14 operates to average the absolute value of the q-axis current command over a period of time tr and perform two-phase modulation when the output value is equal to or greater than the reference value Ia. In addition, about another structure, it is the same as that of FIG. 1, and the same code | symbol is attached | subjected to the same part.
[0036]
In the same figure, when the average value of the absolute value of the q-axis current is smaller than the reference value Ia, it is judged that the operation is important for accuracy, and the two-phase modulation is not selected. It is determined that the operation is important to suppress, and two-phase modulation is selected. For example, the time tr may be about 5 (msec), and the reference value Ia may be about 50% of the rated current that can be passed through the switching element.
[0037]
For example, considering the case of a power converter of a numerical control device that controls a servo motor of a machine tool, when the current is large, it is often rough cutting or acceleration / deceleration of high-speed positioning. However, while it is required to suppress a loss due to switching, accuracy is not so required. In addition, when the current is small, finishing is often performed, and the loss due to switching is originally small, but accuracy is required. In this way, it is possible to determine whether loss reduction due to switching is important or accuracy is important depending on the magnitude of the current value in operation, and selection of two-phase modulation is performed using the magnitude of this current value. Is effective.
[0038]
As described above, when the selection of the two-phase modulation is determined by the current, the host controller is unnecessary. Therefore, the determination mechanism can be mounted on the drive unit side together with the two-phase modulation calculation, and the switching control of the two-phase / three-phase modulation independent of the host controller or the machining program can be realized. Further, it is possible to distinguish between rough cutting that does not require much accuracy and finishing that requires accuracy, and it is possible to increase the efficiency of heat generation suppression.
[0039]
In the prior art, there was one that was selected based on the voltage, but when the motor is rotating at high speed, it is affected by the induced voltage and outputs a high voltage even in small load operations such as finishing. Therefore, if it is determined based on the magnitude of the voltage, the two-phase modulation may be erroneously selected in the finishing process, which may adversely affect the accuracy. Therefore, in order to make a more accurate determination, it is necessary to make a determination with reference to current rather than voltage.
[0040]
By the way, if the judgment is made with reference to the phase current, even if the output on the q axis is a constant output, the phase current is a SIN wave, so it is judged that the reference value has been exceeded by the instantaneous value or the reference It may be determined that the value is less than or equal to the value, and the determination may fluctuate. In order to determine what kind of operation the operation is, it is suitable to refer to the q-axis current that becomes the torque output. The cutting torque is about 30% of the rated current that can be passed through the switching element during finishing, about 50-70% during rough machining, and the torque during positioning acceleration / deceleration is about 200%. The value Ia is preferably about 50% of the rated current that can be passed through the switching element.
[0041]
Further, as one collective operation, the acceleration / deceleration of positioning is about 100 msec, and the cutting operation may be about 500 msec or more. Therefore, in order to judge the operation while removing noise, the q-axis current is set to 5 It is more stable to perform a moving average in about 10 msec, and to make a determination of two-phase modulation selection based on this moving average value.
[0042]
FIG. 7 is a diagram illustrating an operation example of two-phase modulation selection according to the second embodiment. In a series of operations, two-phase modulation is selected in rough cutting with a large current.
[0043]
As described above, according to the second embodiment, in the series of operations, the two-phase modulation is selected based on the current value, so that the rough cutting that does not require much accuracy is distinguished from the finishing that requires high accuracy. By selecting phase modulation, it is possible to increase the efficiency of heat generation suppression, and without changing the host controller, it does not depend on the end user's machining program description, and only two-phase modulation can be selected by changing the drive unit. Can be implemented.
[0044]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 8 is a block diagram showing a power conversion apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. This power converter operates to select whether or not to perform two-phase modulation based on an output value obtained by passing the square of the current value through the first-order lag system. In the third embodiment, as in the second embodiment, whether or not to perform two-phase modulation is selected not by the host controller but by the thermal load determination means 15 of the drive unit 1. The thermal load determination means 15 does not select the two-phase modulation when the value output through the first-order lag system of the square value of the q-axis current command is smaller than the reference value Isqa, and performs the two-phase modulation when the value is greater than Isqa. Operate to select. In addition, about another structure, it is the same as that of FIG. 1, and the same code | symbol is attached | subjected to the same part.
[0045]
FIG. 9 is an explanatory diagram for modeling heat generation and heat dissipation of the switching circuit according to the third embodiment. As shown in the figure, the heat generation in the switching power element is almost proportional to the square of the current, and the heat dissipation of the generated heat can be approximated by a first-order lag system, so the thermal time constant is measured and stored in advance, By implementing a first-order lag system of the thermal model and calculating a value obtained by passing the square of the current through the first-order lag system thermal model, the thermal load can be estimated. When the thermal load is large and severe, it is desired to suppress heat generation due to switching. Therefore, when the calculated estimated value of the thermal load is greater than or equal to the reference value Isqa, two-phase modulation is performed. On the other hand, when the thermal load is small and not severely thermal, it is not necessary to select the two-phase modulation, and it is desirable to suppress the harmful effects of the two-phase modulation as much as possible, so that the estimated value of the thermal load is smaller than the reference value Isqa. Does not select two-phase modulation. Since the thermal load can withstand up to the square of the rated current that can flow through the switching element, it can be judged that it is better to suppress heat generation when it is 50% or more of the square of the rated current. It can be judged that there is still room. Therefore, the reference value Isqa is preferably about 50% of the square of the rated current that can be passed through the switching element.
[0046]
FIG. 10 is a diagram illustrating an operation example of two-phase modulation selection according to the third embodiment. When acceleration / deceleration of the positioning operation is frequently performed, or when a large current is continuously output due to rough cutting or the like, the estimated value of the thermal load gradually increases. For this reason, when the estimated value of the thermal load exceeds the reference value Isqa, two-phase modulation is selected to reduce heat generation. On the other hand, when the output current is small in the case of stopping or light cutting, the estimated value of the thermal load gradually decreases, and when the estimated thermal load value becomes smaller than the reference value Isqa, Since it can be determined that the heat is not severe, three-phase modulation is selected.
[0047]
As described above, according to the third embodiment, by selecting the two-phase modulation based on the estimated value of the thermal load in the series of operations, a more optimal two-phase according to the necessity of reducing the switching heat generation. The modulation can be selected, and when the heat generation is not severe, the two-phase modulation is not performed, so that the adverse effects of the two-phase modulation can be suppressed as much as possible.
[0048]
Embodiment 4 FIG.
FIG. 11 is a block diagram showing a power conversion apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. In the fourth embodiment, whether to perform two-phase modulation is selected not by the host controller but by the current value / thermal load combined determination means 16 of the drive unit 1. This combined current value / thermal load determination means 16 is a value obtained by averaging the absolute value of the current over the period of time tr to the reference value Ia or more and passing the square of the q-axis current command through the first-order lag system. Operates to select two-phase modulation when is equal to or greater than the reference value Isqa. In addition, about another structure, it is the same as that of FIG. 1, and the same code | symbol is attached | subjected to the same part.
[0049]
The output value Ir1 obtained by averaging the absolute value of the current over the period of time tr can be used as an index as to whether the operation requires accuracy. The value Ir2 output from the square value of the q-axis current command through the first-order lag system can be used as an index of a thermal load state of a power device or the like. The time tr is relatively short because it determines the current operating condition, and the time constant T of the first-order lag system is relatively long because it is a time constant determined from the heat dissipation characteristics. From this, it is possible to more accurately determine whether or not to perform two-phase modulation by separating the operation determination and the thermal determination.
[0050]
FIG. 12 is a diagram showing conditions in the case of selecting two-phase modulation in the fourth embodiment. Further analysis of the magnitude relationship between Ir1 and Ir2 and the respective reference values reveals that when Ir2 is smaller than the reference value Isqa (Ir2 ≦ Isqa) and the temperature of the power device is low (Ir1 ≦ Ia), the heat generation reduction by switching is reduced. Since the necessity is low, two-phase modulation is not selected. When Ir2 ≧ Isqa and Ir1 ≧ Ia, it can be judged that the control accuracy is not required so much because it is difficult to heat, so the two-phase modulation is selected. When Ir2 ≧ Isqa and Ir1 <Ia, the current is small and the heat decreases, and it is determined that the control accuracy is required. Therefore, the two-phase modulation is not selected. When Ir2 ≦ Isqa and Ir1 ≧ Ia, the current is large, but there is a thermal margin, so two-phase modulation is not selected. As a result of such case division, the region for selecting the two-phase modulation is as shown in FIG.
[0051]
As described above, according to the fourth embodiment, it is possible to more accurately determine whether the two-phase modulation is necessary by using the determination of the operation and the thermal determination together in the series of operations, and more efficiently. Heat generation due to switching loss can be suppressed, and highly accurate current control can be performed in an operation that requires accuracy.
[0052]
Embodiment 5 FIG.
FIG. 13 is a block diagram showing a power conversion device according to Embodiment 5 of the present invention. In the fifth embodiment, as in the second to fourth embodiments, the selection of whether or not to perform two-phase modulation is performed by the region position determination means 17 of the drive unit 1 instead of the host controller. The region position determination means 17 receives position information from the position detector 60, and does not select two-phase modulation when the processing target is within the specified position range, and selects two-phase modulation outside the specified position range. To work. In addition, about another structure, it is the same as that of FIG. 1, and the same code | symbol is attached | subjected to the same part.
[0053]
For example, in a machine tool, a region position where machining is usually performed is determined, and machining is performed within the region. In operations other than machining, in order to carry a workpiece or change a tool, positioning is often performed out of a region position where machining is performed.
[0054]
FIG. 14 shows how such work loading, processing, and work unloading are performed. FIG. 14 (a) shows a position where the work is loaded, and FIG. 14 (b) shows the work being processed. (C) is the figure which showed the position where the processed workpiece is carried out. First, as shown in FIG. 14A, in this example, a workpiece before machining is loaded from the right side by a robot and set on a table. When the work is fixed to the table, the table moves into the machining area. Next, the workpiece is machined in the machining area as shown in FIG. Then, in this example, the table moves to the left side as shown in FIG. 5C, and the processed workpiece is taken out by the left robot. In the case of a processing machine with such work loading / unloading, the work loading / unloading area and the machining area are often separated from each other for safety. In this case, since accuracy is not particularly required in the loading / unloading positioning area other than the machining area, it is advantageous to select two-phase modulation to suppress heat generation due to switching. From this, it is possible to suppress heat generation due to switching loss in the positioning operation by storing in advance the region position where the processing is performed and performing two-phase modulation outside the region position. Further, in the processing region, two-phase modulation selection may be selected by means such as the fourth embodiment.
[0055]
As described above, according to the fifth embodiment, it is possible to determine whether or not the operation requires accuracy based on the region position, and it is possible to easily and reliably select the two-phase modulation by using the position information. it can.
[0056]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, whether to select a voltage command value for two-phase modulation is selected depending on whether accuracy of current control is important or suppression of heat generation is important. When it is clearly understood whether the operation that emphasizes precision such as cutting or the operation that emphasizes switching loss reduction such as positioning in a series of operations, By selectively performing two-phase modulation using information, it is possible to reliably control the distinction between accuracy and heat generation reduction, and it is possible to reliably select two-phase modulation / three-phase modulation suitable for use operation. There is an effect.
[0057]
According to the next invention, heat generation Emphasis on suppression In the case of operation, since the voltage command value for two-phase modulation is selected and instructed, there is an effect that more optimal two-phase modulation selection can be performed according to the necessity of reducing switching heat generation.
[0058]
According to the next invention, heat is generated from the contents of the program instructing the machining control. Emphasis on suppression Action or not Therefore, even when processing control instructions are different, it is possible to arbitrarily identify an operation for suppressing heat generation, and to perform more optimal two-phase modulation selection according to the necessity of reducing switching heat generation. There is an effect that can be done.
[0059]
According to the next invention, when the absolute value of the current command value is larger than a predetermined reference value, the voltage command value for two-phase modulation is selected and instructed. It is possible to increase the efficiency of heat generation suppression by selecting two-phase modulation by distinguishing from finishing processing that requires accuracy, and without depending on the end user's machining program description without changing the host controller Thus, it is possible to implement the two-phase modulation selection only by changing the drive unit.
[0060]
According to the next invention, since the absolute value of the current command value is moving averaged, there is an effect that an accurate two-phase modulation can be selected by a stable determination that is not influenced by noise.
[0061]
According to the next invention, when the first order lag output of the square value of the current command value is larger than the predetermined reference value, the voltage command value for two-phase modulation is selected and instructed. More optimal two-phase modulation selection according to the necessity for reduction can be performed, and when heat generation is not severe, the two-phase modulation is not performed, so that the adverse effects due to the two-phase modulation can be suppressed as much as possible.
[0062]
According to the next invention, when the absolute value of the current command value is larger than the predetermined reference value and the first-order lag output of the square value of the current command value is larger than the predetermined reference value, the two-phase modulation is performed. Therefore, the necessity of two-phase modulation can be accurately determined by determining the operation and the thermal determination at the same time, and more efficiently. There is an effect that heat generation due to switching loss can be suppressed.
[0063]
According to the next invention, since the absolute value of the current command value is moving averaged, there is an effect that an accurate two-phase modulation can be selected by a stable determination that is not influenced by noise.
[0064]
According to the next invention, an operation that requires accuracy is determined based on the region position, and whether or not to select a voltage command value for two-phase modulation is selected and instructed. Modulation can be selected, and the effect that heat generation by switching can be suppressed is achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a power conversion apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing an example of processing when a machining program is decoded.
FIG. 3 is a diagram showing an example of a machining program.
4 is a diagram showing an operation locus according to the machining program of FIG. 3;
FIG. 5 is a diagram illustrating an operation example of two-phase modulation selection according to the first embodiment;
FIG. 6 is a block diagram showing a power conversion device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating an operation example of two-phase modulation selection according to the second embodiment.
FIG. 8 is a block diagram showing a power conversion apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 9 is an explanatory diagram modeling heat generation and heat dissipation of the switching circuit according to the third exemplary embodiment;
FIG. 10 is a diagram illustrating an operation example of two-phase modulation selection according to the third embodiment.
FIG. 11 is a block diagram showing a power conversion apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing, in regions, conditions for selecting two-phase modulation in the fourth embodiment.
FIG. 13 is a block diagram showing a power conversion apparatus according to Embodiment 5 of the present invention.
14A is a diagram showing a position where a workpiece is carried in, FIG. 14B is a diagram showing a position where the workpiece is processed, and FIG. 14C is a diagram where the processed workpiece is carried out. It is the figure which showed the position.
FIG. 15 is a block diagram of a power conversion device that switches between two-phase modulation and three-phase modulation described in JP-A-63-290170.
FIG. 16 is a flowchart showing a process of converting a phase voltage command value for three-phase modulation into a phase voltage command value for two-phase modulation.
FIG. 17A is a waveform diagram showing voltage command values for three-phase modulation before two-phase modulation, and FIG. 17B is a waveform diagram showing voltage command values after two-phase modulation.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Drive unit, 2 Current detector, 3 3 phase / 2 phase conversion means, 4 Current controller, 5 2 phase / 3 phase conversion means, 6 Carrier wave, 7 Comparator, 8 Short-circuit prevention circuit, 9 Switching circuit, 10 Two-phase modulation voltage command value calculation means , 11 Host controller, 12 Operation identification processing means, 13 Processing program, 14 Current value determination means, 15 Thermal load determination means, 16 Current value / thermal load combined determination means, 17 Region position determination means, 20 Motor, 60 position Detector.

Claims

A power conversion device obtained based on the pulse width modulation signal and converts the input DC voltage to an AC voltage from the comparison output of the voltage command value and a carrier wave,
Three-phase modulation voltage command value calculation means for calculating a voltage command value for three-phase modulation;
Two-phase modulation voltage command value calculation means for calculating a voltage command value for two-phase modulation;
A determination means for determining whether the operation is focused on the accuracy of current control or the operation focused on suppressing heat generation;
2-phase / 3-phase modulation voltage command value selection means for selecting and outputting either the voltage command value for 3-phase modulation or the voltage command value for 2-phase modulation based on the determination result of the determination means ;
Power conversion apparatus characterized by comprising a.

2. The power conversion according to claim 1, wherein the determination unit includes an operation identification processing unit that selects and instructs a voltage command value for two-phase modulation in an operation in which suppression of heat generation is important. apparatus.

The power converter according to claim 2, wherein the operation identification processing unit identifies whether or not the operation emphasizes suppression of heat generation from the content of a program instructing machining control.

2. The determination unit according to claim 1, further comprising a current value determination unit for selecting and instructing a voltage command value for two-phase modulation when the absolute value of the current command value is larger than a predetermined reference value. Power converter.

The power converter according to claim 4 , wherein the current value determination unit averages the absolute value of the current command value.

The determination means includes a thermal load determination means for selecting and instructing a voltage command value for two-phase modulation when the first-order lag output of the square value of the current command value is larger than a predetermined reference value. The power conversion device according to claim 1.

The determination means is for two-phase modulation when the absolute value of the current command value is larger than a predetermined reference value and the first-order lag output of the square value of the current command value is larger than the predetermined reference value. The power converter according to claim 1, further comprising a current value / thermal load combined determination unit for selecting and instructing a voltage command value.

The power converter according to claim 7 , wherein the current value / thermal load composite determining unit averages the absolute value of the current command value by moving average.

2. The determination unit according to claim 1, further comprising a region position determination unit that determines an operation that requires accuracy based on a region position, and that selects whether or not to select a voltage command value for two-phase modulation. The power converter described.