JPH03265484A - Control method for voltage type inverter - Google Patents

Control method for voltage type inverter

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JPH03265484A
JPH03265484A JP2063832A JP6383290A JPH03265484A JP H03265484 A JPH03265484 A JP H03265484A JP 2063832 A JP2063832 A JP 2063832A JP 6383290 A JP6383290 A JP 6383290A JP H03265484 A JPH03265484 A JP H03265484A
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power modules
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Abstract

PURPOSE:To obtain a large torque under low speed without increasing the capacity of an inverter by arranging power modules at a converter section and an inverter section alternately on a heat sink. CONSTITUTION:Since the allowable capacity of a heat sink 6 is fixed, approximately same amount of loss is produced at a converter section 1 and an inverter section 2 under high speed at the time of spindle driving, for example, and thereby only a rated torque is produced. In case of low speed operation at the time of C shaft driving, for example, load at the converter section 1 is low and thereby loss is reduced at the converter section. Consequently, allowable loss for the power modules 21-26 at the inverter section 2 distributed on the heat sink 6 increases to allow for a large loss, and thereby a torque larger than the rating torque can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は電源回生機能を持つ電圧形インバータに関する
ものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a voltage source inverter having a power regeneration function.

[従来の技術] 従来、PWM制御する電圧形インバータにおいて、工作
機械の主軸ドライブ等、高頻度の加減速運転を行う場合
は、トランジスタコンバータ等による電源回生能力を持
つものが多く使用されている。
[Prior Art] Conventionally, many PWM-controlled voltage source inverters that have a power regeneration capability using a transistor converter or the like are used when performing high-frequency acceleration/deceleration operations, such as in the main shaft drive of a machine tool.

トランジスタコンバータを持つ電圧形インバータの回路
構成を第4図に示すと、1はトランジスタとダイオード
を逆並列に接続した6個の組からなるコンバータ、2は
同じく6個の組からなるインバータ、3は平滑用コンデ
ンサである。
Figure 4 shows the circuit configuration of a voltage source inverter with a transistor converter. 1 is a converter consisting of six sets of transistors and diodes connected in antiparallel, 2 is an inverter also consisting of six sets, and 3 is a converter consisting of six sets of transistors and diodes connected in antiparallel. It is a smoothing capacitor.

このようなインバータ装置において、これらの逆並列接
続したトランジスタとダイオードとにより第5図に示す
パワーモジュールが構成され、冷却のためヒートシンク
に取り付けられる。第6図に従来のインバータ装置の主
回路部の構造を示す。
In such an inverter device, a power module shown in FIG. 5 is constituted by these anti-parallel connected transistors and diodes, and is attached to a heat sink for cooling. FIG. 6 shows the structure of the main circuit section of a conventional inverter device.

6はパワーモジュール等を取り付けるヒートシンクであ
り、コンバータ1は第5図に示す構造の6個のパワーモ
ジュール11〜16で構成され、インバータ2は同構造
のパワーモジュール21〜26で構成される。4は正電
圧側のブスバーであり、パワーモジュールii〜13.
21〜23と、コンデンサ3の正側端子を接続し、5は
負電圧側のブスバーで、パワーモジュール14〜16.
24〜26とコンデンサ3の負側端子を接続する。
Reference numeral 6 denotes a heat sink to which power modules and the like are attached.The converter 1 is composed of six power modules 11-16 having the structure shown in FIG. 5, and the inverter 2 is composed of power modules 21-26 having the same structure. 4 is a bus bar on the positive voltage side, and power modules ii to 13.
21 to 23 are connected to the positive side terminals of the capacitor 3, 5 is a negative voltage side bus bar, and power modules 14 to 16.
24 to 26 and the negative terminal of the capacitor 3 are connected.

また、特開平1−278058号公報に、第1と第2の
半導体素子の逆並列体を複数個直列に接続した回路にお
いて、第1と第2の半導体を交互に冷却部材を介して積
層することにより、熱負荷の配分を均等化したものが開
示されている。
Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-278058 discloses that in a circuit in which a plurality of antiparallel first and second semiconductor elements are connected in series, the first and second semiconductors are alternately stacked via a cooling member. Accordingly, a method is disclosed in which the distribution of heat load is equalized.

[発明が解決しようとする課題] ダイレクト主軸割出し位置制御(以下C軸ドライブとい
う)機能をもつ工作機械の主軸ドライブの場合、主軸ド
ライブ時は高速で定格トルクを必要とし、C軸ドライブ
時は低速で定格以上の大トルクを要求される。ところが
、第6図に示したインバータ部とコンバータ部のパワー
モジュールがそれぞれのグループに分離されて配列され
た従来方式のパワーモジュールの配置では、主軸ドライ
ブとして容量選定すれば、C軸制御時にコンバータ部は
軽負荷であるにもかかわらずインバータ部は過負荷にな
り、局部的に温度上昇を引き起こして素子破壊を生じる
。したがって、インバータ部の過負荷を防ぐため更に大
容量のインバータを選定する必要があった。
[Problem to be solved by the invention] In the case of a spindle drive for a machine tool that has a direct spindle indexing position control (hereinafter referred to as C-axis drive) function, a high speed and rated torque are required when driving the spindle, and when driving the C-axis, the rated torque is required. A large torque exceeding the rated value is required at low speed. However, in the conventional power module arrangement shown in Figure 6, in which the power modules for the inverter section and the converter section are arranged separately in their own groups, if the capacity is selected as the main shaft drive, the converter section will be activated during C-axis control. Although the load is light, the inverter section becomes overloaded, causing a local temperature rise and causing element destruction. Therefore, in order to prevent overloading of the inverter section, it was necessary to select an inverter with a larger capacity.

また、特開平1−278058号公報に開示されたもの
では、時間的に負荷条件の異なる第1と第2の半導体素
子を交互に配置して冷却部材の小形化を図ったものであ
り、運転速度にかかわらずトルクが最大になるようにし
ているため、低速での定格以上の大トルクを得ることは
出来ない。
Furthermore, in the device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-278058, first and second semiconductor elements having different load conditions in terms of time are arranged alternately to reduce the size of the cooling member. Since the torque is maximized regardless of the speed, it is not possible to obtain large torque beyond the rated value at low speeds.

そこで本発明は、インバータ容量を増すことなく、低速
時に大トルクを得ることを目的とするものである。
Therefore, an object of the present invention is to obtain large torque at low speeds without increasing the inverter capacity.

[課題を解決するための手段] 本発明は、三相ブリッジ接続のインバータ部と、前記イ
ンバータ部と同じ回路構成のコンバータ部を持つ電源回
生可能な電圧形インバータ(こおいて、前記電圧形イン
バータの主回路素子にトランジスタなどからなるパワー
モジュールを用い、前記主回路素子の冷却のためのヒー
トシンク上に前記コンバータ部のパワーモジュールと前
記インバータ部のパワーモジュールとを交互に配置し、
低速運転時に前記インバータ部の電流制限値を速度が低
下するにつれて大きくするものである。
[Means for Solving the Problems] The present invention provides a voltage source inverter capable of power regeneration, which has a three-phase bridge-connected inverter section and a converter section having the same circuit configuration as the inverter section. A power module consisting of a transistor or the like is used as the main circuit element of the converter section and a power module of the inverter section are arranged alternately on a heat sink for cooling the main circuit element,
During low-speed operation, the current limit value of the inverter section is increased as the speed decreases.

[作用] ヒートシンク上に前記コンバータ部のパワーモジュール
と前記インバータ部のパワーモジュールとを交互に配置
し、高速運転時も低速運転時もヒートシンク上のパワー
モジュールの最大総発生ロスが一定になるように低速運
転時に前記インバータ部の電流制限値を速度が低下する
につれて大きくなるようにしであるので、同一のインバ
ータで高速での定格トルクと低速での定格以上の大トル
クの発生が可能となる。
[Function] The power modules of the converter section and the power modules of the inverter section are arranged alternately on the heat sink so that the maximum total loss generated by the power modules on the heat sink is constant during both high-speed operation and low-speed operation. During low-speed operation, the current limit value of the inverter section is set to increase as the speed decreases, so the same inverter can generate a rated torque at high speeds and a torque greater than the rated torque at low speeds.

[実施例] 本発明を図に示す実施例について説明する。[Example] The present invention will be described with reference to embodiments shown in the drawings.

第1図は本発明の実施例を示す斜視図で、11〜16は
第4図に示したものと同じコンバータ部1のパワーモジ
ュール、21〜26はインバータ部2のパワーモジュー
ルで、コンバータ1部のパワーモジュールとインバータ
部2のパワーモジュールとが交互にヒートシンク6の上
に配列されている。3はコンデンサ、4は正電圧側のブ
スバー5は負電圧側のブスバーである。
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the present invention, in which reference numerals 11 to 16 are power modules of the converter section 1, which are the same as those shown in FIG. power modules and power modules of the inverter section 2 are alternately arranged on the heat sink 6. 3 is a capacitor; 4 is a bus bar 5 on the positive voltage side; and 4 is a bus bar on the negative voltage side.

このようなパワーモジュールの配列にすると、ヒートシ
ンクの許容発生ロスが決まっているから、主軸ドライブ
時など高速では、コンバータ部1とインバータ部2は同
程度のロスを発生するので、定格トルクしか得られない
が、C軸ドライブのように、低速で運転する場合は、コ
ンバータ部1の負荷は小さいから、コンバータ部の発生
ロスは減少するのでヒートシンク6上に分散配置されて
いるインバータ部2のパワーモジュール21〜26に対
する許容発生ロスが増して、発生ロスを大きくできるた
め、定格以上の大トルクが得られる。
When arranging power modules like this, the allowable heat sink loss is determined, so at high speeds such as when driving the main shaft, converter section 1 and inverter section 2 generate the same amount of loss, so only the rated torque can be obtained. However, when operating at a low speed like a C-axis drive, the load on the converter section 1 is small, so the loss generated in the converter section is reduced, so the power module of the inverter section 2 distributed on the heat sink 6 Since the allowable generated loss for 21 to 26 increases and the generated loss can be increased, a large torque exceeding the rated value can be obtained.

また、C軸ドライブ時の定トルク制御領域では、コンバ
ータ部1の最大負荷は速度に比例するから、ヒートシン
ク6の冷却能力を最大限に活用するために、トルク制限
レベルを速度の関数で変えればよい。
In addition, in the constant torque control region during C-axis drive, the maximum load on the converter section 1 is proportional to the speed, so in order to make maximum use of the cooling capacity of the heat sink 6, it is necessary to change the torque limit level as a function of the speed. good.

第2図にインバータ装置の制御ブロック図を示すと、1
はコンバータ部、2はインバータ部、31は速度制御器
、32はトルクリミッタ、33はトルク制御器、34は
電流制御器、35は出力電流検出のためのDCCT (
直流変流器)、36はモータ、37はモータ速度を検出
するエンコーダである。
Fig. 2 shows a control block diagram of the inverter device.
2 is a converter section, 2 is an inverter section, 31 is a speed controller, 32 is a torque limiter, 33 is a torque controller, 34 is a current controller, 35 is a DCCT for output current detection (
36 is a motor, and 37 is an encoder for detecting the motor speed.

モータ36は速度指令にエンコーダ37で検出した実速
度が一致するように制御される。
The motor 36 is controlled so that the actual speed detected by the encoder 37 matches the speed command.

すなわち、速度制御器31は速度指令と速度検出信号を
入力し、必要なトルク指令を出力する。
That is, the speed controller 31 inputs a speed command and a speed detection signal, and outputs a necessary torque command.

トルクリミッタ32は、このトルク指令が過大になり、
素子破壊等を招かないレベルに制限するためのものであ
る。このトルクリミッタ32の出力をトルク制御器33
の入力とし、モータ電流指令に変換する。電流制御器3
4、インバータ部2、DCCT35は電流制御ループを
構成し、モータ36にトルクを発生させる電流を供給す
る。
The torque limiter 32 prevents this torque command from becoming excessive.
This is to limit the amount to a level that does not cause damage to the device. The output of this torque limiter 32 is transferred to a torque controller 33.
input and converts it to a motor current command. Current controller 3
4. The inverter section 2 and the DCCT 35 constitute a current control loop, and supply a current to the motor 36 to generate torque.

ここで、トルクリミッタ32によってモータ電流の最大
値が制限できるから、インバータ部2のパワーモジュー
ル21〜26の最大発生ロスも制限できる。
Here, since the maximum value of the motor current can be limited by the torque limiter 32, the maximum loss generated in the power modules 21 to 26 of the inverter section 2 can also be limited.

すなわち、定トルク制御領域ではコンバータ部1のパワ
ーモジュール11〜16の発生ロスは、速度とほぼ比例
するから、トルク制限レベルを速度の関数で変えて、ヒ
ートシンク上の最大総発生ロスを一定に保つことができ
る。
That is, in the constant torque control region, the generated loss in the power modules 11 to 16 of the converter section 1 is almost proportional to the speed, so the torque limit level is changed as a function of the speed to keep the maximum total generated loss on the heat sink constant. be able to.

したがって、従来はトルク制限レベルは、回転数に関係
な(一定に設定されていたが、本発明では第3図に示す
ように、トルク制限レベルを速度の関数とすることによ
り、ヒートシンクの冷却能力を最大限に活用して、さら
にインバータ部2のトルクを大きくすることができる。
Therefore, in the past, the torque limit level was not related to the rotational speed (set constant), but in the present invention, as shown in FIG. 3, by making the torque limit level a function of speed, the cooling capacity of the heat sink is increased. The torque of the inverter section 2 can be further increased by making full use of the torque.

以上のように、ヒートシンク上のパワーモジュールの配
置の変更と、トルク制限レベルを速度の関数として可変
にすることで、主軸ドライブとしての特性とC軸ドライ
ブとしての特性を1台のインバータで得ることができる
As described above, by changing the arrangement of the power module on the heat sink and making the torque limit level variable as a function of speed, it is possible to obtain the characteristics of a main shaft drive and a C-axis drive with a single inverter. I can do it.

本実施例は、工作機械の主軸ドライブについて説明した
ものであるが、トランジスタコンバータをもち、定トル
ク制御されるインバータであれば全て同様な主回路パワ
ーモジュールの配置と制御ができる。
Although the present embodiment describes a main shaft drive of a machine tool, the main circuit power module can be arranged and controlled in the same way for any inverter that has a transistor converter and is controlled with constant torque.

し発明の効果] 以上述べたように、本発明によれば従来と同一のパワー
モジュールとヒートシンクを用いても、低速時などコン
バータ部の負荷が軽いときにモータトルクを増すことが
でき、高速での定格トルクと低速での定格以上の大トル
クの発生が可能となる同一のインバータで高速での定格
トルクと低速での定格以上の大トルクの発生が可能とな
るインバータを提供しうる効果がある。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, even if the same power module and heat sink as before are used, the motor torque can be increased when the load on the converter section is light, such as at low speeds, and the motor torque can be increased at high speeds. The present invention has the effect of providing an inverter that is capable of generating rated torque at high speeds and large torque exceeding the rated value at low speeds with the same inverter that is capable of generating rated torque at high speeds and large torque exceeding the rated torque at low speeds. .

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の実施例を示す斜視図、第2図は本発明
のブロック図、第3図はトルクリミッタの特性を説明す
る説明図、第4図はトランジスタコンバータを持つ電圧
形インバータの主回路構成図、第5図はトランジスタと
ダイオードを逆並列接続したパワーモジュールの回路構
成図、第6図は従来方式のヒートシンク上のパワーモジ
ュール配置方法を示す斜視図である。 1・・・コンバータ部、2・・・インバータ部、3・・
・コンデンサ、11〜16・・・コンバータ部のパワー
モジュール、21〜26・・・インバータ部のパワーモ
ジコール、31・・・速度制御器、32・・・トルクリ
ミッタ、33・・・トルク制御器、34・・・電流制御
器、35・・・DCCT、36・・・モータ、37・・
・エンコーダ 第 1 図 第 図 第 図 第 図
Fig. 1 is a perspective view showing an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a block diagram of the invention, Fig. 3 is an explanatory diagram explaining the characteristics of a torque limiter, and Fig. 4 is a diagram of a voltage source inverter with a transistor converter. FIG. 5 is a circuit diagram of a power module in which transistors and diodes are connected in antiparallel, and FIG. 6 is a perspective view showing a conventional method of arranging a power module on a heat sink. 1...Converter section, 2...Inverter section, 3...
- Capacitor, 11-16... Power module of converter section, 21-26... Power module of inverter section, 31... Speed controller, 32... Torque limiter, 33... Torque controller , 34... Current controller, 35... DCCT, 36... Motor, 37...
・Encoder 1 Figure Figure Figure Figure

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、三相ブリッジ接続のインバータ部と、前記インバー
タ部と同じ回路構成のコンバータ部とを持つ電源回生可
能な電圧形インバータにおいて、前記電圧形インバータ
の主回路素子にトランジスタとダイオードとを備えたパ
ワーモジュールを設け、 前記主回路素子の冷却のためのヒートシンク上に前記コ
ンバータ部のパワーモジュールと前記インバータ部のパ
ワーモジュールとを交互に配置し、低速運転時に前記イ
ンバータ部の電流制限値を速度が低下するにつれて大き
くすることを特徴とする電圧形インバータの制御方法。
[Scope of Claims] 1. In a voltage source inverter capable of power regeneration, which has a three-phase bridge-connected inverter section and a converter section having the same circuit configuration as the inverter section, the main circuit elements of the voltage source inverter include transistors. diodes, the power modules of the converter section and the power modules of the inverter section are arranged alternately on a heat sink for cooling the main circuit elements, and the current of the inverter section is reduced during low-speed operation. A method for controlling a voltage source inverter, characterized in that a limit value is increased as the speed decreases.
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