專利名稱：具有穩(wěn)定dc連接電壓的功能的電動機驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有穩(wěn)定DC連接(link)電壓的功能的電動機驅(qū)動裝置，其在電動機加減速時DC/AC變換部中的負載急劇變化時，通過穩(wěn)定AC/DC變換部中的控制來實現(xiàn)上述穩(wěn)定。
背景技術(shù)：
在驅(qū)動機床、產(chǎn)業(yè)機械、機器人等的電動機控制裝置中，在用于把交流電壓變換為直流電壓的AC/DC變換動作中，有時使用通過功率開關(guān)元件的PWM (Pu 1 se WidthModulation)控制，使用把輸入電流的形狀變換為近似正弦波的方法(PWM變換器)。該PWM變換器方式，有“隨PWM開關(guān)頻率的上升能夠大幅降低輸入電流中包含的高頻成分”、“能夠使直流輸出電壓可變”等優(yōu)點。在日本特開平10-257773號公報(JP10-257773A)中記載了在PWM變換器裝置的直流輸出電壓達到上限電壓值時，修正電流指令值的積分項的值使電流指令值成為零，以穩(wěn)定直流輸出電壓的技術(shù)。另外，在日本特開平8-149855號公報(JP8-149855A)中記載了向DC/AC變換部傳遞電動機的速度指令值之前，先行向AC/DC變換部傳遞電動機的速度指令值，由此抑制由于急劇的負載變動引起的DC連接電壓的變動的技術(shù)。但是，在PWM變換器方式中，如在日本特開平10-257773號公報(JP10-257773A)中記載的那樣，存在在電動機加減速時由于DC/AC變換部的負載急劇變動引起輸出直流電壓(DC連接電壓)變動而變得不穩(wěn)定這樣的缺點。對于該問題，考慮通過提高電壓控制增益或者電流控制增益等環(huán)路增益，提高PWM控制的響應(yīng)特性，實現(xiàn)提高DC連接電壓的穩(wěn)定性。在該情況下，因為僅提高增益控制環(huán)會振動，所以同時也提高PWM開關(guān)頻率。但是，因為當(dāng)PWM開關(guān)頻率提高時與其成比例功率開關(guān)元件發(fā)熱，始終提高PWM開關(guān)頻率是困難的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有能夠抑制功率開關(guān)元件的發(fā)熱并穩(wěn)定DC連接電壓的功能的電動機驅(qū)動裝置。根據(jù)本發(fā)明，提供一種電動機驅(qū)動裝置，其具有AC/DC變換部和DC/AC變換部，前者對功率開關(guān)元件進行PWM開關(guān)控制，把從交流電源供給的交流電壓變換為直流電壓，后者把所述直流電壓變換為頻率可變的交流電壓，驅(qū)動控制電動機，所述AC/DC變換部包含根據(jù)所述直流電壓與直流電壓指令值的偏差生成對所述功率開關(guān)元件進行PWM開關(guān)控制的PWM信號的控制部；以及在所述DC/AC變換部的負載變動期間使所述控制部生成的PWM信號的頻率以及所述控制部中的控制的增益高于通常的水平的頻率/增益變更部。所述頻率/增益變更部，例如在所述DC/AC變換部驅(qū)動控制的電動機的開始加速或者減速之前，使所述頻率以及增益高于通常的水平，在加速或者減速結(jié)束的同時使所述頻率以及增益恢復(fù)到通常的水平。通過僅在由于DC/AC變換部的負載變動導(dǎo)致DC連接電壓有可能不穩(wěn)定的期間提高頻率以及增益而提高響應(yīng)特性，來改善負載變動時的響應(yīng)特性，同時把發(fā)熱抑制到最小限度。


通過關(guān)聯(lián)附圖對下面的實施方式的說明能夠更加明了本發(fā)明的特征以及優(yōu)點，在附圖中，圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式的電動機驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。圖2是在AC/DC變換部中進行的控制的框圖。圖3是表示本發(fā)明的第二實施方式的電動機驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。圖4是表示本發(fā)明的第三實施方式的電動機驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
具體實施例方式下面參照附圖詳細說明本發(fā)明的實施方式。在附圖中，對相同結(jié)構(gòu)要素附以相同的參照符號。參照附圖，圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式的電動機驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)的圖。AC/DC變換部10通過功率開關(guān)元件12的開關(guān)控制把從交流電源14 (在該情況下是三相交流電源)供給的交流電壓變換為直流電壓后輸出。DC/AC變換部16通過根據(jù)來自NC裝置17的速度指令對功率開關(guān)元件18進行開關(guān)控制，把從AC/DC變換部10輸出的直流電壓變換為與速度指令對應(yīng)的頻率的交流電壓，驅(qū)動電動機20。AC/DC變換部10包含控制部22和頻率/增益變更部對?？刂撇?2根據(jù)從AC/DC變換部10輸出的直流電壓即DC連接電壓、與DC連接電壓指令的偏差以及從電源14來的電流的值，生成用于功率開關(guān)元件12的PWM控制的PWM信號。頻率/增益變更部24，當(dāng)從DC/AC變換部16接受加減速開始信號時，高于通常的水平地設(shè)定控制部22中的控制的環(huán)路增益以及從控制部22輸出的PWM信號的頻率，當(dāng)接受加減速結(jié)束信號時，使增益和頻率恢復(fù)到通常的水平。向頻率/增益變更部M輸入的加減速開始信號以及加減速結(jié)束信號例如在DC/AC變換部16中生成。如上所述，DC/AC變換部16輸出與來自NC裝置17的速度指令對應(yīng)的頻率的交流電壓。DC/AC變換部16，在變更速度指令后，首先在向AC/DC變換部10輸出加減速開始信號后開始電動機20的加速或者減速的控制。然后，DC/AC變換部16在加速或者減速的控制結(jié)束、電動機20的速度穩(wěn)定后，輸出加減速結(jié)束信號。因此，因為DC/AC變換部16在正在進行加速或者減速，DC/AC變換部16的負載變動，導(dǎo)致DC連接電壓可能變得不穩(wěn)定的期間，較高地設(shè)定AC/DC變換部10中的控制的環(huán)路增益，所以提高了 DC連接電壓的穩(wěn)定性。另外為防止由于較高地設(shè)定環(huán)路增益引起的振動，在該期間中也同時較高地設(shè)定PWM信號的頻率，但是因為加減速的控制結(jié)束后恢復(fù)到原來的水平，所以能夠把功率開關(guān)元件的發(fā)熱抑制到最小限度。圖2是在AC/DC變換部10中進行的控制的框線圖。在節(jié)點30計算DC連接電壓的值與DC連接電壓指令值的偏差，在框32中進行PI運算，計算電源電流的指令值。在節(jié)點34計算電源電流的值和電源電流指令值的偏差，在框36中進行PI運算，計算PWM指令值。在框38中，比較PWM指令值和固定頻率的三角波，輸出比較結(jié)果，由此進行PWM調(diào)制。框40把電源模型化。框42把DC連接電容器19 (圖1)模型化。在此，頻率/增益變更部24 (圖1)在接收加減速開始信號后到接收加減速結(jié)束信號之間，比通常的水平高地設(shè)定框36中的增益。由此，提高從節(jié)點34起經(jīng)由框36、框38、以及框40返回節(jié)點34的電流環(huán)路的增益，改善PWM控制的響應(yīng)特性。另外，為防止由于較高地設(shè)定環(huán)路增益而產(chǎn)生的振蕩，在該期間內(nèi)同時較高地設(shè)定框38中的PWM信號的頻率。因為較高地設(shè)定PWM信號的頻率僅限于該期間內(nèi)，所以能夠把功率開關(guān)元件的發(fā)熱抑制到最小限度。圖3表示本發(fā)明的第二實施方式的電動機驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)。在本實施方式中，也把DC連接電壓的實測值和指令值輸入到頻率/增益變更部M中。在頻率/增益變更部M中，除根據(jù)加減速開始/結(jié)束信號變更頻率和增益以外，或者代替此種操作，計算DC連接電壓和DC連接電壓指令值的偏差后與第一閾值比較，如果偏差超過第一閾值，則認為負載在變動，較高地設(shè)定控制部22中的增益和頻率，在偏差變成比第一閾值還小的第二閾值以下時，使增益以及頻率恢復(fù)到原來的水平。由此，因為僅在負載變動、連接電壓變得不穩(wěn)定的期間內(nèi)較高地設(shè)定回路增益，所以能夠使DC連接電壓穩(wěn)定，而且能夠把發(fā)熱抑制到最小限度。圖4表示本發(fā)明的第三實施方式。在本實施方式中，在功率開關(guān)元件12或者安裝有功率開關(guān)元件12的發(fā)熱板上設(shè)置溫度檢測部44，把溫度檢測部44檢測的溫度值輸入到頻率/增益變更部24。頻率/增益變更部M，在溫度檢測部44檢測的溫度在預(yù)定值以上時，即使在負載變動的期間內(nèi)也把頻率以及增益維持在通常的水平，避免在那以上的發(fā)熱。吹此之外的點與第一以及第二實施方式相同。至此，關(guān)聯(lián)本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式說明了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解，在不脫離后述的權(quán)利要求的公開范圍內(nèi)可以進行各種修正及變更。
權(quán)利要求
1.一種電動機驅(qū)動裝置，其具有AC/DC變換部(10)和DC/AC變換部(16)，前者對功率開關(guān)元件(1 進行PWM開關(guān)控制，把從交流電源(14)供給的交流電壓變換為直流電壓，后者把所述直流電壓變換為頻率可變的交流電壓，驅(qū)動控制電動機(20)，該電動機驅(qū)動裝置的特征在于，所述AC/DC變換部包含控制部(22)，其根據(jù)所述直流電壓與直流電壓指令值的偏差生成用于對所述功率開關(guān)元件進行PWM開關(guān)控制的PWM信號；以及頻率/增益變更部(M)，其在所述DC/AC變換部的負載變動期間，使所述控制部生成的PWM信號的頻率以及所述控制部中的控制的增益高于通常的水平。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，所述頻率/增益變更部在所述DC/AC變換部驅(qū)動控制的電動機開始加速或者減速之前，使所述頻率以及增益高于通常的水平，在加速或者減速結(jié)束的同時使所述頻率以及增益恢復(fù)到通常的水平。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，所述DC/AC變換部在所述電動機的指令速度發(fā)生了變更時，向所述頻率/增益變更部發(fā)送加減速開始信號，在與所述電動機的指令速度的變更對應(yīng)的所述電動機的加速或者減速的控制結(jié)束時，向所述頻率/增益變更部發(fā)送加減速結(jié)束信號，所述頻率/增益變更部響應(yīng)所述加減速開始信號，使所述頻率以及增益高于通常水平，響應(yīng)所述加減速結(jié)束信號，使所述頻率以及增益恢復(fù)到通常的水平。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，所述頻率/增益變更部在所述偏差成為第一閾值以上時，使所述頻率以及增益高于通常水平，在所述偏差成為比所述第一閾值小的第二閾值以下時，使所述頻率以及增益恢復(fù)到通常的水平。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，所述AC/DC變換部還包含檢測所述功率元件的溫度的溫度檢測部G4)，所述頻率/增益變更部在所述溫度檢測部檢測的溫度在預(yù)定值以上時，即使在所述DC/AC變換部的負載變動的期間，也不高于通常水平地設(shè)定所述頻率以及增益。
全文摘要
一種電動機驅(qū)動裝置，具有AC/DC變換部和DC/AC變換部，前者對功率開關(guān)元件進行PWM開關(guān)控制，把從交流電源供給的交流電壓變換為直流電壓，后者把直流電壓變換為頻率可變的交流電壓，驅(qū)動控制電動機。AC/DC變換部包含控制部，其根據(jù)直流電壓與直流電壓指令值的偏差生成用于對功率開關(guān)元件進行PWM開關(guān)控制的PWM信號；以及頻率/增益變更部，其在DC/AC變換部的負載變動的期間、使控制部生成的PWM信號的頻率以及控制部中的控制的增益高于通常水平。
文檔編號H02P27/08GK102386844SQ20111026364
公開日2012年3月21日 申請日期2011年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月3日
發(fā)明者原田隆, 堀越真一, 巖下平輔, 黑木涉 申請人:發(fā)那科株式會社