DE102014105628B4

DE102014105628B4 - Motorregelung mit einer Erfassungsfunktion für Unregelmäßigkeiten im Gleichspannungszwischenkreis

Info

Publication number: DE102014105628B4
Application number: DE102014105628.0A
Authority: DE
Inventors: c/o FANUC CORPORATION Ooi Youichirou
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2014-04-22
Publication date: 2016-06-02
Anticipated expiration: 2034-04-23
Also published as: DE102014105628A1; JP5689497B2; JP2014217085A; CN104113258B; CN104113258A; US20140312822A1; US9294024B2

Abstract

Motoransteuerungsvorrichtung, umfassend: einen Gleichrichter (2), der eine von einer Netzstromversorgung (1) eingegebene Wechselspannung in eine Gleichspannung umformt; einen Gleichspannungs-Zwischenkreis (4) zum Glätten der vom Gleichrichter (2) ausgegebenen Gleichspannung; einen Wechselrichter (10) zum Umformen der im Gleichspannungs-Zwischenkreis (4) geglätteten Gleichspannung mit einem Halbleiter-Schaltelement in eine Wechselspannung, mit der ein Motor angesteuert wird; eine Spannungszuführeinheit (6), die von der Netzstromversorgung (1) unabhängig ist und dazu dient, eine Spannung an den Gleichspannungs-Zwischenkreis (4) anzulegen; einen Spannungsdetektor (7), der die Spannung am Gleichspannungs-Zwischenkreis (4) nach dem Anlegen der Spannung durch die Spannungszuführeinheit (6) erfasst; und eine Störungserkennungseinheit (8), die die An- oder Abwesenheit einer Störung im Gleichspannungs-Zwischenkreis (4) abhängig von einem Spannungswert, der durch den Spannungsdetektor (7) über eine vorbestimmte Zeitdauer erfasst wird, und einer zeitlichen Änderung der Spannung feststellt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Motoransteuerungsvorrichtung und insbesondere eine Motoransteuerungsvorrichtung mit einer Erfassungsfunktion für die An- oder Abwesenheit einer Störung in einer Gleichspannungs-Zwischenkreiseinheit.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Als Verfahren zum Ansteuern eines Motors mit einer Motoransteuerungsvorrichtung kennt man ein Verfahren zum Ansteuern eines Motors, bei der eine von einer Netzstromversorgung eingegebene Wechselspannung mit einem Gleichrichter in eine Gleichspannung umgeformt wird. Anschließend wird diese Gleichspannung mit einem Wechselrichter in eine Wechselspannung umgesetzt. Zum Glätten der vom Gleichrichter ausgegebenen Gleichspannung ist ein Gleichspannungs-Zwischenkreis vorhanden, der einen Glättungskondensator und weitere Bauelemente enthält. Wird bei einer Unregelmäßigkeit im Gleichspannungs-Zwischenkreis von der Netzstromversorgung Wechselspannung an den Gleichrichter angelegt, so kann der Wechselrichter beschädigt werden. Wird beispielsweise Strom aus der Netzstromversorgung während eines Kurzschlusses des Gleichspannungs-Zwischenkreises zugeführt, so fließt ein hoher Strom in den Wechselrichter, und es besteht die Möglichkeit, dass die Motoransteuerungsvorrichtung zerstört wird. Daher ist es wichtig, die An- oder Abwesenheit einer Störung im Gleichspannungs-Zwischenkreis zu erfassen, bevor Wechselspannung von der Netzstromversorgung an den Gleichrichter gelangt.
Hierzu wurde eine Motoransteuerungsvorrichtung zum Erfassen der An- oder Abwesenheit einer Störung in einem Gleichspannungs-Zwischenkreis offenbart (siehe beispielsweise die JP H05-336 759 A ). 1 zeigt eine Aufbauskizze einer herkömmlichen Motoransteuerungsvorrichtung. Die herkömmliche Motoransteuerungsvorrichtung enthält einen Gleichrichter 1002, der eine eingegebene Wechselspannung gleichrichtet, eine Glättungsvorrichtung 1004, die mit der Ausgangsspannung geladen wird, die der Gleichrichter 1002 gleichgerichtet hat, Strombegrenzungsvorrichtungen 1009a und 1009b, die die Höhe des Ladestroms der Glättungsvorrichtung 1004 begrenzen, einen Wechselrichter 1005, in dem eine Schaltvorrichtung mit Halbleiterbauteilen dazu verwendet wird, eine Last mit einer Wechselspannung zu speisen, und zwar mit Hilfe einer PWM-Steuerung der Ausgangsspannung der Glättungsvorrichtung 1004, eine Spannungserfassungsschaltung 1010, die eine Spannung an beiden Anschlüssen der Glättungsvorrichtung 1004 erfasst, und eine Feststellvorrichtung 1012, in der eine CPU dazu verwendet wird, den Normalbetrieb oder eine Störung festzustellen, und zwar abhängig davon, ob die Ausgangsspannung der Spannungserfassungsschaltung 1010 größer oder kleiner ist als eine vorbestimmte Spannung. In der herkömmlichen Motoransteuerungsvorrichtung, siehe 1, wird eine Spannung von einer Netzstromversorgung 1001 an die Glättungsvorrichtung 1004 angelegt, die ein Gleichspannungs-Zwischenkreis ist, und zwar über die Widerstände 1009a und 1009b, um die An- oder Abwesenheit einer Störung abhängig von der Anstiegsgeschwindigkeit der Spannung festzustellen.
Bei der herkömmlichen Motoransteuerungsvorrichtung wird jedoch eine hohe Spannung von der Netzstromversorgung 1001 angelegt. Daher müssen die Widerstände eine hohe zulässige Leistung aufweisen, und sie sind teuer und haben große Abmessungen.
Die DE 10 2009 011 254 A1 zeigt einen Frequenzumrichter zum Betreiben eines Leistungsverbrauchers mit einer Gleichrichterschaltung, einem Gleichspannungszwischenkreis und einem Wechselrichter. Ein Spannungsmessgerät erfasst eine über eine Kondensatoranordnung abfallende Spannung.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt eine Motoransteuerungsvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Gemäß der Erfindung ist es ohne den Einsatz eines teueren Widerstands möglich, festzustellen, dass keine Unregelmäßigkeit in einem Gleichspannungs-Zwischenkreis auftritt, und zwar ohne Strom aus einer Netzstromversorgung in den Gleichspannungs-Zwischenkreis einzuspeisen. Daher kann der Strom der Netzstromversorgung der Motoransteuerungsvorrichtung sicher zugeführt werden. Zusätzlich zur Feststellung, dass im Gleichspannungs-Zwischenkreis keine Störung vorliegt, kann festgestellt werden, dass keine Störungen in Schaltbauteilen vorliegen und dass keine Unregelmäßigkeiten wie etwa ein Kurzschluss zwischen zwei Phasen vorliegen. Daher kann der Strom der Netzstromversorgung der Motoransteuerungsvorrichtung sicherer zugeführt werden. Tritt eine Störung in einem Gleichspannungs-Zwischenkreis auf oder in einem Schaltbauteil, das Teil des Wechselrichters ist, kann eine Zerstörung der Motoransteuerungsvorrichtung, der Stromliefervorrichtung usw. beim Einschalten des Stroms verhindert werden.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die genannten Merkmale und Vorteile der Erfindung und weitere Merkmale und Vorteile gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung zusammen mit den Zeichnungen hervor.
Es zeigt:
1 eine Aufbauskizze einer herkömmlichen Motoransteuerungsvorrichtung;
2 eine Aufbauskizze einer Motoransteuerungsvorrichtung einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
3 eine Aufbauskizze einer Störungserkennungseinheit, die in der Motoransteuerungsvorrichtung der ersten Ausführungsform der Erfindung enthalten ist;
4 ein Flussdiagramm, das die Arbeitsweise der Motoransteuerungsvorrichtung der ersten Ausführungsform der Erfindung erklärt;
5 Kurven der zeitlichen Veränderung der Spannungen am Gleichspannungs-Zwischenkreis;
6 ein Flussdiagramm, das die Arbeitsweise der Motoransteuerungsvorrichtung der zweiten Ausführungsform der Erfindung erklärt;
7 ein Flussdiagramm, das die Arbeitsweise der Motoransteuerungsvorrichtung zum Erkennen des Vorhandenseins einer Störung zwischen den Phasen U und V einer dritten Ausführungsform der Erfindung erklärt;
8 ein Flussdiagramm, das die Arbeitsweise der Motoransteuerungsvorrichtung zum Erkennen des Vorhandenseins einer Störung zwischen den Phasen V und W der dritten Ausführungsform der Erfindung erklärt; und
9 ein Flussdiagramm, das die Arbeitsweise der Motoransteuerungsvorrichtung zum Erkennen des Vorhandenseins einer Störung zwischen den Phasen W und U der dritten Ausführungsform der Erfindung erklärt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Motoransteuerungsvorrichtung der Erfindung wird nun mit Hilfe der Zeichnungen beschrieben. Man beachte, dass der technische Bereich der Erfindung nicht auf die Ausführungsformen eingeschränkt ist, sondern von der Erfindung abgedeckt wird, die in den beigefügten Ansprüchen beschrieben ist.
Erste Ausführungsform
Es wird nun im Weiteren eine Motoransteuerungsvorrichtung einer ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. 2 zeigt eine Aufbauskizze einer Motoransteuerungsvorrichtung einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Motoransteuerungsvorrichtung der ersten Ausführungsform der Erfindung umfasst einen Gleichrichter 2, der eine von einer Netzstromversorgung 1 eingegebene Wechselspannung in eine Gleichspannung umsetzt, einen Gleichspannungs-Zwischenkreis 4, der die Gleichspannung glättet, die der Gleichrichter 2 ausgibt, einen Wechselrichter 10, der die im Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 geglättete Gleichspannung in eine Wechselspannung zum Ansteuern eines Motors umsetzt, und zwar mit Hilfe von Halbleiter-Schaltbauteilen, eine Spannungszuführeinheit 6, die unabhängig von der Netzstromversorgung 1 vorhanden ist und eine Spannung an den Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 anlegt, einen Spannungsdetektor 7, der die Spannung am Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 nach dem Anlegen der Spannung durch die Spannungszuführeinheit 6 erfasst, und eine Störungserkennungseinheit 8, die die An- oder Abwesenheit einer Störung im Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 anhand der Spannung erkennt, die der Spannungsdetektor 7 erfasst.
Die Netzstromversorgung 1 ist eine dreiphasige Wechselstromversorgung. Die von der Netzstromversorgung 1 ausgegebene Wechselspannung wird über den netzseitigen Schalter 3 an den Gleichrichter 2 angelegt. In der Erfindung wird zum Erfassen der An- oder Abwesenheit einer Störung des Gleichspannungs-Zwischenkreises 4 vor dem Anlegen einer Wechselspannung aus der Netzstromversorgung 1 an den Gleichrichter 2 der netzseitige Schalter 3 offen gehalten, bis die An- oder Abwesenheit einer Störung des Gleichspannungs-Zwischenkreises 4 festgestellt ist. Der netzseitige Schalter 3 umfasst einen ersten Schalter 3a, einen zweiten Schalter 3b und einen dritten Schalter 3c, die jeweils zu einer Phase der dreiphasigen Wechselstromversorgung gehören.
Der Gleichrichter 2 setzt eine von der Netzstromversorgung 1 eingegebene dreiphasige Wechselspannung in Gleichspannung um. 2 zeigt ein Beispiel, in dem eine dreiphasige Vollweg-Gleichrichterschaltung aus sechs Dioden besteht.
Der Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 dient zum Glätten der vom Gleichrichter 2 ausgegebenen Gleichspannung. Als Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 kann man beispielsweise einen Glättungskondensator verwenden.
Ein Widerstand 5 liegt parallel zu dem Gleichspannungs-Zwischenkreis 4. Der Widerstand 5 kann dadurch gebildet werden, dass man eine Anzahl Widerstände in Reihe schaltet. In der Ausführungsform ist ein Beispiel dargestellt, in dem der Widerstand 5 aus den fünf Widerständen 51 (erster Widerstand) bis 55 (fünfter Widerstand) besteht. Die Anzahl der Widerstände, aus denen der Widerstand 5 besteht, ist nicht auf fünf eingeschränkt. Es kann sich um einen oder mindestens zwei Widerstände handeln.
Ein Teil der Widerstände der Widerstandskette, die den Widerstand 5 bilden, ist mit einer Spannungszuführeinheit 6 versehen, die eine Spannung an den Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 anlegt, und zwar unabhängig von der Netzstromversorgung 1. 2 zeigt ein Beispiel, in dem die Spannungszuführeinheit 6 an beide Anschlüsse des fünften Widerstands 55 angeschlossen ist. Die Anordnung ist jedoch nicht hierauf eingeschränkt, sondern der Anschluss kann an irgendeinem der Widerstände erfolgen, die den Widerstand 5 bilden. Die Spannungszuführeinheit 6 enthält einen Schalter 61 und eine Gleichspannungsversorgung 62. Der Schalter 61 wird nur dann eingeschaltet, wenn eine Spannung an den Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 angelegt wird. Eine CPU 9 steuert das Ein- und Ausschalten des Schalters 61. Der Schalter 61 kann ein Bauelement sein, das Schalten kann, beispielsweise ein Relais, ein Halbleiter-Schaltelement usw. Die Gleichspannungsversorgung 62 ist unabhängig von der Netzstromversorgung 1 und kann eine Gleichspannung an den Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 anlegen, ohne dass Strom aus der Netzstromversorgung 1 in den Gleichrichter 2 fließt.
Der Widerstand 5 enthält den Spannungsdetektor 7 zum Erfassen der Spannung am Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 nach dem Anlegen der Spannung durch die Spannungszuführeinheit 6. In 2 ist ein Beispiel dargestellt, in dem der Spannungsdetektor 7 an die Kombination des vierten Widerstands 54 und des fünften Widerstands 55 angeschlossen ist. Es besteht jedoch keine Einschränkung auf dieses Beispiel; der Anschluss kann an irgendeinem oder mehreren Widerständen erfolgen, die es ermöglichen, die Spannung am Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 zu erfassen. Der Spannungsdetektor 7 enthält einen A/D-Umsetzer (nicht dargestellt), der die Spannung des Gleichspannungs-Zwischenkreises 4 digitalisiert, damit eine Spannungsänderung durch digitale Signalverarbeitung erfasst werden kann. Die vom Spannungsdetektor 7 erfasste Spannung des Gleichspannungs-Zwischenkreises 4 wird an die Störungserkennungseinheit 8 ausgegeben.
Die Störungserkennungseinheit 8 stellt die An- oder Abwesenheit einer Störung am Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 abhängig von der Spannung fest, die der Spannungsdetektor 7 erfasst. Die Störungserkennungseinheit 8 kann beispielsweise ein Hochpassfilter 81, eine Betragsschaltung 82 und einen Komparator 83 enthalten, siehe 3. Durch das Hochpassfilter 81 wird es möglich, plötzliche Spannungsänderungen zu erfassen. Die Betragsschaltung 82 gibt eine positive Ausgangsspannung aus, wenn die Orientierung der plötzlichen Spannungsänderung nicht nur positiv sondern auch negativ ist. Der Komparator 83 vergleicht die Ausgabe der Betragsschaltung 82 mit einem vorbestimmten Referenzwert. Die Ausgabe der Störungserkennungseinheit 8 wird an die CPU 9 geliefert. Jede Schaltung kann als Analogschaltung oder als Digitalschaltung realisiert werden.
Die CPU 9 empfängt ein Feststellungsergebnis über den Größenzusammenhang zwischen der Spannung des Gleichspannungs-Zwischenkreises 4 und dem vorbestimmten Referenzwert, d. h. ein ausgegebenes Ergebnis der Störungserkennungseinheit 8. Sie gibt ein Alarmsignal aus, wenn die Spannung des Gleichspannungs-Zwischenkreises 4 den vorbestimmten Referenzwert übersteigt.
Der Wechselrichter 10 formt die im Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 geglättete Gleichspannung in eine Wechselspannung zum Ansteuern eines Motors 13 um, und zwar mit den Halbleiter-Schaltbauteilen 11a bis 11f. Das Bezugszeichen 11a bezeichnet ein oberes Schaltbauteil der U-Phase, und 11b bezeichnet ein unteres Schaltbauteil der U-Phase. 11c bezeichnet ein oberes Schaltbauteil der V-Phase, und 11d bezeichnet ein unteres Schaltbauteil der V-Phase. 11e bezeichnet ein oberes Schaltbauteil der W-Phase, und 11f bezeichnet ein unteres Schaltbauteil der W-Phase. Als Schaltbauteile 11a bis 11f kann man Transistoren verwenden. Die Schaltbauteile 11a bis 11f enthalten Freilaufdioden 12a bis 12f, die jeweils antiparallel geschaltet sind. Die Freilaufdioden führen den Strom, der durch die elektromotorische Kraft fließt, die die elektromagnetische Induktion einer Spule im Motor 13 erzeugt, wenn ein Schaltbauteil aus dem Ein- in den Ausschaltzustand übergeht, damit das Auftreten einer hohen Stoßspannung vermieden wird und der Transistor nicht beschädigt wird.
Die vom Wechselrichter 10 ausgegebene Wechselspannung wird an den Motor 13 geliefert, damit der Motor 13 angesteuert wird.
Nun werden die Arbeitsprozeduren der Motoransteuerungsvorrichtung der ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. 4 zeigt ein Flussdiagramm, das die Arbeitsweise der Motoransteuerungsvorrichtung der ersten Ausführungsform der Erfindung erklärt. In 4 wird zum Erfassen der An- oder Abwesenheit einer Störung im Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 der netzseitige Schalter 3 geöffnet, und von der Netzstromversorgung 1 gelangt keine Wechselspannung an den Gleichrichter 2. Zudem wird die Spannung am Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 vorher auf 0 Volt gesetzt.
In dieser Ausführungsform erfasst der Spannungsdetektor 7 die Spannung am Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 nach dem Anlegen einer Spannung durch die Spannungszuführeinheit 6, und die Störungserkennungseinheit 8 stellt die An- oder Abwesenheit einer Störung im Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 abhängig von der Spannung fest, die der Spannungsdetektor 7 erfasst. Genauer gesagt erfasst der Spannungsdetektor 7 die Spannung am Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 über eine vorbestimmte Zeitdauer, und die Störungserkennungseinheit 8 stellt die An- oder Abwesenheit einer Störung im Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 abhängig von der zeitlichen Änderung der Spannung am Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 fest, die der Spannungsdetektor 7 erfasst. Zunächst legt im Schritt S101 die Spannungszuführeinheit 6 eine Spannung an den Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 an. Dabei wird wie beschrieben der Schalter 61 der Spannungszuführeinheit 6 geschlossen, damit die Spannung der Gleichspannungsversorgung 62 an einen Abschnitt des Widerstands 5 angelegt wird, der mit dem Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 verbunden ist.
Im Schritt S102 erfasst der Spannungsdetektor 7 die Spannung am Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 nach dem Anlegen der Spannung durch die Spannungszuführeinheit 6. Wie beschrieben wird die Spannung an einem Abschnitt eines Widerstands gemessen, der einen Teil des Widerstands 5 bildet und mit dem Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 verbunden ist, um die Spannung am Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 zu berechnen. Der Spannungsdetektor 7 erfasst die Spannung am Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 über eine vorbestimmte Zeitspanne.
Im Schritt S103 stellt die Störungserkennungseinheit 8 fest, ob die Veränderungsgeschwindigkeit (zeitliche Veränderung) der vom Spannungsdetektor 7 erfassten Spannung größergleich einem vorbestimmten Wert ist. 5 zeigt ein Beispiel der zeitlichen Veränderung der Spannungen am Gleichspannungs-Zwischenkreis 4. In der graphischen Darstellung in 5 ist auf der Abszisse die Zeit und auf der Ordinate die Spannung des Gleichspannungs-Zwischenkreises aufgetragen. Es wird davon ausgegangen, dass zur Zeit t = 0 die Spannungszuführeinheit 6 mit dem Anlegen einer Spannung an den Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 beginnt. Arbeitet der Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 normal, so steigt die Spannung des Gleichspannungs-Zwischenkreises zeitabhängig wie in der Kurve L0 dargestellt, und zur Zeit t = t₀ wird eine Spannung V₀ erreicht. Die Spannung V₀ bezeichnet den Standardwert (Referenzwert), bei dem festgestellt wird, dass der Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 normal arbeitet. Ist die Abweichung der Spannung V des Gleichspannungs-Zwischenkreises 4 von der Spannung V₀ hoch, so wird festgestellt, dass der Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 nicht normal arbeitet. Anders gesagt berechnet die Betragsschaltung 82 einen Betrag der Differenz der Spannung V vom Referenzwert V₀ zur Zeit t = t₀. Der Komparator 83 vergleicht den Betrag mit einem vorbestimmten Wert, und die Störungserkennungseinheit 8 stellt die An- oder Abwesenheit einer Störung im Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 fest.
Ändert sich beispielsweise die vom Spannungsdetektor 7 erfasste Spannung des Gleichspannungs-Zwischenkreises 4 gemäß der Kurve 11 in 5, und die Spannung V₁ zur Zeit t = t₀ überschreitet V₀ mit einer Differenz, die größergleich einem vorbestimmten Wert ΔV (V₁ – V₀ ≥ ΔV) ist, so wird festgestellt, dass eine plötzliche Spannungsänderung aufgetreten ist. Ändert sich dagegen die vom Spannungsdetektor 7 erfasste Spannung des Gleichspannungs-Zwischenkreises 4 gemäß der Kurve 12 in 5, und die Spannung V₂ zur Zeit t = t₀ ist kleiner als V₀, und zwar mit einer Differenz größergleich dem vorbestimmten Wert ΔV (V₀ – V₂ ≥ ΔV), so wird festgestellt, dass eine plötzliche Spannungsänderung aufgetreten ist. Auf diese Weise wird im Schritt S104 nach dem Auftreten einer plötzlichen Spannungsänderung eine Störung im Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 festgestellt. In diesem Fall gibt die CPU 9 im Schritt S105 einen Alarm aus.
Ist dagegen bei der vom Spannungsdetektor 7 erfassten Spannung des Gleichspannungs-Zwischenkreises 4 der Betrag der Differenz zwischen der Spannung V zur Zeit t = t₀ und der Referenzspannung V₀ kleiner als der vorbestimmte Wert, so wird festgestellt, dass im Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 keine Störung vorliegt. Im Schritt S106 wird Strom aus der Netzstromversorgung 1 an den Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 geliefert.
Die obige Beschreibung liefert ein Beispiel (ein erstes Störungserkennungsverfahren) zum Erfassen der An- oder Abwesenheit einer Störung in dem Gleichspannungs-Zwischenkreis durch das Vergleichen einer Spannung am Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 zu einer vorbestimmten Zeit mit einem Referenzwert. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf eingeschränkt. Die Störungserkennungseinheit 8 kann die An- oder Abwesenheit einer Störung des Gleichspannungs-Zwischenkreises 4 abhängig von der zeitlichen Veränderungsrate der Spannung am Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 feststellen. Ein Verfahren zum Messen der zeitlichen Veränderungsrate umfasst ein Verfahren (ein zweites Störungserkennungsverfahren) zum Berechnen eines zeitlichen Differentialwerts der Spannung (DV/dt) zu einer vorbestimmten Zeit, und ein Berechnungsverfahren (ein drittes Störungserkennungsverfahren) mit einer integrierten Zeit bis die Spannung am Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 eine vorbestimmte Spannung erreicht. Zudem kann man mit einer Kombination dieser Störungserkennungsverfahren die An- oder Abwesenheit einer Störung im Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 feststellen. Wird beispielsweise eine Störung im Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 mit Hilfe einer Kombination dieser drei Störungserkennungsverfahren erkannt, zu denen die beschriebenen ersten bis dritten Störungserkennungsverfahren gehören, so kann das Auftreten einer Störung im Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 erkannt werden, wenn in irgendeinem der Störungserkennungsverfahren eine Referenz erreicht wird, die die Störung im Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 anzeigt. Dies ermöglicht es, eine Störung der Zwischenkreisspannung rasch zu erkennen.
Die Störungserkennungseinheit 8 kann zudem die An- oder Abwesenheit einer Störung im Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 abhängig von der Veränderungsgröße der Spannung am Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 erkennen. Wächst beispielsweise die Spannung am Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 zeitlich an und wird die Spannung am Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 während der Periode von der Zeit t = 0 bis t = t₀ erfasst, und unterscheidet sich die Spannung am Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 schon vor der Zeit t₀ stark vom vorbestimmten Referenzwert V₀, so kann zu diesem Zeitpunkt eine aufgetretene Störung im Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 erkannt werden. Dies ermöglicht es, eine Störung der Zwischenkreisspannung rasch zu erkennen.
Zweite Ausführungsform
Im Weiteren wird die Motoransteuerungsvorrichtung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Die Anordnung der Motoransteuerungsvorrichtung der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich nicht von der Motoransteuerungsvorrichtung der ersten Ausführungsform in 2. Sie wird daher nicht nochmals beschrieben. Liegt, wie bereits erklärt, keine Störung des Gleichspannungs-Zwischenkreises vor, und könnte es sein, dass eine Störung im Wechselrichter auftritt, so ist es wichtig, festzustellen, dass im Wechselrichter keine Störung vorhanden ist, bevor Strom aus der Netzstromversorgung in die Motoransteuerungsvorrichtung fließt. Die Motoransteuerungsvorrichtung der zweiten Ausführungsform veranlasst ein Halbleiter-Schaltbauteil zu arbeiten, bevor Strom aus der Netzstromversorgung in den Gleichspannungs-Zwischenkreis fließt, und sie erfasst eine Veränderung der Spannung am Gleichspannungs-Zwischenkreis, damit automatisch eine Störung im Wechselrichter erkannt wird, und sie weist das Merkmal auf, dass die An- oder Abwesenheit einer Störung eines Schaltbauteils, das Teil des Wechselrichters ist, anhand einer Veränderung der Spannung des Gleichspannungs-Zwischenkreises erkannt wird, wenn das obere Schaltbauteil und das untere Schaltbauteil aller Phasen U, V und W nacheinander eingeschaltet werden.
Es werden nun die Arbeitsprozeduren der Motoransteuerungsvorrichtung der zweiten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. 6 zeigt ein Flussdiagramm, das die Arbeitsweise der Motoransteuerungsvorrichtung der zweiten Ausführungsform der Erfindung erklärt. Zunächst wird im Schritt S201 der Schalter 61 der Spannungszuführeinheit 6 geschlossen und gleichzeitig nur das obere Schaltbauteil 11a der U-Phase durch ein Steuersignal von der CPU 9 eingeschaltet. Dabei bleiben alle anderen Schaltbauteile 11b bis 11f ausgeschaltet. In dieser Ausführungsform wird vorausgesetzt, dass in dem Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 keine Störung gefunden wurde.
Im Schritt S202 erfasst der Spannungsdetektor 7 die Spannung am Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 über eine vorbestimmte Zeitspanne. Im Schritt S203 stellt die Störungserkennungseinheit 8 fest, ob die Veränderungsgeschwindigkeit der Spannung am Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 größergleich einem vorbestimmten Wert ist. Das Feststellverfahren für die Spannungs-Veränderungsgeschwindigkeit unterscheidet sich nicht von der ersten Ausführungsform und wird daher nicht erneut beschrieben.
Ist die Spannungs-Veränderungsgeschwindigkeit am Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 größergleich dem vorbestimmten Wert, so wird im Schritt S204 festgestellt, dass eine Störung im unteren Schaltbauteil 11b der U-Phase vorliegt. In diesem Fall gibt die CPU 9 im Schritt S205 ein Alarmsignal aus.
Ist dagegen die Spannungs-Veränderungsgeschwindigkeit am Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 kleiner als der vorbestimmte Wert, so wird im Schritt S206 nur das untere Schaltbauteil 11b der U-Phase mit einem Steuersignal von der CPU 9 eingeschaltet.
Im Schritt S207 erfasst der Spannungsdetektor 7 die Spannung am Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 über eine vorbestimmte Zeitspanne. Im Schritt S208 stellt die Störungserkennungseinheit 8 fest, ob die Veränderungsgeschwindigkeit der Spannung am Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 größergleich einem vorbestimmten Wert ist. Das Feststellverfahren für die Spannungs-Veränderungsgeschwindigkeit unterscheidet sich nicht von der ersten Ausführungsform und wird daher nicht erneut beschrieben.
Ist die Spannungs-Veränderungsgeschwindigkeit am Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 größergleich dem vorbestimmten Wert, so wird im Schritt S209 festgestellt, dass eine Störung im oberen Schaltbauteil 11a der U-Phase vorliegt. In diesem Fall gibt die CPU 9 im Schritt S210 ein Alarmsignal aus. Ist dagegen die Spannungs-Veränderungsgeschwindigkeit am Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 kleiner als der vorbestimmte Wert, so wird im Schritt S211 Strom von der Netzstromversorgung 1 in den Gleichspannungs-Zwischenkreis geleitet. Dabei wird jedoch vorausgesetzt, dass in den Schaltbauteilen der V-Phase und der W-Phase keine Störungen vorliegen.
Die obige Beschreibung hat ein Erkennungsverfahren für die An- oder Abwesenheit einer Störung im oberen Schaltbauteil und im unteren Schaltbauteil der U-Phase vorgestellt. Das gleiche Verfahren kann man dazu verwenden, die An- oder Abwesenheit einer Störung in den Schaltbauteilen der V-Phase und der W-Phase zu erkennen. Das Erfassen der An- oder Abwesenheit einer Störung in den Schaltbauteilen der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase vor dem Zuführen von Strom aus der Netzstromversorgung 1 an die Motoransteuerungsvorrichtung kann eine Beschädigung der Motoransteuerungsvorrichtung, der Stromversorgungseinrichtungen usw. verhindern, die durch eine Stromzufuhr bei einer vorliegenden Störung in einem Schaltbauteil des Wechselrichters auftritt.
Dritte Ausführungsform
Es wird nun die dritte Ausführungsform der Motoransteuerungsvorrichtung der Erfindung beschrieben. Die Anordnung der Motoransteuerungsvorrichtung der dritten Ausführungsform unterscheidet sich nicht von der Motoransteuerungsvorrichtung der ersten Ausführungsform in 2. Sie wird daher nicht nochmals beschrieben. Liegt, wie bereits erklärt, keine Störung des Gleichspannungs-Zwischenkreises vor, und könnte es sein, dass eine Störung im Wechselrichter auftritt, so ist es wichtig, festzustellen, dass im Wechselrichter keine Störung vorhanden ist, bevor Strom aus der Netzstromversorgung 1 in die Motoransteuerungsvorrichtung fließt. Die Motoransteuerungsvorrichtung der dritten Ausführungsform veranlasst ein Halbleiter-Schaltbauteil zu arbeiten, bevor Strom aus der Netzstromversorgung in den Gleichspannungs-Zwischenkreis fließt, und sie erfasst eine Veränderung der Spannung am Gleichspannungs-Zwischenkreis, damit automatisch eine Störung im Wechselrichter erkannt wird, und sie weist das Merkmal auf, dass die An- oder Abwesenheit einer Störung wie ein Phasenkurzschluss usw. eines Schaltbauteils, das Teil des Wechselrichters ist, anhand einer Veränderung der Spannung des Gleichspannungs-Zwischenkreises erkannt wird, wenn das obere Schaltbauteil und das untere Schaltbauteil von zwei Phasen der Phasen U, V und W gleichzeitig eingeschaltet werden.
Es werden nun die Arbeitsprozeduren der Motoransteuerungsvorrichtung der dritten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. 7 bis 9 zeigen Flussdiagramme, die die Arbeitsweise der Motoransteuerungsvorrichtung der dritten Ausführungsform der Erfindung erklären. 7 zeigt ein Flussdiagramm, das die Arbeitsweise der Motoransteuerungsvorrichtung zum Erkennen des Vorhandenseins einer Störung zwischen den Phasen U und V erklärt. Zunächst wird im Schritt S301 der Schalter 61 der Spannungszuführeinheit 6 geschlossen und gleichzeitig das obere Schaltbauteil 11a der U-Phase und das untere Schaltbauteil 11d der V-Phase durch ein Steuersignal von der CPU 9 eingeschaltet. Dabei bleiben alle anderen Schaltbauteile 11b, 11c, 11e und 11f ausgeschaltet. In dieser Ausführungsform wird vorausgesetzt, dass in dem Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 keine Störung gefunden wurde.
Im Schritt S302 erfasst der Spannungsdetektor 7 die Spannung am Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 über eine vorbestimmte Zeitspanne. Im Schritt S303 stellt die Störungserkennungseinheit 8 fest, ob die Veränderungsgeschwindigkeit der Spannung am Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 größergleich einem vorbestimmten Wert ist. Das Feststellverfahren für die Spannungs-Veränderungsgeschwindigkeit unterscheidet sich nicht von der ersten Ausführungsform und wird daher nicht erneut beschrieben.
Ist die Spannungs-Veränderungsgeschwindigkeit am Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 größergleich dem vorbestimmten Wert, so wird im Schritt S304 festgestellt, dass eine Unregelmäßigkeit zwischen den Phasen U und V vorliegt. In diesem Fall gibt die CPU 9 im Schritt S305 ein Alarmsignal aus.
Ist dagegen die Spannungs-Veränderungsgeschwindigkeit am Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 kleiner als der vorbestimmte Wert, so wird die An- oder Abwesenheit einer Störung zwischen anderen Phasen festgestellt. 8 zeigt ein Flussdiagramm, das die Arbeitsweise der Motoransteuerungsvorrichtung zum Erkennen des Vorhandenseins einer Störung zwischen den Phasen V und W erklärt. Zunächst wird im Schritt S401 der Schalter 61 der Spannungszuführeinheit 6 geschlossen und gleichzeitig das obere Schaltbauteil 11c der V-Phase und das untere Schaltbauteil 11f der W-Phase durch ein Steuersignal von der CPU 9 eingeschaltet. Dabei bleiben alle anderen Schaltbauteile 11a, 11b, 11d und 11e ausgeschaltet.
Im Schritt S402 erfasst der Spannungsdetektor 7 die Spannung am Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 über eine vorbestimmte Zeitspanne. Im Schritt S403 stellt die Störungserkennungseinheit 8 fest, ob die Veränderungsgeschwindigkeit der Spannung am Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 größergleich einem vorbestimmten Wert ist. Das Feststellverfahren für die Spannungs-Veränderungsgeschwindigkeit unterscheidet sich nicht von der ersten Ausführungsform und wird daher nicht erneut beschrieben.
Ist die Spannungs-Veränderungsgeschwindigkeit am Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 größergleich dem vorbestimmten Wert, so wird im Schritt S404 festgestellt, dass eine Unregelmäßigkeit zwischen den Phasen V und W vorliegt. In diesem Fall gibt die CPU 9 im Schritt S405 ein Alarmsignal aus.
Ist dagegen die Spannungs-Veränderungsgeschwindigkeit am Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 kleiner als der vorbestimmte Wert, so wird die An- oder Abwesenheit einer Störung zwischen anderen Phasen festgestellt. 9 zeigt ein Flussdiagramm, das die Arbeitsweise der Motoransteuerungsvorrichtung zum Erkennen des Vorhandenseins einer Störung zwischen den Phasen W und U erklärt. Zunächst wird im Schritt S501 der Schalter 61 der Spannungszuführeinheit 6 geschlossen und gleichzeitig das obere Schaltbauteil 11e der W-Phase und das untere Schaltbauteil 11b der U-Phase durch ein Steuersignal von der CPU 9 eingeschaltet. Dabei bleiben alle anderen Schaltbauteile 11a, 11c, 11d und 11f ausgeschaltet.
Im Schritt S502 erfasst der Spannungsdetektor 7 die Spannung am Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 über eine vorbestimmte Zeitspanne. Im Schritt S503 stellt die Störungserkennungseinheit 8 fest, ob die Veränderungsgeschwindigkeit der Spannung am Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 größergleich einem vorbestimmten Wert ist. Das Feststellverfahren für die Spannungs-Veränderungsgeschwindigkeit unterscheidet sich nicht von der ersten Ausführungsform und wird daher nicht erneut beschrieben.
Ist die Spannungs-Veränderungsgeschwindigkeit am Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 größergleich dem vorbestimmten Wert, so wird im Schritt S504 festgestellt, dass eine Unregelmäßigkeit zwischen den Phasen W und U vorliegt. In diesem Fall gibt die CPU 9 im Schritt S505 ein Alarmsignal aus.
Ist dagegen die Spannungs-Veränderungsgeschwindigkeit am Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 kleiner als der vorbestimmte Wert, so wird festgestellt, dass zwischen der U-Phase und der V-Phase, der V-Phase und der W-Phase und der W-Phase und der U-Phase keine Störungen vorliegen, und Strom aus der Netzstromversorgung 1 wird in den Gleichspannungs-Zwischenkreis 4 eingespeist.
Wie beschrieben ermöglicht das Feststellen der An- oder Abwesenheit einer Störung zwischen der U-Phase und der V-Phase, der V-Phase und der W-Phase und der W-Phase und der U-Phase vor dem Einspeisen von Strom aus der Netzstromversorgung in die Motoransteuerungsvorrichtung eine Beschädigung der Motoransteuerungsvorrichtung, der Stromversorgungseinrichtungen usw. zu verhindern, die eintritt, wenn bei einer Störung zwischen Phasen des Wechselrichters 10 mit der Stromzufuhr begonnen wird.
Die CPU 9 kann das genannte Erfassen der An- oder Abwesenheit einer Störung in dem Gleichspannungs-Zwischenkreis und dem Wechselrichter automatisch steuern, bevor die Netzstromversorgung mit der Motoransteuerungsvorrichtung verbunden wird.

Claims

Motoransteuerungsvorrichtung, umfassend: einen Gleichrichter (2), der eine von einer Netzstromversorgung (1) eingegebene Wechselspannung in eine Gleichspannung umformt; einen Gleichspannungs-Zwischenkreis (4) zum Glätten der vom Gleichrichter (2) ausgegebenen Gleichspannung; einen Wechselrichter (10) zum Umformen der im Gleichspannungs-Zwischenkreis (4) geglätteten Gleichspannung mit einem Halbleiter-Schaltelement in eine Wechselspannung, mit der ein Motor angesteuert wird; eine Spannungszuführeinheit (6), die von der Netzstromversorgung (1) unabhängig ist und dazu dient, eine Spannung an den Gleichspannungs-Zwischenkreis (4) anzulegen; einen Spannungsdetektor (7), der die Spannung am Gleichspannungs-Zwischenkreis (4) nach dem Anlegen der Spannung durch die Spannungszuführeinheit (6) erfasst; und eine Störungserkennungseinheit (8), die die An- oder Abwesenheit einer Störung im Gleichspannungs-Zwischenkreis (4) abhängig von einem Spannungswert, der durch den Spannungsdetektor (7) über eine vorbestimmte Zeitdauer erfasst wird, und einer zeitlichen Änderung der Spannung feststellt.
Motoransteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Störungserkennungseinheit (8) einen Komparator (83) umfasst, der die Spannung des Gleichspannungs-Zwischenkreises (4) mit einem vorbestimmten Referenzwert vergleicht, damit die Spannung am Gleichspannungs-Zwischenkreis (4), die eine vorbestimmte Zeitspanne nach dem Anlegen der Spannung an den Gleichspannungs-Zwischenkreis (4) durch die Spannungszuführeinheit (6) erfasst wird, mit dem vorbestimmten Referenzwert verglichen wird.
Motoransteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Spannungsdetektor (7) einen A/D-Umsetzer umfasst, der die Spannung des Gleichspannungs-Zwischenkreises (4) digitalisiert, damit eine Spannungsänderung durch digitale Signalverarbeitung erfasst werden kann.
Motoransteuerungsvorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Halbleiter-Schaltbauteil in Betrieb gesetzt wird, bevor Strom aus der Netzstromversorgung (1) in den Gleichspannungs-Zwischenkreis (4) fließt, und die Veränderung der Spannung des Gleichspannungs-Zwischenkreises (4) erfasst wird, so dass eine Störung im Wechselrichter (10) automatisch erkannt wird.