DE102015112830A1 - An eine elektrische Speichervorrichtung angeschlossener PWM- Gleichrichter für einen Motorantrieb - Google Patents

An eine elektrische Speichervorrichtung angeschlossener PWM- Gleichrichter für einen Motorantrieb Download PDF

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Abstract

Ein PWM-Gleichrichter 1 umfasst eine Hauptschaltungseinheit 11, die auf Basis eines PWM-Steuersignals eine bidirektionale Leistungsumwandlung zwischen Wechselstrom und Gleichstrom durchführt; eine Gleichspannungsschleifensteuereinheit 51, die einen Strombefehl erzeugt, wodurch verursacht wird, dass der Gleichspannungswert der Hauptschaltungseinheit 11 einem Gleichspannungsbefehl entspricht; eine Strombefehlsbegrenzungseinheit 52, die dann, wenn ein absoluter Wert des Strombefehls einen Grenzwert übersteigt, den Grenzwert als endgültigen Strombefehl festlegt, und andernfalls den Strombefehl als den endgültigen Strombefehl festlegt; eine Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit 53, die einen Sättigungszustand bestimmt, wenn der endgültige Stromwert auf den Grenzwert festgelegt ist, und andernfalls einen Nichtsättigungszustand bestimmt; eine Gleichspannungsbefehlsberechnungseinheit 54, die in dem Nichtsättigungszustand den Gleichspannungsbefehl beibehält und in dem Sättigungszustand den Gleichspannungsbefehl zu einem Wert ändert, der durch Addieren eines Versatzes zu einem Mindest- oder Höchstwert des Gleichspannungswerts nach einem Übergang von dem Nichtsättigungszustand zu dem Sättigungszustand erhalten wird; und eine PWM-Steuersignalerzeugungseinheit 55, die das PWM-Steuersignal aus dem endgültigen Strombefehl erzeugt.

Description

  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen PWM-Gleichrichter für einen Motorantrieb, der unter Verwendung eines PWM-Signals ein Schaltelement steuert, um eine Dreiphasen-Wechselstromleistung in eine Gleichstromleistung umzuwandeln, und betrifft insbesondere einen PWM-Gleichrichter, der über eine elektrische Speichervorrichtung, die Gleichstromleistung speichern kann, an die Gleichstromseite eines Inverters angeschlossen ist, welcher eine Stromumwandlung zwischen einer Gleichstromleistung und einer Wechselstromleistung, bei der es sich um die Antriebsleistung oder eine regenerative Leistung eines Motors handelt, durchführt.
  • 2. Beschreibung der verwandten Technik
  • In einer Motorantriebseinheit zum Antreiben von Motoren, die in Werkzeugmaschinen, Industriemaschinen, Formmaschinen, Spritzgussmaschinen oder verschiedenen Arten von Robotern verwendet werden, wird eine Gleichstromleistung, die vorübergehend aus einer Wechselstromleistung, welche von Seiten einer Wechselstromversorgung eingegeben wird, umgewandelt wurde, weiter in eine Wechselstromleistung umgewandelt. Die umgewandelte Wechselstromleistung wird als Antriebsleistung eines Motors, der für jede Antriebsachse bereitgestellt ist, verwendet. Die Motorantriebseinheit umfasst einen Gleichrichter zur Ausgabe einer Gleichstromleistung durch Gleichrichten der Wechselstromleistung, die von Seiten einer Wechselstromversorgung, die mit einer Dreiphasen-Netzwechselstromversorgung versehen ist, geliefert wird; und einen Inverter, der an eine Gleichstromanbindung an einer Gleichstromseite des Gleichrichters angeschlossen ist, um eine bidirektionale Leistungsumwandlung zwischen der Gleichstromleistung an der Gleichstromanbindung und der Wechselstromleistung, bei der es sich um die Antriebsleistung oder die regenerative Leistung eines Motors handelt, durchzuführen. Die Motorantriebseinheit steuert die Geschwindigkeit, das Drehmoment, oder die Position eines Rotors des Motors, der an die Wechselstromseite des Inverters angeschlossen ist.
  • Bei einer Steuerung der Beschleunigung oder Verlangsamung eines Motors mit einer Motorantriebseinheit wird in Bezug auf eine Wechselstromversorgung ein Ausgang oder eine Regeneration mit einer großen Menge an Wechselstromleistung benötigt, was zum Auftreten einer elektrischen Leistungsspitze führt. Nun ist die Leistungsversorgungskapazität auf Seiten einer Wechselstromversorgung, von der Leistung zu der Motorantriebseinheit geliefert wird, im Allgemeinen unter Berücksichtigung der elektrischen Leistungsspitze, die zu der Zeit der Beschleunigung und Verlangsamung des Motors auftritt, gestaltet. Doch gemäß der Gestaltung unter Berücksichtigung der elektrischen Leistungsspitze, die zu der Zeit der Beschleunigung und Verlangsamung des Motors auftritt, ist die Leistungsversorgungskapazität verglichen mit dem Fall bei einer einfachen Gestaltung unter Berücksichtigung der Durchschnittsleistung einer Motorantriebseinheit unvermeidlich groß. Besonders bei einer Motorantriebseinheit mit vielen Gelegenheiten rascher Beschleunigungen und rascher Verlangsamungen eines Motors ist die Leistungsversorgungskapazität viel größer. Mit dem Größerwerden der Leistungsversorgungskapazität steigen die Anlagekosten und die Betriebskosten, weshalb bevorzugt wird, die Leistungsversorgungskapazität zu verringern.
  • Um die Leistungsversorgungskapazität zu verringern, kann eine Motorantriebseinheit mit einem PWM(Pulsweitenmodulations)-Gleichrichter, der eine Leistungsbetriebstätigkeit (eine Umwandlungstätigkeit), bei der eine Wechselstromleistung in eine Gleichstromleistung umgewandelt wird, und eine regenerative Tätigkeit (eine umgekehrte Umwandlungstätigkeit), bei der eine Gleichstromleistung in eine Wechselstromleistung umgekehrt wird, durchführen kann, und einer elektrischen Speichervorrichtung, die in Parallelschaltung an eine Gleichstromseite des PWM-Gleichrichters angeschlossen ist und Gleichstromleistung speichern kann, versehen sein. Mit diesem Aufbau ist es durch passendes derartiges Steuern des PWM-Gleichrichters, dass das Ausmaß jeder durch den PWM-Gleichrichter durchgeführten Leistungsumwandlung bei der Leistungsbetriebstätigkeit (der Umwandlungstätigkeit), bei der eine Wechselstromleistung in eine Gleichstromleistung umgewandelt wird, und der regenerativen Tätigkeit (der umgekehrten Umwandlungstätigkeit), bei der eine Gleichstromleistung in eine Wechselstromleistung umgewandelt wird, reguliert wird, möglich, die regenerative Leistung, die zur Zeit der Verlangsamung eines Motors durch den Motor erzeugt wird, in einer elektrischen Speichervorrichtung zu speichern und diese gespeicherte Leistung zur Zeit der Beschleunigung des Motors zu verwenden, wodurch die Leistungsversorgungskapazität verringert wird.
  • 10 ist ein Diagramm, das den Aufbau einer gewöhnlichen Motorantriebseinheit, die einen PWM-Gleichrichter umfasst, veranschaulicht. Im Folgenden sind Bestandteile, die in verschiedenen Zeichnungen mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, Bestandteile mit der gleichen Funktion. Eine Motorantriebseinheit 100 umfasst einen PWM-Gleichrichter 10, der eine Wechselstromleistung von einer Dreiphasen-Wechselstrom-Netzstromversorgung (nachstehend in einigen Fällen einfach als ”Wechselstromversorgung” bezeichnet) 4 in eine Gleichstromleistung umwandelt; und einen Inverter 2, der die von dem PWM-Gleichrichter 10 ausgegebene Gleichstromleistung in eine Wechselstromleistung mit einer gewünschten Frequenz, die als Antriebsleistung eines Motors 3 geliefert werden soll, umwandelt, und der die Wechselstromleistung, die durch den Motor 3 regeneriert wird, in eine Gleichstromleistung umwandelt. Die Motorantriebseinheit 100 steuert den Motor 3 so, dass die Geschwindigkeit, das Drehmoment, oder die Position eines Rotors des Motors 3, der an die Wechselstromseite des Inverters 2 angeschlossen ist, reguliert wird. Der PWM-Gleichrichter 10 ist an einen Wechselstromreaktor 5 an einer Eingangsseite der Dreiphasen-Wechselstromleistung angeschlossen.
  • Die Inverter 2 sind in einer Anzahl bereitgestellt, die der Anzahl der Motoren 3 gleich ist, um die Antriebsleistung einzeln zu den jeweiligen Motoren 3, die für eine entsprechende von mehreren Achsen bereitgestellt sind, zu liefern, um eine Antriebssteuerung der Motoren 3 durchzuführen. Es ist zu beachten, dass bei dem dargestellten Beispiel angenommen wird, dass die Anzahl der Motoren 3 ”eins” beträgt und daher in diesem Fall die Anzahl der Inverter 2 ebenfalls ”eins” beträgt. In vielen Fällen ist zum Zweck einer Verringerung der Kosten und des Raums, der durch die Motorantriebseinheit 100 belegt wird, ein PWM-Gleichrichter 10 in Bezug auf mehrere Inverter 2 bereitgestellt.
  • Der PWM-Gleichrichter 100 ist durch eine Hauptschaltungseinheit 11, die einen Brückenkreis, der mit einem Schaltelement und einer antiparallel an das Schaltelement angeschlossenen Diode ausgeführt ist, umfasst, und eine PWM-Gleichrichter-Steuereinheit 12, die ein PWM-Steuersignal zur Steuerung eines Schaltbetriebs des Schaltelements in der Hauptschaltungseinheit 11 erzeugt, aufgebaut. Obwohl eine regenerative Leistung durch den Motor 3 auftritt, wenn der Motor 3 durch eine Steuerung durch die Motorantriebseinheit 100 verlangsamt wird, kann diese regenerative Leistung durch den Inverter 2 zu dem PWM-Gleichrichter 10 zurückgeführt werden. Der PWM-Gleichrichter 10 kann unter Steuerung des Schaltbetriebs des Schaltelements in dem PWM-Gleichrichter 10 durch das PWM-Steuersignal eine regenerative Tätigkeit (umgekehrte Umwandlungstätigkeit) durchführen, bei der eine Gleichstromleistung in eine Wechselstromleistung umgewandelt wird, und kann die Regenerationsenergie, die von dem Inverter 2 zurückgeführt wurde, zu der Seite der Wechselstromversorgung 4 hin zurückführen.
  • Die PWM-Gleichrichter-Steuereinheit 12 in dem PWM-Gleichrichter 10 erzeugt das PWM-Steuersignal aus einem Wechselspannungswert auf Seiten der Wechselstromversorgung 4, der durch eine Wechselspannungsdetektionseinheit 22 detektiert wird, und einem Gleichspannungswert an einer elektrischen Speichervorrichtung 6, der durch eine Gleichspannungsdetektionseinheit 23 detektiert wird (einem Gleichspannungswert über eine Gleichstromanbindung zwischen der Hauptschaltungseinheit 11 in dem PWM-Gleichrichter 10 und dem Inverter 2). Das PWM-Steuersignal wird so erzeugt, dass die Hauptschaltungseinheit 11 des PWM-Gleichrichters 10 die Wechselstromleistung mit einem Leistungsfaktor von ”Eins” erzeugt und den Gleichspannungswert, bei dem es sich um einen Ausgang des PWM-Gleichrichters 10 handelt, bei einem gewünschten Wert behält. Das PWM-Steuersignal wird an das Schaltelement in der Hauptschaltungseinheit 11 des PWM-Gleichrichters 10 angelegt.
  • 11 ist ein Blockdiagramm zur Beschreibung des Aufbaus der in 10 veranschaulichten PWM-Gleichrichter-Steuereinheit. Die PWM-Gleichrichter-Steuereinheit 12 umfasst eine Gleichspannungsschleifensteuereinheit 31, eine Leistungsversorgungsphasenberechnungseinheit 32, eine Dreiphasen-DQ-Umwandlungseinheit 33, eine Stromschleifensteuereinheit 34, eine DQ-Dreiphasen-Umwandlungseinheit 35, und eine PWM-Modulationseinheit 36.
  • Die Gleichspannungsschleifensteuereinheit 31 erzeugt auf der Basis des Gleichspannungswerts, der durch die Gleichspannungsdetektionseinheit 23 detektiert wird, und eines eingegebenen Gleichspannungsbefehls einen Strombefehl, der verursacht, dass der Gleichspannungswert mit dem Gleichspannungsbefehl übereinstimmt. Es ist zu beachten, dass in dem PWM-Gleichrichter 10 für den Gleichspannungsbefehl im Allgemeinen ein fester Wert verwendet wird. Durch die Leistungsversorgungsphasenberechnungseinheit 32 wird aus dem Wechselspannungswert, der durch die Wechselspannungsdetektionseinheit 21 detektiert wird, eine Leistungsversorgungsphase berechnet. Unter Verwendung der Leistungsversorgungsphase wandelt die Dreiphasen-DQ-Umwandlungseinheit 33 den Dreiphasen-Wechselstromwert, der durch die Wechselstromdetektionseinheit 22 detektiert wird, in einen Stromwert auf einer DQ-Koordinatenebene (nachstehend als ”DQ-Phasen-Stromwert”) um. Die Stromschleifensteuereinheit 34 erzeugt einen Spannungsbefehl auf der DQ-Koordinatenebene (nachstehend als ”DQ-Phasen-Spannungsbefehl” bezeichnet), der verursacht, dass der DQ-Phasen-Stromwert dem Strombefehl entspricht. Die DQ-Dreiphasen-Umwandlungseinheit 35 wandelt den DQ-Phasen-Spannungsbefehl unter Verwendung der Leistungsversorgungsphase in einen Dreiphasen-Spannungsbefehl um. Die PWM-Modulationseinheit 36 vergleicht den Dreiphasen-Spannungsbefehl mit einem Dreieckwellen-Trägersignal mit einer vorherbestimmten Trägerfrequenz, um das PWM-Steuersignal zur Steuerung eines Schaltbetriebs eines Halbleiter-Schaltelements in der Hauptschaltungseinheit 11 des PWM-Gleichrichters 10 zu erzeugen. Gemäß diesem Aufbau wird der Schaltbetrieb des internen Schaltelements in der Hauptschaltungseinheit 11 des PWM-Gleichrichters 10 durch das PWM-Steuersignal gesteuert, um die Leistungsbetriebs- oder die regenerative Tätigkeit durchzuführen.
  • 12 ist ein Blockdiagramm zur Beschreibung des Aufbaus der in 11 veranschaulichten Gleichspannungsschleifensteuereinheit. Die Gleichspannungsschleifensteuereinheit 31 umfasst einen Subtrahierer 41, eine PI-Steuereinheit 42, und eine Strombefehlsbegrenzungseinheit 43. Im Allgemeinen wird für einen absoluten Wert des Strombefehls, der durch die Gleichspannungsschleifensteuereinheit 31 erzeugt wird, auf Basis eines Nennstroms eines Elements wie etwa eines Schaltelements in dem PWM-Gleichrichter 11 ein oberer Grenzwert bereitgestellt. Die Strombefehlsbegrenzungseinheit 43 klemmt den Strombefehl an den oberen Grenzwert, wenn die Größe des Strombefehls gleich oder größer als der obere Grenzwert ist. Zudem kann der Grenzwert des Strombefehls in der Strombefehlsbegrenzungseinheit 43 dann, wenn zum Beispiel gewünscht ist, die Leistungsversorgungskapazität zu verringern, auf Basis der Leistungsversorgungskapazität so festgelegt sein, dass er ein noch geringerer Wert ist. Nachstehend wird ein Zustand, in dem der Strombefehl den Grenzwert erreicht hat, als ”Sättigungszustand der Gleichspannungsschleifensteuereinheit” bezeichnet. Da der Strombefehl bei dem Grenzwert behalten wird, wenn sich die Gleichspannungsschleifensteuereinheit in dem Sättigungszustand befindet, wird von dem PWM-Gleichrichter 10 stets eine Gleichstromleistung mit einer konstanten Amplitude ausgegeben und ist es schwierig, zu verursachen, dass die Gleichspannung dem Gleichspannungsbefehl folgt. Daher nimmt der Gleichspannungsbefehl ab, wenn sich der PWM-Gleichrichter 10 in einem Leistungsbetriebszustand befindet, und nimmt der Gleichspannungsbefehl zu, wenn sich der Gleichrichter in einem Regenerationszustand befindet.
  • Die Proportional-Integral-Steuerung (PI-Steuerung) wird durch die PI-Steuereinheit 42 an einer Differenz zwischen dem Gleichspannungsbefehl und dem Gleichspannungswert, die durch den Subtrahierer 41 berechnet wird, vorgenommen, um den Strombefehl zu erzeugen. Wenn die Größe des Strombefehls gleich oder größer als der obere Grenzwert ist, klemmt die Strombefehlsbegrenzungseinheit 43 den Strombefehl an den oberen Grenzwert.
  • Bei der Motorantriebseinheit 100, die den oben angeführten PWM-Gleichrichter 10 umfasst, wird der Gleichspannungsbefehl des PWM-Gleichrichters 10 im Voraus verringert, wenn sich der Motor 3 im Leistungsbetrieb befindet, so dass die regenerative Energie, die zu der Zeit der Verlangsamung des Motors 3 erzeugt wird, ohne Rückführung der Energie zu der Seite der Wechselstromleistungsversorgung in der elektrischen Speichereinheit 6 gespeichert wird, um die Energie beim nächsten Leistungsbetrieb des Motors 3 zu verwenden, wodurch die Leistungsfähigkeit verbessert wird und die Leistungsversorgungskapazität verringert wird.
  • Zum Beispiel gibt es wie in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2000-236679 beschrieben ein Verfahren, das eine Spitze einer Wechselstromleistung, die von einer Wechselstromleistungsversorgung geliefert wird, unterdrückt, indem ein Strom eines PWM-Gleichrichters auf weniger als einen vorherbestimmten Stromgrenzwert gesteuert wird.
  • 13 ist ein Timingdiagramm, das den Betrieb einer Motorantriebseinheit, die in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2000-236679 beschrieben ist, schematisch veranschaulicht. Bei diesem Beispiel wird gemäß dem Verfahren, das in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2000-236679 beschrieben ist, ein Fall beschrieben, bei dem die in 10 bis 12 beschriebene Motorantriebseinheit 100 so betrieben wird, dass der Motor 3 in dieser Reihenfolge zum Anhalten, Beschleunigen, Laufen mit einer konstanten Geschwindigkeit, Verlangsamen und Anhalten gebracht wird. Es ist zu beachten, dass 13 von oben her eine ”Motorgeschwindigkeit”, einen ”Motorausgang”, einen ”Gleichrichterausgang”, und einen ”Gleichspannungsbefehl und Gleichspannungswert” veranschaulicht. Zudem veranschaulicht eine gestrichelte Linie den Gleichspannungsbefehl.
  • Zuerst steuert die PWM-Gleichrichter-Steuereinheit 12 des PWM-Gleichrichters 10 während eines Motoranhaltezustands von der Zeit t0 zu der Zeit t1 den Gleichspannungswert der elektrischen Speichervorrichtung 6 so, dass er dem Gleichspannungsbefehl entspricht.
  • Wenn zu der Zeit t1 mit der Beschleunigung des Motors 3 begonnen wird, wird die gesamte Energie, die für die Beschleunigung des Motors 3 benötigt wird, bis zu der Zeit t2 über den PWM-Gleichrichter 10 von Seiten der Wechselstromleistungsversorgung 4 geliefert. Danach, wenn die Energie, die für die Beschleunigung des Motors 3 benötigt wird, zu der Zeit t2 einen Grenzwert erreicht, wird sie nur mit der Energie, die über den PWM-Gleichrichter 10 von Seiten der Wechselstromleistungsversorgung 4 geliefert wird, nicht genügend gedeckt, und wird daher zu der Zeit t2 die Energielieferung von der elektrischen Speichervorrichtung 6 an den Motor 3 begonnen. Daher nimmt der Gleichspannungswert (das elektrische Potential der elektrischen Speichervorrichtung 6) von der Zeit t2 zu der Zeit t3 ab. Der Grenzwert ist auf einen solchen Wert festgelegt, dass der Ausgang des PWM-Gleichrichters 10 ein Wert ist, der geringer als ein Motorhöchstausgang ist.
  • Wenn der Motor 3 zu der Zeit t3 die Beschleunigung beendet und mit einer konstanten Geschwindigkeit arbeitet, ist die Energie, die zum Antrieb des Motors 3 benötigt wird, geringer als der Energieausgang von dem PWM-Gleichrichter 10, und geht der Gleichspannungswert (das elektrische Potential der elektrischen Speichervorrichtung 3) daher ab der Zeit t3 zum Ansteigen über. Dann kehrt der Gleichspannungswert zu der Zeit t4 zu dem Wert des Gleichspannungsbefehls zurück. Von der Zeit t4 bis zu der Zeit t5 folgt der Gleichspannungswert dem Gleichstrombefehl und bleibt er konstant, und gelangt die Motorantriebseinheit in einen Zustand, in dem die gesamte Energie, die für den Betrieb des Motors 3 mit einer konstanten Geschwindigkeit benötigt wird, über den PWM-Gleichrichter 10 von Seiten der Wechselstromleistungsversorgung 4 geliefert wird.
  • Wenn der Motor 3 zu der Zeit t5 zu verlangsamen beginnt, wird regenerative Energie von dem Motor 3 zu dem Inverter 2 zurückgeführt. Der Inverter 2 kehrt die regenerative Energie in eine Gleichstromleistung um, um die Gleichstromleistung zu der Seite der Gleichstromanbindung zurückzuführen. Obwohl der PWM-Gleichrichter 10 zu dieser Zeit ebenfalls einen regenerativen Betrieb vornimmt, ist der absolute Wert der Gleichstromleistung, die sich aus der regenerativen Energie ergibt, größer als der absolute Wert des Grenzwerts für den Ausgang des PWM-Gleichrichters, und wird die Gleichstromleistung daher in der elektrischen Speichervorrichtung 6 gespeichert, was zu einem Anstieg des Gleichspannungswerts (des elektrischen Potentials der elektrischen Speichervorrichtung 6) führt. Wenn der absolute Wert der regenerativen Leistung von dem Motor 3 zu der Zeit t6 geringer als der absolute Wert des Grenzwerts für den Ausgang des PWM-Gleichrichters 10 ist, nimmt der Gleichspannungswert (das elektrische Potential der elektrischen Speichervorrichtung 6) von der Zeit t6 bis zu der Zeit t7 ab.
  • Selbst wenn der Motor 3 zu der Zeit t7 anhält, hat der Gleichspannungswert (das elektrische Potential der elektrischen Speichervorrichtung 6) den Wert des Gleichspannungsbefehls nicht erreicht und führt der PWM-Gleichrichter 10 daher die Energie zu der Seite der Wechselstromleistungsversorgung 10 zurück, bis der Gleichspannungswert (das elektrische Potential der elektrischen Speichervorrichtung 6) den Wert des Gleichspannungsbefehls erreicht. Dann kehrt der Gleichspannungswert zu der Zeit t8 zu dem Wert des Gleichspannungsbefehls zurück. Nach der Zeit t8 steuert der PWM-Gleichrichter 10 den Gleichspannungswert so, dass dieser dem Gleichspannungsbefehl entspricht.
  • Zudem gibt es zum Beispiel wie in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2012-085512 beschrieben ein Verfahren, das die von einer Wechselstromleistungsversorgung gelieferte Wechselstromleistung unterdrückt, indem sie einen Gleichspannungsbefehl zu der Zeit der Beschleunigung eines Motors allmählich verringert und den Gleichspannungsbefehl zu der Zeit der Verlangsamung des Motors allmählich erhöht, damit die regenerative Energie des Motors in einer elektrischen Speichervorrichtung gespeichert wird.
  • Zudem gibt es zum Beispiel wie in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2010-260094 beschrieben ein Verfahren, das die von einer Wechselstromleistungsversorgung gelieferte Wechselstromleistung unterdrückt, indem für jedes Betriebsmuster eines Motors ein optimaler Gleichspannungsbefehl festgelegt wird, damit die regenerative Energie des Motors in einer elektrischen Speichervorrichtung gespeichert wird.
  • 14 ist ein Timingdiagramm, das den Betrieb der Motorantriebseinheit, die in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2012-085512 und in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2010-260094 beschrieben ist, schematisch veranschaulicht. Bei diesem Beispiel wird gemäß dem in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2012-085512 und in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2010-260094 beschriebenen Verfahren ein Fall beschrieben, bei dem die in 10 bis 12 veranschaulichte Motorantriebseinheit 100 so betrieben wird, dass der Motor 3 in dieser Reihenfolge zum Anhalten, Beschleunigen, Laufen mit einer konstanten Geschwindigkeit, Verlangsamen und Anhalten gebracht wird. Es ist zu beachten, dass 14 von oben her eine ”Motorgeschwindigkeit”, einen ”Motorausgang”, einen ”Gleichrichterausgang”, und einen ”Gleichspannungsbefehl und Gleichspannungswert” veranschaulicht. Zudem veranschaulicht eine gestrichelte Linie den Gleichspannungsbefehl.
  • Bei einem Betriebsmuster, bei dem der Motor 3 von der Zeit t0 bis zu der Zeit t1 angehalten ist, von der Zeit t1 bis zu der Zeit t3 beschleunigt wird, von der Zeit t3 bis zu der Zeit t4 mit einer konstanten Geschwindigkeit betrieben wird, von der Zeit t4 bis zu der Zeit t5 verlangsamt wird, und von der Zeit t5 bis zu der Zeit t7 angehalten ist, wird als ein Beispiel ein Fall beschrieben werden, bei dem der Gleichspannungsbefehl wie in der Zeichnung veranschaulicht so festgelegt wird, dass die regenerative Energie des Motors 3 in der elektrischen Speichervorrichtung gespeichert wird. Im Besonderen wird die in der elektrischen Speichervorrichtung 6 gespeicherte Energie durch Verringern des Gleichspannungsbefehls des PWM-Gleichrichters 10 zur Zeit der Beschleunigung des Motors 3 zur Entladung gebracht, um die Energie an den Motor 3 zu liefern. Die regenerative Energie, die durch den Motor 3 erzeugt wird, wird durch Erhöhen des Gleichspannungsbefehls des PWM-Gleichrichters 10 zur Zeit der Verlangsamung des Motors 3 zur Speicherung in der elektrischen Speichervorrichtung 6 gebracht, die Energie wird nicht zu der Leistungsversorgung zurückgeführt.
  • Zuerst steuert die PWM-Gleichrichter-Steuereinheit 12 des PWM-Gleichrichters 10 den Gleichspannungswert der elektrischen Speichervorrichtung 6 von der Zeit t0 bis zu der Zeit t1 so, dass er dem Gleichstrombefehl entspricht.
  • Wenn zu der Zeit t1 mit der Beschleunigung des Motors 3 begonnen wird, wird die gesamte Energie, die für die Beschleunigung des Motors 3 benötigt wird, bis zu der Zeit t2 über den PWM-Gleichrichter 10 von Seiten der Wechselstromleistungsversorgung 4 geliefert. Danach, wenn die Energie, die für die Beschleunigung des Motors 3 benötigt wird, zu der Zeit t2 einen Grenzwert erreicht, wird sie nur mit der Energie, die über den PWM-Gleichrichter 10 von Seiten der Wechselstromleistungsversorgung 4 geliefert wird, nicht genügend gedeckt, und wird daher der PWM-Gleichrichter 10 zu der Zeit t2 so gesteuert, dass der Gleichspannungsbefehl verringert wird, so dass die Energie auch von der elektrischen Speichervorrichtung 6 an den Motor 3 geliefert wird. Daher nimmt der Gleichspannungswert (das elektrische Potential der elektrischen Speichervorrichtung 6) von der Zeit t2 bis zu der Zeit t3 gemäß der Abnahme des Gleichspannungsbefehls ab.
  • Wenn der Motor zu der Zeit t3 die Beschleunigung beendet und mit einer konstanten Geschwindigkeit arbeitet, ist die Energie, die zum Antrieb des Motors 3 benötigt wird, geringer als der Energieausgang von dem PWM-Gleichrichter 10. Bei dem veranschaulichten Beispiel wird der Gleichspannungsbefehl zur wirksamen Verwendung der Energie, die in der elektrischen Speichervorrichtung 6 gespeichert ist, mit einem geringeren Verhältnis als im Fall der Motorverlangsamung von der Zeit t2 bis zu der Zeit t3 verringert, so dass die Energielieferung von der elektrischen Speichervorrichtung 6 an den Motor 3 fortgesetzt wird. Daher wird von der Zeit t3 bis zu der Zeit t4 die Energie, die für den Betrieb des Motors 3 mit einer konstanten Geschwindigkeit benötigt wird, ausreichend durch die Energie, die über den PWM-Gleichrichter 10 von Seiten der Wechselstromleistungsversorgung 4 geliefert wird, und die Energie von der elektrischen Speichervorrichtung 6 geliefert.
  • Wenn der Motor 3 zu der Zeit t4 zu verlangsamen beginnt, wird regenerative Energie von dem Motor 3 zu dem Inverter 2 zurückgeführt. Der Inverter 2 kehrt die regenerative Energie in eine Gleichstromleistung um, um die Gleichstromleistung zu der Seite der Gleichstromanbindung zurückzuführen. Zu dieser Zeit wird die Gleichstromleistung, die von der regenerativen Energie stammt, durch derartiges Steuern, dass der Leistungsumwandlungsbetrieb des PWM-Gleichrichters 10 angehalten wird und der Gleichspannungsbefehl erhöht wird, in der elektrischen Speichervorrichtung 6 gespeichert. Daher wird die Gleichstromleistung von der Zeit t4 bis zu der Zeit t5 in der elektrischen Speichervorrichtung 6 gespeichert, so dass der Gleichspannungswert (das elektrische Potential der elektrischen Speichervorrichtung 6) zunimmt.
  • Wenn der Motor 3 zu der Zeit t5 anhält, steuert der PWM-Gleichrichter 10 den Gleichspannungswert so, dass er dem konstant gehaltenen Gleichspannungsbefehl entspricht. Da die in der elektrischen Speichervorrichtung 6 gespeicherte Energie durch einen inneren Widerstand des PWM-Gleichrichters 10 oder dergleichen verbraucht wird, steuert der PWM-Gleichrichter 10 den Gleichspannungswert so, dass er dem Gleichspannungsbefehl entspricht, damit die Wechselstromleistung von Seiten der Wechselstromleistungsversorgung 4 in eine Gleichstromleistung umgewandelt wird, um die Energie, die zum Ausgleich des Verbrauchs ausreicht, zu liefern.
  • Wenn der elektrischen Leistungsspitze, die wie oben beschrieben zu der Zeit der Beschleunigung oder der Verlangsamung des Motors auftritt, entsprochen werden soll, neigt die Leistungsversorgungskapazität auf Seiten der Wechselstromleistungsversorgung dazu, groß zu werden.
  • Nach der Erfindung, die in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2000-236679 beschrieben ist, ermöglicht das Bereitstellen einer oberen Grenze für den Ausgang eines PWM-Gleichrichters eine Unterdrückung der Spitze der Energie, die von dem PWM-Gleichrichter geliefert wird. Doch aufgrund des Umstands, dass der Gleichspannungsbefehl stets konstant ist, setzt der PWM-Gleichrichter die Lieferung der Energie von Seiten der Wechselstromleistungsversorgung an die Gleichstromanbindung auch nach dem Abschluss der Beschleunigung eines Motors fort. Daher wird eine elektrische Speichervorrichtung auf den Zustand vor der Motorbeschleunigung geladen, wodurch die regenerative Energie, die zu der Zeit der Motorverlangsamung erzeugt wird, nicht in der elektrischen Speichervorrichtung gespeichert werden kann. Entsprechend muss die regenerative Energie zu der Seite der Wechselstromleistungsversorgung zurückkehren oder durch einen elektrischen Entladungswiderstand (nicht veranschaulicht) in der Gleichstromanbindung verbraucht werden. Auf diese Weise kann nach der Erfindung, die in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2000-236679 beschrieben ist, die regenerative Leistung, die zur Zeit der Verlangsamung des Motors erzeugt wird, nicht wirksam beim nachfolgenden Zeitpunkt des Motorstarts wiederverwendet werden und wird die Leistungsversorgungskapazität nicht sehr verringert.
  • Zudem wird nach der Erfindung, die in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2012-085512 und in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2010-260094 beschrieben ist, regenerative Energie, die durch einen Motor erzeugt wird, durch Erhöhen eines Gleichspannungsbefehls eines PWM-Gleichrichters zu der Zeit der Verlangsamung des Motors ohne Rückführung der Energie zu einer Leistungsversorgung in einer elektrischen Speichervorrichtung gespeichert, und wird die in der elektrischen Speichervorrichtung gespeicherte Energie durch Verringern des Gleichspannungsbefehls des PWM-Gleichrichters zur der Zeit der Beschleunigung des Motors zur Entladung gebracht, um für die Beschleunigung des Motors wiederverwendet zu werden. Dadurch wird die elektrische Leistungsspitze, die bei der Beschleunigung und der Verlangsamung des Motors auftritt, unterdrückt, und wird die Leistungsversorgungskapazität auf Seiten der Wechselstromleistungsversorgung verringert. Doch der Gleichspannungsbefehl muss für jedes Betriebsmuster eines Motors durch systematisches Ausprobieren festgelegt werden, was nicht praktisch ist.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Angesichts der oben angeführten Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen PWM-Gleichrichter für einen Motorantrieb bereitzustellen, der eine elektrische Leistungsspitze, die zu der Zeit der Beschleunigung und der Verlangsamung eines Motors auftritt, unterdrücken kann und eine Leistungsversorgungskapazität auf Seiten einer Wechselstromleistungsversorgung verringern kann.
  • Um die oben angeführte Aufgabe zu erfüllen, umfasst ein PWM-Gleichrichter, der über eine elektrische Speichervorrichtung, die zur Speicherung von Gleichstromleistung in der Lage ist, an die Gleichstromseite eines Inverters angeschlossen ist, welcher eine Leistungsumwandlung zwischen der Gleichstromleistung und einer Wechselstromleistung, bei der es sich um eine Antriebsleistung oder eine regenerative Leistung eines Motors handelt, durchführt, eine Hauptschaltungseinheit, in der ein Schaltbetrieb eines Schaltelements auf der Basis eines erhaltenen PWM-Steuersignals PWM-gesteuert wird, und die eine Leistungsumwandlung zwischen der Wechselstromleistung auf Seiten einer Wechselstromleistungsversorgung und der Gleichstromleistung an der Gleichstromseite durchführt; eine Gleichspannungsschleifensteuereinheit, die einen Strombefehl erzeugt, wodurch verursacht wird, dass der Gleichspannungswert an der Gleichstromseite der Hauptschaltungseinheit einem erhaltenen Gleichspannungsbefehl entspricht; eine Strombefehlsbegrenzungseinheit, die dann, wenn ein absoluter Wert des Strombefehls einen vorherbestimmten Grenzwert übersteigt, den Grenzwert als endgültigen Strombefehl festlegt, und andernfalls den Strombefehl als endgültigen Strombefehl festlegt; eine Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit, die bestimmt, dass sich die Gleichspannungsschleifensteuereinheit in einem Sättigungszustand befindet, wenn die Strombefehlsbegrenzungseinheit den Grenzwert als den endgültigen Strombefehl festlegt, und andernfalls bestimmt, dass sich die Gleichspannungsschleifensteuereinheit in einem Nichtsättigungszustand befindet; eine Gleichspannungsbefehlsberechnungseinheit, die den Gleichspannungsbefehl beibehält, wenn die Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit den Nichtsättigungszustand bestimmt, und den Gleichspannungsbefehl zu einem Wert ändert, der durch Addieren eines vorherbestimmten Versatzes zu einem Mindestwert oder einem Höchstwert des Gleichspannungswerts nach einem Übergang von dem Nichtsättigungszustand zu dem Sättigungszustand erhalten wird, wenn die Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit den Sättigungszustand bestimmt; und eine PWM-Steuersignalerzeugungseinheit, die unter Verwendung des endgültigen Strombefehls das PWM-Steuersignal erzeugt und das PWM-Steuersignal an die Hauptschaltungseinheit ausgibt.
  • Der PWM-Gleichrichter umfasst eine Betriebszustandsbestimmungseinheit, die bestimmt, dass sich die Hauptschaltungseinheit in einem Leistungsbetriebszustand befindet, wenn der endgültige Strombefehl positiv ist, und dass sich die Hauptschaltungseinheit in einem regenerativen Zustand befindet, wenn der endgültige Strombefehl negativ ist, wobei die Gleichspannungsbefehlsberechnungseinheit den Gleichspannungsbefehl zu dem Wert ändert, der durch Addieren eines vorherbestimmten positiven Versatzes zu dem Mindestwert des Gleichspannungswerts nach dem Übergang von dem Nichtsättigungszustand zu dem Sättigungszustand erhalten wird, wenn die Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit den Sättigungszustand bestimmt und die Betriebszustandsbestimmungseinheit den Leistungsbetriebszustand bestimmt.
  • Der PWM-Gleichrichter umfasst eine Betriebszustandsbestimmungseinheit, die bestimmt, dass sich die Hauptschaltungseinheit in einem Leistungsbetriebszustand befindet, wenn der endgültige Strombefehl positiv ist, und dass sich die Hauptschaltungseinheit in einem regenerativen Zustand befindet, wenn der endgültige Strombefehl negativ ist; und eine PWM-Betriebsanhaltebefehlseinheit, die das Anhalten des Schaltbetriebs in der Hauptschaltungseinheit befiehlt, wenn die Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit den Sättigungszustand bestimmt und die Betriebszustandsbestimmungseinheit den regenerativen Zustand bestimmt, wobei die Gleichspannungsbefehlsberechnungseinheit den Gleichspannungsbefehl zu dem Wert ändert, der durch Addieren eines vorherbestimmten negativen Versatzes zu dem Höchstwert des Gleichspannungswerts nach dem Übergang von dem Nichtsättigungszustand zu dem Sättigungszustand erhalten wird, wenn die Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit den Sättigungszustand bestimmt und die Betriebszustandsbestimmungseinheit den regenerativen Zustand bestimmt.
  • Unter der Bedingung, dass die Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit den Sättigungszustand bestimmt und die Betriebszustandsbestimmungseinheit den regenerativen Zustand bestimmt, kann die PWM-Betriebsanhaltebefehlseinheit das Anhalten des Schaltbetriebs in der Hauptschaltungseinheit aufheben, wenn der Gleichspannungswert einen vorherbestimmten Wert übersteigt.
  • Die Strombefehlsbegrenzungseinheit kann eine Grenzwertänderungseinheit umfassen, die den Grenzwert zu einem größeren Grenzwert ändert, wenn der Gleichspannungswert einen ersten Schwellenwert übersteigt oder unter einen zweiten Schwellenwert, der kleiner als der erste Schwellenwert ist, fällt, und die den Grenzwert auf den Grenzwert vor der Änderung zurücksetzt, wenn der Gleichspannungswert nach der Änderung zu dem größeren Grenzwert in einen Bereich zwischen dem ersten Schwellenwert und dem zweiten Schwellenwert fällt.
  • Die Gleichspannungsbefehlsberechnungseinheit kann den Gleichspannungsbefehl, der geändert wurde, als die Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit den Sättigungszustand bestimmt hat, als Reaktion auf einen Initialisierungsbefehl, der von einer Host-Steuervorrichtung eingegeben wird, auf den Gleichspannungsbefehl vor der Änderung zurücksetzen.
  • Der Gleichspannungsbefehl vor der Änderung kann als Wert festgelegt werden, der größer als ein fortlaufender Nennwert der Bestandteile, die den PWM-Gleichrichter bilden, und kleiner als ein Kurzzeit-Nennwert ist.
  • Die Gleichspannungsbefehlsberechnungseinheit kann eine Extraktionseinheit umfassen, die den Mindestwert und den Höchstwert des Gleichspannungswerts nach dem Übergang von dem Nichtsättigungszustand zu dem Sättigungszustand extrahiert.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser verstanden werden, wobei
  • 1 ein prinzipielles Blockdiagramm eines PWM-Gleichrichters nach einer ersten Ausführungsform ist;
  • 2 ein Timingdiagramm ist, das einen Betrieb des in 1 veranschaulichten PWM-Gleichrichters veranschaulicht;
  • 3 ein Diagramm zur Beschreibung einer Festlegung eines Gleichspannungsbefehls durch eine Gleichspannungsbefehlsberechnungseinheit ist, wenn sich eine Gleichspannungsschleifensteuereinheit in einem Sättigungszustand befindet und sich ein PWM-Gleichrichter in einem Leistungsbetriebszustand befindet;
  • 4 ein Diagramm zur Beschreibung der Festlegung des Gleichspannungsbefehls durch die Gleichspannungsbefehlsberechnungseinheit ist, wenn sich die Gleichspannungsschleifensteuereinheit in einem Sättigungszustand befindet und sich der PWM-Gleichrichter in einem regenerativen Zustand befindet;
  • 5 ein prinzipielles Blockdiagramm eines PWM-Gleichrichters nach einer zweiten Ausführungsform ist;
  • 6 ein Timingdiagramm ist, das einen Betrieb des in 5 veranschaulichten PWM-Gleichrichters schematisch veranschaulicht;
  • 7 ein prinzipielles Blockdiagramm eines PWM-Gleichrichters nach einer dritten Ausführungsform ist;
  • 8 ein Timingdiagramm ist, das einen Betrieb des in 7 veranschaulichten PWM-Gleichrichters schematisch veranschaulicht;
  • 9 ein prinzipielles Blockdiagramm eines PWM-Gleichrichters nach einer vierten Ausführungsform ist;
  • 10 ein Diagramm ist, das einen Aufbau einer gewöhnlichen Motorantriebseinheit veranschaulicht;
  • 11 ein Blockdiagramm zur Beschreibung eines Aufbaus der in 10 veranschaulichten PWM-Gleichrichter-Steuereinheit ist;
  • 12 ein Blockdiagramm zur Beschreibung des Aufbaus der in 11 veranschaulichten Gleichspannungsschleifensteuereinheit ist;
  • 13 ein Timingdiagramm ist, das einen Betrieb der Motorantriebseinheit, die in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2000-236679 beschrieben ist, schematisch veranschaulicht; und
  • 14 ein Timingdiagramm ist, das einen Betrieb der Motorantriebseinheit, die in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2012-085512 und in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2010-260094 beschrieben ist, schematisch veranschaulicht.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein PWM-Gleichrichter für einen Motorantrieb, der an eine elektrische Speichervorrichtung angeschlossen ist, beschrieben werden. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsformen, die in den Zeichnungen veranschaulicht sind oder nachstehend beschrieben sind, beschränkt ist.
  • 1 ist ein prinzipielles Blockdiagramm eines PWM-Gleichrichters nach einer ersten Ausführungsform. Eine Motorantriebseinheit 100 ist an einer Dreiphasen-Wechselstromeingangsseite über einen Wechselstromreaktor 5 an eine Dreiphasen-Netzwechselstromversorgung 4 angeschlossen und ist an einer Wechselstromausgangs-Motorseite an einen Dreiphasenmotor 3 angeschlossen. Die Motorantriebseinheit 100 umfasst einen PWM-Gleichrichter 1 nach der ersten Ausführungsform, eine elektrische Speichervorrichtung 6, die in einer Gleichstromanbindung, welche sich an einer Gleichstromseite des PWM-Gleichrichters 1 befindet, bereitgestellt ist, und einen Inverter 2, der an der Gleichstromseite an die elektrische Speichervorrichtung 6 angeschlossen ist und an der Wechselstromseite an den Dreiphasenmotor 3 angeschlossen ist.
  • Obwohl jede der folgenden Ausführungsformen einschließlich der vorliegenden Ausführungsform eine Motorantriebseinheit 100 beschreibt, die eine Antriebssteuerung für einen Motor 3 durchführt, stellt die Anzahl der Motoren 3, an denen die Antriebssteuerung durchgeführt wird, keine besondere Beschränkung für die vorliegende Erfindung dar, und kann die vorliegende Erfindung auch auf einen Motorantriebseinheit angewendet werden, die eine Antriebssteuerung an mehreren Motoren 3 durchführt. Die Art des Motors 3, der durch die Motorantriebseinheit 100 angetrieben wird, stellt keine besondere Beschränkung für die vorliegende Erfindung dar, und zum Beispiel kann ein Induktionsmotor oder ein Synchronmotor eingesetzt werden. Auch die Art des Inverters 2 stellt keine besondere Beschränkung für die vorliegende Erfindung dar, und es kann jeder beliebige Inverter eingesetzt werden, solange der Inverter eine bidirektionale Leistungsumwandlung zwischen einer Gleichstromleistung an der Gleichstromanbindung und einer Wechselstromleistung, bei der es sich um die Antriebsleistung oder die regenerative Leistung des Motors 3 handelt, durchführen kann. Zum Beispiel ist der Inverter 2 als PWM-Inverter ausgebildet, der ein Schaltelement enthält, und wandelt er die Gleichstromleistung, die von Seiten der Gleichstromanbindung geliefert wird, in eine Dreiphasen-Wechselstromleistung mit einer gewünschten Spannung und einer gewünschten Frequenz zum Antrieb des Motors 3 um, indem das interne Schaltelement auf Basis eines Motorantriebsbefehls, der von einer Host-Steuerung erhalten wird, zur Durchführung eines Schaltbetriebs gebracht wird. Dies führt zu einem Betrieb des Motors 3 auf Basis der gelieferten Dreiphasen-Wechselstromleistung mit einer veränderlichen Spannung und einer veränderlichen Frequenz. Die regenerative Leistung wird zur Zeit des Bremsens des Motors 3 erzeugt, und die Wechselstromleistung, bei der es sich um die regenerative Leistung, die durch den Motor 3 erzeugt wird, handelt, wird auf der Basis des Motorantriebsbefehls, der von der Host-Steuervorrichtung erhalten wird, in eine Gleichstromleistung umgewandelt und zu der Gleichstromanbindung zurückgeführt.
  • Der PWM-Gleichrichter 1 ist in der Motorsteuervorrichtung 100 über die elektrische Speichervorrichtung 6, die die Gleichstromleistung speichern kann, an die Gleichstromseite des Inverters 2 angeschlossen, welcher die Leistungsumwandlung zwischen der Gleichstromleistung und der Wechselstromleistung, bei der es sich um die Antriebsleistung oder die regenerative Leistung des Motors 3 handelt, durchführt. Der PWM-Gleichrichter 1 nach der ersten Ausführungsform umfasst eine Hauptschaltungseinheit 11, eine Gleichspannungsschleifensteuereinheit 51, eine Strombefehlsbegrenzungseinheit 52, eine Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit 53, eine Gleichspannungsbefehlsberechnungseinheit 54, eine PWM-Steuersignalerzeugungseinheit 55, eine Betriebszustandsbestimmungseinheit 56, und eine PWM-Betriebsanhaltebefehlseinheit 57.
  • In der Motorantriebseinheit 100, die den Wechselstromleistungseingang von Seiten der Wechselstromleistungsversorgung vorübergehend in eine Gleichstromleistung und dann weiter in eine Wechselstromleistung umwandelt, um die umgewandelte Wechselstromleistung als die Antriebsleistung für den Motor zu verwenden, werden der Wechselspannungswert und der Wechselstromwert auf Seiten der Wechselstromleistungsversorgung und der Gleichspannungswert auf Seiten der Gleichstromanbindung für die Antriebssteuerung des Motors 3 verwendet. Daher ist die Motorantriebseinheit 100 im Allgemeinen mit einer Wechselspannungsdetektionseinheit 21, einer Wechselstromdetektionseinheit 22 und einer Gleichspannungsdetektionseinheit 23, die die jeweiligen Werte detektieren, versehen. Der PWM-Gleichrichter 1 nach der ersten Ausführungsform verwendet wie nachstehend beschrieben den Wechselspannungswert, der durch die Wechselspannungsdetektionseinheit 21 detektiert wird, den Wechselstromwert, der durch die Wechselstromdetektionseinheit 22 detektiert wird, und den Gleichspannungswert, der durch die Gleichspannungsdetektionseinheit 23 detektiert wird, für die Steuerung.
  • Die Hauptschaltungseinheit 11 umfasst einen Brückenkreis, der mit einem Schaltelement und einer antiparallel an das Schaltelement angeschlossenen Diode ausgeführt ist, und führt durch ein PWM-Steuerung für den Schaltbetrieb des Schaltelements auf Basis eines PWM-Steuersignals, das von der PWM-Steuersignalerzeugungseinheit 55 erhalten wird, eine Leistungsumwandlung zwischen der Wechselstromleistung auf Seiten der Wechselstromleistungsversorgung 4 und der Gleichstromleistung an der Gleichstromseite durch. Mit anderen Worten wird auf der Basis des erhaltenen PWM-Steuersignals entweder die Leistungsbetriebstätigkeit (die Umwandlungstätigkeit), die die Wechselstromleistung in die Gleichstromleistung umwandelt, oder die regenerative Tätigkeit (die umgekehrte Umwandungstätigkeit), die die Gleichstromleistung in die Wechselstromleistung umkehrt, durchgeführt. Beispiele für das Schaltelement sind ein IGBT, ein Thyristor, ein GTO (Gate Turn-Off Thyristor), ein Transistor und dergleichen, doch beschränkt die Art des Schaltelements an sich die vorliegende Erfindung nicht und können andere Halbleitervorrichtungen eingesetzt werden.
  • Die Gleichspannungsschleifensteuereinheit 51 erzeugt einen Strombefehl, der den durch die Gleichspannungsdetektionseinheit 23 detektierten Gleichspannungswert an der Gleichstromseite der Hauptschaltungseinheit 11 zur Übereinstimmung mit dem erhaltenen Gleichspannungsbefehl bringt.
  • Wenn der absolute Wert des Strombefehls einen vorherbestimmten Grenzwert übersteigt, legt die Strombefehlsbegrenzungseinheit 52 den Grenzwert als endgültigen Strombefehl fest, und legt sie andernfalls den Strombefehl als den endgültigen Strombefehl fest. Der oben angeführte Grenzwert, der zur Verarbeitung durch die Strombefehlsbegrenzungseinheit 52 verwendet wird, entspricht einem Grenzwert für einen Ausgang der Hauptschaltungseinheit 11 in den PWM-Gleichrichter 1. Der oben angeführte Grenzwert, der für die Verarbeitung durch die Strombefehlsbegrenzungseinheit 52 verwendet wird, ist auf einen solchen Wert festgelegt, dass der Grenzwert für den Ausgang der Hauptschaltungseinheit 11 geringer als der maximale Ausgang des Motors 3 ist. Dieser Grenzwert kann die Spitze der Energie, die von dem PWM-Gleichrichter 1 (der Leistungsversorgung) geliefert wird, begrenzen. Einzelheiten für den Betrieb der Strombefehlsbegrenzungseinheit 52 werden nachstehend beschrieben.
  • Die Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit 53 bestimmt, dass sich die Gleichspannungsschleifensteuereinheit 51 in dem Sättigungszustand befindet, wenn die Strombefehlsbegrenzungseinheit 52 den Grenzwert als den endgültigen Stromwert festlegt, und bestimmt andernfalls, dass sich die Gleichspannungsschleifensteuereinheit 51 in dem Nichtsättigungszustand befindet. Einzelheiten für den Betrieb der Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit 53 werden nachstehend beschrieben.
  • Die Gleichspannungsbefehlsberechnungseinheit 54 behält den Gleichspannungsbefehl bei, wenn die Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit 53 bestimmt, dass ”sich die Gleichspannungsschleifensteuereinheit 51 in dem Nichtsättigungszustand befindet”. Die Gleichspannungsbefehlsberechnungseinheit 54 ändert den Gleichspannungsbefehl zu einem Wert, der durch Addieren eines vorherbestimmten Versatzes zu einem Mindest- oder Höchstwert des Gleichspannungswerts nach einem Übergang von dem Nichtsättigungszustand zu dem Sättigungszustand erhalten wird, wenn die Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit 53 bestimmt, dass ”sich die Gleichspannungsschleifensteuereinheit 51 in dem Sättigungszustand befindet”. Es ist zu beachten, dass die Gleichspannungsbefehlsberechnungseinheit 54 eine Extraktionseinheit (nicht veranschaulicht) umfasst, die den Mindestwert und den Höchstwert des Gleichspannungswerts nach dem Übergang von dem Nichtsättigungszustand zu dem Sättigungszustand extrahiert. Einzelheiten des Betriebs der Gleichspannungsbefehlsberechnungseinheit 51 werden nachstehend beschrieben.
  • Die PWM-Steuersignalerzeugungseinheit 55 vergleicht den endgültigen Strombefehl mit einem Dreieckwellen-Trägersignal mit einer vorherbestimmten Trägerfrequenz, und erzeugt das PWM-Steuersignal zur Steuerung des Schaltbetriebs des Schaltelements in der Hauptschaltungseinheit 11 des PWM-Gleichrichters 1, und gibt das PWM-Steuersignal an die Hauptschaltungseinheit 11 aus. Das PWM-Steuersignal wird so erzeugt, dass die Hauptschaltungseinheit 11 des PWM-Gleichrichters 1 die Wechselstromleistung mit dem Leistungsfaktor von ”Eins” erzeugt und den Gleichspannungswert, bei dem es sich um einen Ausgang des PWM-Gleichrichters 1 handelt, bei einem gewünschten Wert hält. Das PWM-Steuersignal wird an das Schaltelement in der Hauptschaltungseinheit 11 des PWM-Gleichrichters 1 angelegt. Gemäß diesem Vorgang führt die Hauptschaltungseinheit 11 auf der Basis des erhaltenen PWM-Steuersignals entweder die Leistungsbetriebstätigkeit (die Umwandlungstätigkeit), die die Wechselstromleistung in die Gleichstromleistung umwandelt, oder die regenerative Tätigkeit (die umgekehrte Umwandlungstätigkeit), die die Gleichstromleistung in die Wechselstromleistung umkehrt, durch. Es ist zu beachten, dass eine DQ-Koordinatentransformation verwendet wird, wenn das PWM-Steuersignal erzeugt wird, wie unter Bezugnahme auf 11 beschrieben ist.
  • Die Betriebszustandsbestimmungseinheit 56 bestimmt, dass sich die Hauptschaltungseinheit 11 in einem Leistungsbetriebszustand befindet, wenn der endgültige Strombefehl positiv ist, und bestimmt, dass sich die Hauptschaltungseinheit 11 in einem regenerativen Zustand befindet, wenn der endgültige Strombefehl negativ ist.
  • Die PWM-Betriebsanhaltebefehlseinheit 57 befiehlt das Anhalten des Schaltbetriebs in der Hauptschaltungseinheit 11, wenn die Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit 53 den Sättigungszustand bestimmt und die Betriebszustandsbestimmungseinheit 56 den regenerativen Zustand bestimmt.
  • Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 2 bis 4 der Betrieb des in 1 veranschaulichten PWM-Gleichrichters 1 beschrieben werden. 2 ist ein Timingdiagramm, das den Betrieb des in 1 veranschaulichten PWM-Gleichrichters 1 schematisch veranschaulicht. 3 ist ein Diagramm zur Beschreibung der Festlegung des Gleichspannungsbefehls durch die Gleichspannungsbefehlsberechnungseinheit, wenn sich die Gleichspannungsschleifensteuereinheit in dem Sättigungszustand befindet und sich der PWM-Gleichrichter in dem Leistungsbetriebszustand befindet. 4 ist ein Diagramm zur Beschreibung der Festlegung des Gleichspannungsbefehls, wenn sich die Gleichspannungsschleifensteuereinheit in dem Sättigungszustand befindet und sich der PWM-Gleichrichter in dem regenerativen Zustand befindet. Es ist zu beachten, dass 2 von oben her eine ”Motorgeschwindigkeit”, einen ”Motorausgang”, einen ”Gleichrichterausgang”, einen ”Gleichspannungsbefehl und Gleichspannungswert” und ”den Zustand der Gleichspannungsschleifensteuereinheit” veranschaulicht. In jeder aus 2 bis 4 veranschaulicht eine gestrichelte Linie den Gleichspannungsbefehl, und veranschaulicht eine strichpunktierte Linie den Mindest- oder Höchstwert des Gleichspannungswerts.
  • Bei diesem Beispiel wird ein Fall beschrieben werden, bei dem die Motorantriebseinheit 100, die den PWM-Gleichrichter 1 nach der ersten Ausführungsform umfasst, so betrieben wird, dass der Motor 3 in dieser Reihenfolge zum Anhalten, Beschleunigen, Laufen mit einer konstanten Geschwindigkeit, Verlangsamen und Anhalten gebracht wird.
  • Zuerst steuern während eines Motoranhaltezustands von der Zeit t0 bis zu der Zeit t1 die Gleichspannungsschleifensteuereinheit 51, die Strombefehlssteuereinheit 52, und die PWM-Steuersignalerzeugungseinheit 55 des PWM-Gleichrichters 1 den Gleichspannungswert der elektrischen Speichervorrichtung 6 so, dass er dem Gleichspannungsbefehl entspricht. Während dieses Zeitraums erzeugt die PWM-Steuersignalerzeugungseinheit 55 ein PWM-Steuersignal, das den PWM-Gleichrichter 1 zur Durchführung der Leistungsbetriebstätigkeit bringt, und gibt sie das PWM-Steuersignal an die Hauptschaltungseinheit 11 aus, damit von dem PWM-Gleichrichter 1 eine Gleichstromleistung ausgegeben wird, um den Verbrauch der Energie, die in der elektrischen Speichervorrichtung 6 gespeichert ist, durch den inneren Widerstand des PWM-Gleichrichters 1 oder dergleichen auszugleichen.
  • Wenn zu der Zeit t1 die Beschleunigung des Motors 3 begonnen wird, erzeugt die PWM-Signalerzeugungseinheit 55 ein PWM-Steuersignal, das den Gleichstromausgang des PWM-Gleichrichters 1 bei der Leistungsbetriebstätigkeit des PWM-Gleichrichters 1 allmählich zum Ansteigen bringt, und gibt sie das PWM-Steuersignal an die Hauptschaltungseinheit 11 aus. Von der Zeit t1 bis zu der Zeit t2 legt die Strombefehlsbegrenzungseinheit 52 den Strombefehl, der durch die Gleichspannungsschleifensteuereinheit 51 erzeugt wird, als den endgültigen Strombefehl fest, da der absolute Wert des Strombefehls, der durch die Gleichspannungsschleifensteuereinheit 51 erzeugt wird, den vorherbestimmten Grenzwert nicht übersteigt. Die PWM-Steuersignalerzeugungseinheit 55 vergleicht den endgültigen Strombefehl mit einem Dreieckwellen-Trägersignal mit einer vorherbestimmten Trägerfrequenz, und erzeugt das PWM-Steuersignal zur Steuerung des Schaltbetriebs des Schaltelements in der Hauptschaltungseinheit 11 des PWM-Gleichrichters und gibt das PWM-Steuersignal an die Hauptschaltungseinheit 11 aus. Da der Gleichspannungswert der elektrischen Speichervorrichtung 6 so gesteuert wird, dass er dem Gleichspannungsbefehl entspricht, wird die gesamte Energie, die für die Beschleunigung des Motors 3 benötigt wird, bis zu der Zeit t2 durch die Leistungsbetriebstätigkeit des PWM-Gleichrichters 1 von Seiten der Wechselstromleistungsversorgung 4 geliefert. Zudem bestimmt die Betriebszustandsbestimmungseinheit 56, dass sich die Hauptschaltungseinheit 11 in dem Leistungsbetriebszustand befindet, da der endgültige Strombefehl positiv ist.
  • Danach, wenn die Energie, die für die Beschleunigung des Motors 3 benötigt wird, zu der Zeit t2 einen Grenzwert erreicht, bestimmt die Strombefehlsbegrenzungseinheit 52, dass der absolute Wert des Strombefehls einen vorherbestimmten Grenzwert übersteigt, und legt sie den Grenzwert als den endgültigen Strombefehl fest. Die PWM-Steuersignalerzeugungseinheit 55 erzeugt das PWM-Steuersignal auf der Basis des endgültigen Strombefehls, der durch die Strombefehlsbegrenzungseinheit 52 auf den Grenzwert festgelegt wurde, und gibt das PWM-Steuersignal an die Hauptschaltungseinheit 11 aus. Dadurch wird der Gleichstromleistungsausgang von der Hauptsteuereinheit 11 auf einen bestimmten Wert begrenzt, doch setzt der Motor 3 während dieses Zeitraums seine Beschleunigung fort und wird er daher nur mit der Energie, die durch die Leistungsbetriebstätigkeit des PWM-Gleichrichters 1 von Seiten der Wechselstromleistungsversorgung 4 geliefert wird, nicht ausreichend zufriedengestellt. Entsprechend wird mit der Lieferung von Energie von der elektrischen Speichervorrichtung 6 an den Motor 3 begonnen. Als Ergebnis nimmt der Gleichspannungswert (das elektrische Potential der elektrischen Speichervorrichtung 6), der durch die Gleichspannungsdetektionseinheit 23 detektiert wird, von der Zeit t2 bis zu der Zeit t3 ab.
  • Da die Strombefehlsbegrenzungseinheit 52 nach der Zeit t2 den Grenzwert als den endgültigen Strombefehl festlegt, bestimmt die Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit 53, dass sich ”die Gleichspannungsschleifensteuereinheit 51 in dem Sättigungszustand befindet”. Da der endgültige Strombefehl positiv ist, bestimmt zudem die Betriebszustandsbestimmungseinheit 56, dass sich ”die Hauptschaltungseinheit in dem Leistungsbetriebszustand befindet”. Da die Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit 53 den Sättigungszustand bestimmt und die Betriebszustandsbestimmungseinheit 56 den Leistungsbetriebszustand bestimmt, ändert die Gleichspannungsbefehlsberechnungseinheit 54 dementsprechend den Gleichspannungsbefehl zu einem Wert, der durch Addieren eines vorherbestimmten positiven Versatzes zu einem Mindestwert des Gleichspannungswerts nach dem Übergang von dem Nichtsättigungszustand zu dem Sättigungszustand erhalten wird. Nun wird unter Bezugnahme auf 3 die Festlegung des Gleichspannungsbefehls durch die Gleichspannungsbefehlsberechnungseinheit 54, wenn sich die Gleichspannungsschleifensteuereinheit 51 in dem Sättigungszustand befindet und sich der PWM-Gleichrichter 1 in dem Leistungsbetriebszustand befindet, beschrieben werden. 3 veranschaulicht ”den Gleichspannungsbefehl und den Gleichspannungswert” und ”den Zustand der Gleichspannungsschleifensteuereinheit” etwa von der Zeit t2 bis etwa zu der Zeit t4 in 2.
  • Wenn sich aufgrund der Beschleunigung des Motors 3 die Gleichspannungsschleifensteuereinheit 51 in dem Sättigungszustand befindet und sich der PWM-Gleichrichter 1 in dem Leistungsbetriebszustand befindet, nimmt der Gleichspannungswert (das elektrische Potential der elektrischen Speichervorrichtung 6), der durch die Gleichspannungsdetektionseinheit 23 detektiert wird, ab (von der Zeit t2 bis zu der Zeit t3). Im Allgemeinen ist die Energie, die zum Betreiben des Motors 3 mit einer konstanten Geschwindigkeit benötigt wird, geringer als die Energie, die zum Beschleunigen des Motors 3 benötigt wird. Daher wird der Motor 3 beim Abschluss der Beschleunigung des Motors 3 und dem Beginn des Betriebs mit einer konstanten Geschwindigkeit (Zeit t3) mit weniger Energie als der Energie bei der Beschleunigung betrieben, wodurch die Energie, die durch Ausschließen der für den Betrieb des Motors 3 mit einer konstanten Geschwindigkeit verwendeten Energie aus der von Seiten der Wechselstromleistungsversorgung 4 erhaltenen Energie erhalten wird, in der elektrischen Speichervorrichtung 6 gespeichert wird und das elektrische Potential der elektrischen Speichervorrichtung 1 zum Ansteigen übergeht. Zwischen der Zeit t3, zu der das elektrische Potential der elektrischen Speichervorrichtung 6 anzusteigen beginnt, und dem Zeitpunkt t4, zu dem sich die Bestimmung durch die Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit 53 von der Bestimmung, dass sich ”die Gleichspannungsschleifensteuereinheit 51 in dem Sättigungszustand befindet” zu der Bestimmung ändert, dass sich ”die Gleichspannungsschleifensteuereinheit 51 in dem Nichtsättigungszustand befindet”, ist eine kurze Zeitverzögerung bereitgestellt. Mit anderen Worten wird der Wert, der durch Addieren eines vorherbestimmten positiven Versatzes Δ (nachstehend als der ”Beschleunigungsabschlussdetektionspegel” bezeichnet” zu dem Mindestwert Vmin des Gleichspannungswerts nach dem Übergang von dem Nichtsättigungszustand zu dem Sättigungszustand erhalten wird, als der Gleichspannungsbefehl verwendet. Der Beschleunigungsabschlussdetektionspegel Δ ist ein Wert, der einer Hysterese der Änderung von dem Sättigungszustand zu dem Nichtsättigungszustand der Gleichspannungsschleifensteuereinheit 51 entspricht, und der Wert kann gemäß der Spezifikation der Spannung, die für den Antrieb des Motors 3 verwendet wird, oder dergleichen festgelegt werden.
  • Bei dem veranschaulichten Beispiel wird der Mindestwert Vmin sequentiell aktualisiert, da der Gleichspannungswert von der Zeit t2 bis zu der Zeit t3 allmählich abnimmt, und wird mit jeder Aktualisierung der Wert ”Vmin + Δ”, der durch Hinzuaddieren des Beschleunigungsabschlussdetektionspegels Δ erhalten wird, als der Gleichspannungsbefehl festgelegt. Der Gleichspannungswert nimmt zu der Zeit t3 den Mindestwert Vmin an, da die Beschleunigung des Motors 3 zu der Zeit t3 abgeschlossen ist, und von der Zeit t3 bis zu der Zeit t4 wird der Wert ”Vmin + Δ”, der durch Addieren des Beschleunigungsabschlussdetektionspegels Δ zu dem Mindestwert Vmin, bei dem es sich um den zu der Zeit t3 erhaltenen Gleichspannungswert handelt, erhalten wird, als der Gleichspannungsbefehl beibehalten.
  • Zurück zu 2. Wenn zu der Zeit t3 die Beschleunigung des Motors 3 abgeschlossen ist und der Betrieb mit einer konstanten Geschwindigkeit begonnen wird, geht der Gleichspannungswert wie oben beschrieben zum Ansteigen über und entspricht der Gleichspannungswert dann zu der Zeit t4 dem Gleichspannungsbefehl. Die Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit 53 bestimmt zu der Zeit (der Zeit t4), zu der der Gleichspannungswert dem Gleichspannungsbefehl entspricht, dass sich die ”Gleichspannungsschleifensteuereinheit 51 in dem Nichtsättigungszustand befindet”.
  • Da der Gleichspannungswert der elektrischen Speichervorrichtung 6 während des Betriebs des Motors 3 mit einer konstanten Geschwindigkeit von der Zeit t4 bis zu der Zeit t5 so gesteuert wird, dass er dem Gleichspannungsbefehl entspricht, wird die gesamte Energie, die für den Betrieb des Motors 3 mit einer konstanten Geschwindigkeit benötigt wird, durch die Leistungsbetriebstätigkeit des PWM-Gleichrichters 1 von Seiten der Wechselstromleistungsversorgung 4 geliefert. Während dieses Zeitraums bestimmt die Betriebszustandsbestimmungseinheit 56, dass sich die Hauptsteuerungseinheit 11 in dem Leistungsbetriebszustand befindet, da der Strombefehl (der endgültige Strombefehl) positiv ist.
  • Wenn der Motor 3 zu der Zeit t5 zu verlangsamen beginnt, wird durch den Motor 3 die regenerative Leistung erzeugt. Die regenerative Leistung wird über den Inverter 2 zu der Gleichstromanbindung zurückgeführt, und die Gleichstromleistung, die sich aus der regenerativen Leistung ergibt, wird zu dem PWM-Gleichrichter 1 geliefert. Dies bedeutet, dass eine negative Gleichstromleistung an die Gleichstromausgangsseite des PWM-Gleichrichters 1 ausgegeben wurde. Die Strombefehlsbegrenzungseinheit 52 bestimmt, dass der absolute Wert des Strombefehls einen vorherbestimmten Grenzwert übersteigt, und legt den Grenzwert als den endgültigen Strombefehl fest. Die PWM-Steuersignalerzeugungseinheit 55 erzeugt das PWM-Steuersignal auf der Basis des endgültigen Strombefehls, der durch die Strombefehlsbegrenzungseinheit 52 auf den Grenzwert festgelegt wurde, und gibt das PWM-Steuersignal an die Hauptschaltungseinheit 11 aus. Dadurch wird die von der Hauptschaltungseinheit 11 ausgegebene Gleichstromleistung auf einen bestimmten Wert begrenzt, und führt die Hauptschaltungseinheit 11 die regenerative Tätigkeit (die umgekehrte Umwandlungstätigkeit) in einem Ausmaß, das dem Grenzwert entspricht, durch. Ferner bestimmt die Betriebszustandsbestimmungseinheit 56, dass sich die Hauptschaltungseinheit 11 in dem regenerativen Zustand befindet, da der endgültige Strombefehl negativ ist.
  • Von der Zeit t5 bis zu der Zeit t6 bestimmt die Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit 53, dass sich ”die Gleichspannungsschleifensteuereinheit 51 in dem Sättigungszustand befindet”, da die Strombefehlsbegrenzungseinheit 52 den Grenzwert als den endgültigen Stromwert festlegt. Zudem bestimmt die Betriebszustandsbestimmungseinheit 56, dass sich ”die Hauptschaltungseinheit 11 in dem regenerativen Zustand befindet”, da der endgültige Stromwert negativ ist. Daher befielt die PWM-Betriebsanhaltebefehlseinheit 57 zu der Zeit t6 das Anhalten des Schaltbetriebs in der Hauptschaltungseinheit 11. Zu der Zeit t6 hält die regenerative Tätigkeit des PWM-Gleichrichters 1 an, da die PWM-Betriebsanhaltebefehlseinheit 57 einen Anhaltebefehl für den Schaltbetrieb an die Hauptschaltungseinheit 11 ausgibt, wodurch es unmöglich wird, die Gleichstromleistung, die von der regenerativen Leistung stammt, zu der Seite der Wechselstromleistungsversorgung 4 zurückzuführen. Daher wird mit dem Speichern der Gleichstromleistung in der elektrischen Speichervorrichtung 6 begonnen und geht der Gleichspannungswert (das elektrische Potential der elektrischen Speichervorrichtung 6), der durch die Gleichspannungsdetektionseinheit 23 detektiert wird, zum Ansteigen über.
  • Da die Strombefehlsbegrenzungseinheit 52 nach der Zeit t6 den Grenzwert als den endgültigen Strombefehl festlegt, bestimmt die Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit 53, dass sich ”die Gleichspannungsschleifensteuereinheit 51 in dem Sättigungszustand befindet”. Zudem bestimmt die Betriebszustandsbestimmungseinheit 56, dass sich ”die Hauptschaltungseinheit 11 in dem regenerativen Zustand befindet”, da der endgültige Strombefehl negativ ist. Da bestimmt wurde, dass sich ”die Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit 53 in dem Sättigungszustand befindet” und sich ”die Hauptschaltungseinheit 11 in dem regenerativen Zustand befindet”, ändert die Gleichspannungsbefehlsberechnungseinheit 54 daher den Gleichspannungsbefehl zu einem Wert, der durch Addieren eines vorherbestimmten negativen Versatzes zu einem Höchstwert des Gleichspannungswerts nach dem Übergang von dem Nichtsättigungszustand zu dem Sättigungszustand erhalten wird. Nun wird unter Bezugnahme auf 4 die Festlegung des Gleichspannungsbefehls durch die Gleichspannungsbefehlsberechnungseinheit 54, wenn sich die Gleichspannungsschleifensteuereinheit 51 in dem Sättigungszustand befindet und sich der PWM-Gleichrichter 1 in dem regenerativen Zustand befindet, beschrieben werden. 4 veranschaulicht ”den Gleichspannungsbefehl und den Gleichspannungswert” und ”den Zustand der Gleichspannungsschleifensteuereinheit” von etwa der Zeit t6 bis etwa zu der Zeit t8 in 2.
  • Wenn der Motor 3 verlangsamt und sich die Gleichspannungsschleifensteuereinheit 51 in dem Sättigungszustand befindet und sich der PWM-Gleichrichter 1 in dem regenerativen Zustand befindet, befiehlt die PWM-Betriebsanhaltebefehlseinheit wie oben beschrieben das Anhalten des Schaltbetriebs in der Hauptschaltungseinheit 11 und hält daher die regenerative Tätigkeit des PWM-Gleichrichters 1 an, wodurch es unmöglich wird, die Gleichstromleistung, die von der regenerativen Leistung stammt, zu der Seite der Wechselstromleistungsversorgung 4 zurückzuführen. Der Gleichspannungswert (das elektrische Potential der elektrischen Speichervorrichtung 6), der durch die Gleichspannungsdetektionseinheit 23 detektiert wird, steigt an (von der Zeit t6 bis zu der Zeit t7). Wenn das Verlangsamen des Motors 3 abgeschlossen ist und der Motor 3 anhält (Zeit t7), geht das elektrische Potential der elektrischen Speichervorrichtung 6 zum Abnehmen über, da die regenerative Leistung des Motors 3 nicht länger über den Inverter 2 zu der Gleichstromanbindung geliefert wird und die in der elektrischen Speichervorrichtung 6 gespeicherte Gleichstromleistung durch den inneren Widerstand des PWM-Gleichrichters 1 oder dergleichen verbraucht wird. Zwischen der Zeit t7, zu der das elektrische Potential der elektrischen Speichervorrichtung 6 abzunehmen beginnt, und der Zeit t8, zu der die Bestimmung durch die Gleichspannungsschleifenbestimmungseinheit 53 von der Bestimmung, dass ”sich die Gleichspannungsschleifensteuereinheit 51 in dem Sättigungszustand befindet”, zu der Bestimmung geändert wird, dass sich ”die Gleichspannungsschleifensteuereinheit 51 in dem Nichtsättigungszustand befindet”, ist eine kurze Zeitverzögerung bereitgestellt. Von dem Gesichtspunkt eines Einklangs zwischen einer Verhinderung des unkorrekten Detektierens der Bestimmung durch die Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit 53 und einer frühen Bestimmung des Abschlusses der Verlangsamung des Motors 3 her wird anstelle des gegenwärtigen Gleichspannungsbefehls, der verwendet wurde, neu der Wert, der durch Addieren eines vorherbestimmten negativen Versatzes –Δ (nachstehend als ”Verlangsamungsabschlussdetektionspegel” bezeichnet” zu dem Höchstwert Vmax des Gleichspannungswerts nach dem Übergang von dem Nichtsättigungszustand zu dem Sättigungszustand erhalten wird, als der Gleichspannungsbefehl verwendet. Der Verlangsamungsabschlussdetektionspegel ”–Δ” ist ein Wert, der einer Hysterese der Änderung von dem Sättigungszustand zu dem Nichtsättigungszustand der Gleichspannungsschleifensteuereinheit 51 entspricht, und der Wert kann gemäß der Spezifikation der Spannung, die für den Antrieb des Motors 3 verwendet wird, oder dergleichen festgelegt werden.
  • Bei dem veranschaulichten Beispiel wird der Höchstwert Vmax sequentiell aktualisiert, da der Gleichspannungswert von der Zeit t6 bis zu der Zeit t7 allmählich zunimmt, und wird mit jeder Aktualisierung der Wert ”Vmax – Δ”, der durch Hinzuaddieren des Verlangsamungsabschlussdetektionspegels ”–Δ” erhalten wird, als der Gleichspannungsbefehl festgelegt. Der Gleichspannungswert nimmt zu der Zeit t7 den Höchstwert Vmax an, da die Verlangsamung des Motors 3 zu der Zeit t7 abgeschlossen ist und der Motor 3 zu der Zeit t7 anhält, und von der Zeit t7 bis zu der Zeit t8 wird der Wert ”Vmax – Δ”, der durch Addieren des Verlangsamungsabschlussdetektionspegels ”–Δ” zu dem Höchstwert Vmax, bei dem es sich um den zu der Zeit t7 erhaltenen Gleichspannungswert handelt, erhalten wird, als der Gleichspannungsbefehl beibehalten.
  • Zurück zu 2. Wenn zu der Zeit t7 die Verlangsamung des Motors 3 abgeschlossen ist und der Motor 3 anhält, geht der Gleichspannungswert zur Abnahme über, da die in der elektrischen Speichervorrichtung 6 gespeicherte Gleichstromleistung durch den inneren Widerstand des PWM-Gleichrichters 1 oder dergleichen verbraucht wird, und entspricht der Gleichspannungswert zu der Zeit t8 dem Gleichspannungsbefehl. Die Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit 53 bestimmt zu der Zeit (Zeit t8), zu der der Gleichspannungswert dem Gleichspannungsbefehl entspricht, dass sich ”die Gleichspannungsschleifensteuereinheit 51 in dem Nichtsättigungszustand befindet”.
  • Nachdem der Gleichspannungswert zu der Zeit t8 dem Gleichspannungsbefehl entspricht, gibt die PWM-Betriebsanhaltebefehlseinheit 57 einen Aufhebebefehl zum Aufheben des Anhaltens des Schaltbetriebs in der Hauptschaltungseinheit 11 an die Hauptschaltungseinheit 11 aus. Die PWM-Steuersignalerzeugungseinheit 55 erzeugt ein derartiges PWM-Steuersignal, dass durch den PWM-Gleichrichter 1 die Leistungsbetriebstätigkeit durchgeführt wird, und gibt das PWM-Steuersignal an die Hauptschaltungseinheit 11 aus, damit von dem PWM-Gleichrichter 1 so wie in dem Motoranhaltezustand von der Zeit t0 bis zu der Zeit t1 die Gleichstromleistung zum Ausgleichen des Verbrauchs der in der elektrischen Speichereinheit 6 gespeicherten Energie durch den inneren Widerstand des PWM-Gleichrichters 1 oder dergleichen ausgegeben wird. Dadurch wird der Gleichspannungswert bei dem Gleichspannungsbefehl gehalten.
  • Auf diese Weise macht es nach der ersten Ausführungsform das Festlegen des oben angeführten Grenzwerts, der für die Verarbeitung durch die Strombefehlsbegrenzungseinheit 52 verwendet wird, auf einen derartigen Wert, dass der Grenzwert für den Ausgang der Hauptschaltungseinheit 11 geringer als der Höchstausgang des Motors 3 ist, möglich, die Spitze der Energie, die von dem PWM-Gleichrichter 1 (der Leistungsversorgung) geliefert wird, zu begrenzen.
  • Nach der ersten Ausführungsform gibt die PWM-Betriebsanhaltebefehlseinheit 57 den Anhaltebefehl für den Schaltbetrieb an die Hauptschaltungseinheit 11 aus, wenn die Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit 53 den Sättigungszustand bestimmt und die Betriebszustandsbestimmungseinheit 56 den regenerativen Zustand bestimmt (zu der Zeit t6 in 2 und 4), und verursacht dies, dass die regenerative Tätigkeit des PWM-Gleichrichters 1 angehalten wird und die Gleichstromleistung, die von der regenerativen Leistung stammt, ohne Rückführung der Gleichstromleistung zu der Seite der Wechselstromleistungsversorgung 4 in der elektrischen Speichervorrichtung 6 gespeichert wird. Entsprechend kann die gespeicherte Energie für eine Beschleunigung des Motors 3 beim nächsten Mal benutzt werden, wodurch ein leistungsfähiger Betrieb ausgeführt wird.
  • Nach der ersten Ausführungsform wird der Gleichspannungsbefehl auf der Basis des Gleichspannungswerts, der durch die Gleichspannungsdetektionseinheit 23 detektiert wird, festgelegt, wenn sich die Gleichspannungsschleifensteuereinheit 51 in dem Sättigungszustand befindet, und kann dies die Zeit und die Mühe für das Festlegen eines Gleichspannungsbefehls für jedes Betriebsmuster eines Motors durch systematisches Ausprobieren, das bei der Erfindung, die in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2012-085512 und in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2010-260094 beschrieben ist, erforderlich ist, vermeiden, was effizient ist.
  • 5 ist ein prinzipielles Blockdiagramm eines PWM-Gleichrichters nach einer zweiten Ausführungsform. 6 ist ein Timingdiagramm, das den Betrieb des in 5 veranschaulichten PWM-Gleichrichters schematisch veranschaulicht. Es ist zu beachten, dass 6 von oben her eine ”Motorgeschwindigkeit”, einen ”Motorausgang”, einen ”Gleichrichterausgang”, einen ”Gleichspannungsbefehl und Gleichspannungswert” und ”den Zustand der Gleichspannungsschleifensteuereinheit” veranschaulicht. Eine gestrichelte Linie veranschaulicht den Gleichspannungsbefehl, und eine strichpunktierte Linie veranschaulicht den Mindest- oder Höchstwert des Gleichspannungswerts.
  • Die zweite Ausführungsform entwickelt die PWM-Betriebsanhaltebefehlseinheit 57 bei dem PWM-Gleichrichter 1 nach der in 1 veranschaulichten Ausführungsform weiter. Mit anderen Worten hebt nach der zweiten Ausführungsform eine PWM-Betriebsanhaltebefehlseinheit 57 das Anhalten des Schaltbetriebs in der Hauptschaltungseinheit 11 auf, wenn unter der Bedingung, dass die Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit 53 den Sättigungszustand bestimmt und die Betriebszustandsbestimmungseinheit 56 den regenerativen Zustand bestimmt, der durch die Gleichspannungsdetektionseinheit detektierte Gleichspannungswert einen vorherbestimmten Wert übersteigt. Daher wird auch der Gleichspannungswert, der durch die Gleichspannungsdetektionseinheit 23 detektiert wird, in die PWM-Betriebsanhaltebefehlseinheit 57 eingegeben. Es genügt, wenn der oben angeführte ”vorherbestimmte Wert”, der für den Vergleich mit dem Gleichspannungswert verwendet wird, auf einen kleineren Wert als eine Spannungsfestigkeit, die der Kapazität der elektrischen Speichervorrichtung 6 zum Speichern von Elektrizität entspricht, festgelegt wird. Es ist zu beachten, dass die anderen Schaltungselemente als die oben genannten im Wesentlichen die gleichen wie die in 1 veranschaulichten Schaltungselemente sind. Daher sind den gleichen Schaltungselementen die gleichen Bezugszeichen verliehen und wird auf einen ausführliche Beschreibung der Schaltungselemente verzichtet.
  • Erstens gibt die PWM-Betriebsanhaltebefehlseinheit 57 bei der zweiten Ausführungsform wie bei der ersten Ausführungsform dann, wenn die Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit 53 den Sättigungszustand bestimmt und die Betriebszustandsbestimmungseinheit 56 den regenerativen Zustand bestimmt, den Anhaltebefehl für den Schaltbetrieb an die Hauptschaltungseinheit 11 aus, um das Anhalten der regenerativen Tätigkeit des PWM-Gleichrichters 1 zu verursachen, und zu verursachen, dass die Gleichstromleistung, die von der regenerativen Leistung stammt, ohne Rückführung zu der Seite der Wechselstromleistungsversorgung 4 in der elektrischen Speichervorrichtung 6 gespeichert wird. Darüber hinaus gibt die PWM-Betriebsanhaltebefehlseinheit 57 bei der zweiten Ausführungsform dann, wenn die von der regenerativen Leistung stammende Gleichstromleistung die Kapazität der elektrischen Speichervorrichtung 6 zum Speichern von Elektrizität übersteigt, so dass die elektrische Speichervorrichtung 6 nicht länger in der Lage ist, die Energie zu speichern, einen Aufhebebefehl zum Aufheben des Anhaltens des Schaltbetriebs in der Hauptschaltungseinheit 11 an die Hauptschaltungseinheit 11 aus, um zu verursachen, dass die regenerative Tätigkeit des PWM-Gleichrichters 1 wiederaufgenommen wird. Nach der zweiten Ausführungsform kann die regenerative Energie, die von dem Inverter 2 zurückgeführt wird, durch derartiges Betreiben der PWM-Betriebsanhaltebefehlseinheit 57 zu der Seite der Wechselstromleistungsversorgung 4 zurückgeführt werden. Dies macht es möglich, eine Situation zu vermeiden, in der die Energie die Spannungsfestigkeit der elektrischen Speichervorrichtung 6 übersteigt.
  • Als Betriebsbeispiel für die PWM-Betriebsanhaltebefehlseinheit 57 bei der zweiten Ausführungsform wird ein Fall beschrieben werden, in dem der Motor 3 wie in 6 veranschaulicht in dieser Reihenfolge mit einer konstanten Geschwindigkeit, verlangsamend und anhaltend betrieben wird. Es ist zu beachten, dass 6 von oben her eine ”Motorgeschwindigkeit”, einen ”Motorausgang”, einen ”Gleichrichterausgang”, einen ”Gleichspannungsbefehl und Gleichspannungswert” und ”den Zustand der Gleichspannungsschleifensteuereinheit” veranschaulicht.
  • Während des Betriebs des Motors 3 mit einer konstanten Geschwindigkeit wird die gesamte Energie, die für den Betrieb des Motors 3 mit einer konstanten Geschwindigkeit benötigt wird, durch die Leistungsbetriebstätigkeit des PWM-Gleichrichters 1 von Seiten der Wechselstromleistungsversorgung 4 geliefert, da der Gleichspannungswert der elektrischen Speichervorrichtung 6 wie im Fall von der Zeit t4 bis zu der Zeit t5 bei der ersten Ausführungsform so gesteuert wird, dass er dem Gleichspannungsbefehl entspricht. In diesem Zeitraum bestimmt die Betriebszustandsbestimmungseinheit 56, dass sich die Hauptschaltungseinheit 11 in dem Leistungsbetriebszustand befindet, da der Strombefehl (der endgültige Strombefehl) positiv ist. Zudem soll der Motor 3 beim Betrieb mit einer konstanten Geschwindigkeit mit weniger Energie als im Fall der Beschleunigung angetrieben werden, weshalb der Gleichstromausgang des PWM-Gleichrichters 1 einen Grenzwert nicht übersteigt. Daher bestimmt die Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit 53, dass sich ”die Gleichspannungsschleifensteuereinheit 51 in dem Nichtsättigungszustand befindet”.
  • Wenn der Motor 3 zu der Zeit t1 zu verlangsamen beginnt, wird durch den Motor 3 wie im Fall der Zeit t5 bei der ersten Ausführungsform die regenerative Leistung erzeugt und die regenerative Leistung über den Inverter 2 zu der Gleichstromanbindung zurückgeführt, so dass die Gleichstromleistung, die sich aus der regenerativen Leistung ergibt, zu dem PWM-Gleichrichter 1 geliefert wird. Die Strombefehlsbegrenzungseinheit 52 bestimmt, dass ein Fall vorliegt, in dem der absolute Wert des Strombefehls einen vorherbestimmten Grenzwert übersteigt, und setzt den Grenzwert als den endgültigen Strombefehl an. Die PWM-Steuersignalerzeugungseinheit 55 erzeugt das PWM-Steuersignal auf der Basis des endgültigen Strombefehls, der durch die Strombefehlsbegrenzungseinheit 52 auf den Grenzwert festgelegt wurde, und gibt das PWM-Steuersignal an die Hauptschaltungseinheit 11 aus. Dadurch wird der Gleichstromleistungsausgang von der Hauptschaltungseinheit 11 auf einen bestimmten Wert begrenzt und führt die Hauptschaltungseinheit die regenerative Tätigkeit (die umgekehrte Umwandlungstätigkeit) mit einem dem Grenzwert entsprechenden Ausmaß durch. Außerdem bestimmt die Betriebszustandsbestimmungseinheit 56, dass sich die Hauptschaltungseinheit 11 in dem regenerativen Zustand befindet, da der endgültige Strombefehl negativ ist.
  • Von der Zeit t1 bis zu der Zeit t2 bestimmt die Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit 53, dass sich ”die Gleichspannungsschleifensteuereinheit 51 in dem Sättigungszustand befindet”, da die Strombefehlsbegrenzungseinheit 52 wie in dem Fall von der Zeit t5 bis zu der Zeit t6 bei der ersten Ausführungsform den Grenzwert als den endgültigen Strombefehl festlegt. Zudem bestimmt die Betriebszustandsbestimmungseinheit 56, dass sich ”die Hauptschaltungseinheit 11 in dem regenerativen Zustand befindet”, da der endgültige Strombefehl negativ ist. Daher befiehlt die PWM-Betriebsanhaltebefehlseinheit 57 zu der Zeit t2 das Anhalten des Schaltbetriebs in der Hauptschaltungseinheit 11. Zu der Zeit t2 hält die regenerative Tätigkeit des PWM-Gleichrichters 1 an, da die PWM-Betriebsanhaltebefehlseinheit 57 einen Anhaltebefehl für den Schaltbetrieb an die Hauptschaltungseinheit 11 ausgibt, wodurch es unmöglich wird, die Gleichstromleistung, die sich aus der regenerativen Leistung ergibt, zu der Seite der Wechselstromleistungsversorgung 4 zurückzuführen. Daher wird mit dem Speichern der Gleichstromleistung in der elektrischen Speichervorrichtung 6 begonnen und geht der durch die Gleichspannungsdetektionseinheit 23 detektierte Gleichspannungswert (das elektrische Potential der elektrischen Speichervorrichtung 6) zum Ansteigen über.
  • Nach der Zeit t2 bestimmt die Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit 53, dass sich ”die Gleichspannungsschleifensteuereinheit 51 in dem Sättigungszustand befindet”, da die Strombefehlsbegrenzungseinheit 52 den Grenzwert als den endgültigen Stromwert festlegt. Zudem bestimmt die Betriebszustandsbestimmungseinheit 56, dass sich ”die Hauptschaltungseinheit 11 in dem regenerativen Zustand befindet”, da der endgültige Strombefehl negativ ist. Da bestimmt wurde, dass ”sich die Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit 53 in dem Sättigungszustand befindet”, und dass ”sich die Hauptschaltungseinheit 11 in dem regenerativen Zustand befindet”, ändert die Gleichspannungsbefehlsberechnungseinheit 54 dem Gleichspannungsbefehl zu einem Wert, der durch Addieren eines vorherbestimmten negativen Versatz zu einem Höchstwert des Gleichspannungswerts nach einem Übergang von dem Nichtsättigungszustand zu dem Sättigungszustand erhalten wird.
  • Wenn der Gleichspannungswert (das elektrische Potential der elektrischen Speichervorrichtung 6), das durch die Gleichspannungsdetektionseinheit 23 detektiert wird, durch den Anstieg des durch die Gleichspannungsdetektionseinheit 23 detektierten Gleichspannungswerts zu der Zeit t3 einen vorherbestimmten Wert übersteigt, bedeutet diese Situation, dass die von der regenerativen Leistung stammende Gleichstromleistung die Kapazität der elektrischen Speichervorrichtung 6 zum Speichern von Elektrizität übersteigt und die elektrische Speichervorrichtung 6 nicht länger in der Lage ist, die Energie zu speichern. In dieser Situation gibt die PWM-Betriebsanhaltebefehlseinheit 57 einen Aufhebebefehl zum Aufheben des Anhaltens des Schaltbetriebs in der Hauptschaltungseinheit 11 an die Hauptschaltungseinheit 1 aus, um zu verursachen, dass die regenerative Tätigkeit des PWM-Gleichrichters 1 wiederaufgenommen wird. Wenn die regenerative Tätigkeit des PWM-Gleichrichters 1 wiederaufgenommen wird, wird der Gleichspannungsbefehl zu der Wiederaufnahmezeit beibehalten. Dadurch wird ein Teil der regenerativen Energie, die von dem Inverter 2 zurückgeführt wird, zu der Seite der Wechselstromleistungsversorgung 4 zurückgeführt und nimmt der Gleichspannungswert (das elektrische Potential der elektrischen Speichervorrichtung 6), der durch die Gleichspannungsdetektionseinheit 23 detektiert wird, ab. Die regenerative Tätigkeit des PWM-Gleichrichters 1 wird ausgeführt, bis der durch die Gleichspannungsdetektionseinheit 23 detektierte Gleichspannungswert dem Gleichspannungsbefehl entspricht (zu der Zeit t4).
  • Wenn der Gleichspannungswert zu der Zeit t4 dem Gleichspannungsbefehl entspricht, bestimmt die Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit 53, dass ”die Gleichspannungsschleifensteuereinheit 51 in den Nichtsättigungszustand gelangt”. Danach gibt die PWM-Betriebsanhaltebefehlseinheit 57 den Aufhebebefehl zum Aufheben des Anhaltens des Schaltbetriebs in der Hauptschaltungseinheit 11 an die Hauptschaltungseinheit 11 aus. Die PWM-Steuersignalerzeugungseinheit 55 erzeugt ein derartiges PWM-Steuersignal, dass durch den PWM-Gleichrichter 1 die Leistungsbetriebstätigkeit durchgeführt wird, und gibt das PWM-Steuersignal an die Hauptschaltungseinheit 11 aus, so dass von dem PWM-Gleichrichter 1 die Gleichstromleistung zum Ausgleichen des Verbrauchs der in der elektrischen Speichervorrichtung 6 gespeicherten Energie durch den inneren Widerstand des PWM-Gleichrichters 1 oder dergleichen ausgegeben wird. Dadurch wird der Gleichspannungswert bei dem Gleichspannungsbefehl behalten.
  • Auf diese Weise gibt nach der zweiten Ausführungsform die PWM-Betriebsanhaltebefehlseinheit 57 dann, wenn die regenerative Energie, die durch das Verlangsamen des Motors 3 erzeugt wird, die Kapazität der elektrischen Speichervorrichtung 6 zum Speichern von Elektrizität übersteigt, wodurch die elektrische Speichervorrichtung 6 nicht länger in der Lage ist, die Energie zu laden, einen Aufhebebefehl zum Aufheben des Anhaltens des Schaltbetriebs in der Hauptschaltungseinheit 11 an die Hauptschaltungseinheit 11 aus, um die Wiederaufnahme der regenerativen Tätigkeit des PWM-Gleichrichters 1 zu verursachen, und kann daher die regenerative Energie, die von dem Inverter 2 zurückgeführt wird, zu der Seite der Wechselstromleistungsversorgung 4 zurückgeführt werden. Dies macht es möglich, eine Situation, in der die Energie die Spannungsfestigkeit der elektrischen Speichervorrichtung 6 übersteigt, zu vermeiden.
  • 7 ist ein prinzipielles Blockdiagramm eines PWM-Gleichrichters nach einer dritten Ausführungsform. 8 ist ein Timingdiagramm, das den Betreib des in 7 veranschaulichten PWM-Gleichrichters schematisch veranschaulicht. Es ist zu beachten dass 8 von oben her eine ”Motorgeschwindigkeit”, einen ”Motorausgang”, einen ”Gleichrichterausgang”, einen ”Gleichspannungsbefehl und Gleichspannungswert”, und ”den Zustand der Gleichspannungsschleifensteuereinheit” veranschaulicht. Eine gestrichelte Linie veranschaulicht den Gleichspannungsbefehl, und eine strichpunktierte Linie veranschaulicht den Mindest- oder Höchstwert des Gleichspannungswerts.
  • Die dritte Ausführungsform entwickelt die Strombefehlsbegrenzungseinheit 52 in dem in 1 veranschaulichten PWM-Gleichrichter 1 nach der ersten Ausführungsform oder die Strombefehlsbegrenzungseinheit 52 in dem in 5 veranschaulichten PWM-Gleichrichter 1 nach der zweiten Ausführungsform weiter. Es ist zu beachten, dass 7 einen Fall veranschaulicht, bei dem in der Strombefehlsbegrenzungseinheit 52 in dem PWM-Gleichrichter 1 nach der zweiten Ausführungsform, die in 5 veranschaulicht ist, eine Grenzwertänderungseinheit 61 bereitgestellt ist.
  • Die dritte Ausführungsform ändert einen ursprünglich festgelegten Grenzwert zu einem größeren Wert, damit der Gleichspannungswert (das elektrische Potential der elektrischen Speichervorrichtung 6) in einen normalen Bereich fällt, wenn der Gleichspannungswert (das elektrische Potential der elektrischen Speichervorrichtung 6) zu der Zeit der Beschleunigung des Motors 3 stärker als erwartet abnimmt, oder wenn der Gleichspannungswert (das elektrische Potential der elektrischen Speichervorrichtung 6) zu der Zeit der Verlangsamung des Motors 3 stärker als erwartet zunimmt.
  • Nach der dritten Ausführungsform umfasst eine Strombefehlsbegrenzungseinheit 52 eine Grenzwertänderungseinheit 61, die einen Grenzwert zu einem größeren Grenzwert ändert, wenn der durch die Gleichspannungsdetektionseinheit 23 detektierte Gleichspannungswert einen ersten Schwellenwert übersteigt oder unter einen zweiten Schwellenwert, der kleiner als der erste Schwellenwert ist, fällt, und den Grenzwert zu dem Wert vor der oben angeführten Änderung zurückführt, wenn der Gleichspannungswert, der durch die Gleichspannungsdetektionseinheit 23 detektiert wird, nach der Änderung des Grenzwerts zu dem ”größeren Grenzwert” in einen Bereich zwischen dem ersten Schwellenwert und dem zweiten Schwellenwert fällt. Obwohl der durch die Gleichspannungsdetektionseinheit 23 detektierte Gleichspannungswert auch in die Grenzwertänderungseinheit 61 in der Strombefehlsbegrenzungseinheit 52 eingegeben wird, wird der Gleichspannungswert, der für die Verarbeitung zur Änderung des Gleichspannungsbefehls durch die Gleichspannungsbefehlsberechnungseinheit 54 verwendet werden soll, an der oberen Seite bei dem ersten Schwellenwert gehalten und an der unteren Seite bei dem zweiten Schwellenwert gehalten. Mit anderen Worten dient bei der dritten Ausführungsform im Hinblick auf den Gleichspannungsbefehl der erste Schwellenwert als der obere Grenzwert, und dient der zweite Schwellenwert als der untere Grenzwert. Die anderen Schaltungselemente als die oben genannten sind im Wesentlichen die gleichen wie die in 5 veranschaulichten Schaltungselemente.
  • Daher sind den gleichen Schaltungselementen die gleichen Bezugszeichen verliehen und wird auf eine ausführliche Beschreibung der Schaltungselemente verzichtet.
  • Als Betriebsbeispiel für die Grenzwertänderungseinheit 61 in der Strombefehlsbegrenzungseinheit 52 bei der dritten Ausführungsform wird ein Fall beschrieben werden, bei dem der Motor 3 wie in 8 veranschaulicht in dieser Reihenfolge zum Anhalten, Beschleunigen, Laufen mit einer konstanten Geschwindigkeit, Verlangsamen und Anhalten gebracht wird. Es ist zu beachten, dass 8 von oben her eine ”Motorgeschwindigkeit”, einen ”Motorausgang”, einen ”Gleichrichterausgang”, einen ”Gleichspannungsbefehl und Gleichspannungswert” und ”den Zustand der Gleichspannungsschleifensteuereinheit” veranschaulicht.
  • Der Betrieb von der Zeit t0 bis zu der Zeit t1 ist im Wesentlichen der gleiche wie der Betrieb von der Zeit t0 bis zu der Zeit t1 bei der ersten Ausführungsform, weshalb auf seine Beschreibung verzichtet wird. Insbesondere von der Zeit t2 bis zu der Zeit t3 ändert die Gleichspannungsbefehlsberechnungseinheit 54 wie im Fall von der Zeit t2 bis zu der Zeit t3 bei der ersten Ausführungsform den Gleichspannungsbefehl zu einem Wert ”Vmin + Δ”, der durch Addieren eines vorherbestimmten Versatzes (Beschleunigungsabschlussdetektionspegels Δ) zu einem Mindestwert Vmin des Gleichspannungswerts nach einem Übergang von dem Nichtsättigungszustand zu dem Sättigungszustand erhalten wird, da die Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit 53 den Sättigungszustand bestimmt hat und die Betriebszustandsbestimmungseinheit 56 den Leistungsbetriebszustand bestimmt hat.
  • Wenn der Gleichspannungswert (das elektrische Potential der elektrischen Speichervorrichtung 6), der durch die Gleichspannungsdetektionseinheit 23 detektiert wird, durch die Beschleunigung des Motors 3 zu der Zeit t3 unter den zweiten Schwellenwert fällt, setzt die Grenzwertänderungseinheit 61 in der Strombefehlsbegrenzungseinheit 52 den Grenzwert anstelle des ursprünglich festgelegten Grenzwerts neu auf einen größeren Grenzwert als den ursprünglich festgelegten Grenzwert fest. Die Strombefehlsbegrenzungseinheit 52 verwendet den oben angeführten neuen Grenzwert zum Vergleich mit dem absoluten Wert des durch die Gleichspannungsschleifensteuereinheit 51 erzeugten Strombefehls.
  • Nach der Zeit t3 wird der Wert, der durch Addieren des Beschleunigungsabschlussdetektionspegels Δ zu dem Gleichstromwert Vmin zu der Zeit t3 erhalten wurde, als der Gleichspannungsbefehl verwendet.
  • Auf diese Weise verursacht das Aufheben des ursprünglich festgelegten Grenzwerts und das Festlegen des oben angeführten neuen und größeren Grenzwerts (Zeit t3), dass der PWM-Gleichrichter 1 die Energie von Seiten der Wechselstromleistungsversorgung 4 weiter erhält und die Energie der Gleichstromanbindung bereitstellt. Als Ergebnis wird die Energie in der elektrischen Speichervorrichtung 6 gespeichert und geht der Gleichspannungswert (das elektrische Potential der elektrischen Speichervorrichtung 6), der durch die Gleichspannungsdetektionseinheit 23 detektiert wird, zum Ansteigen über.
  • Wenn der Gleichspannungswert (das elektrische Potential der elektrischen Speichervorrichtung 6), der durch die Gleichspannungsdetektionseinheit 23 detektiert wird, als Ergebnis des Anstiegs zu dem zweiten Schwellenwert zurückgekehrt ist (Zeit t4), führt die Strombefehlsbegrenzungseinheit 52 den Grenzwert zu dem oben angeführten ursprünglich festgelegten Grenzwert zurück.
  • Der Betrieb von der Zeit t4 bis zu der Zeit t9 ist im Wesentlichen der gleiche wie der Betrieb von der Zeit t3 bis zu der Zeit t7 bei der ersten Ausführungsform, weshalb auf seine Beschreibung verzichtet wird.
  • Wenn der Gleichspannungswert (das elektrische Potential der elektrischen Speichervorrichtung 6), der durch die Gleichspannungsdetektionseinheit 2 detektiert wird, aufgrund der Verlangsamung des Motors 3 zu der Zeit t9 den ersten Schwellenwert übersteigt, setzt die Grenzwertänderungseinheit 61 in der Strombefehlsbegrenzungseinheit 52 den Grenzwert anstelle des ursprünglich festgelegten Grenzwerts neu auf einen größeren Grenzwert als den ursprünglich festgelegten Grenzwert fest. Die Strombefehlsbegrenzungseinheit 52 verwendet den oben angeführten neuen Grenzwert zum Vergleich mit dem absoluten Wert des durch die Gleichspannungsschleifensteuereinheit 51 erzeugten Strombefehls.
  • Nach der Zeit t9 wird der Wert, der durch Addieren des Verlangsamungsabschlussdetektionspegels ”–Δ” zu dem Gleichstromwert Vmax zu der Zeit t9 erhalten wurde, als der Gleichspannungsbefehl verwendet.
  • Auf diese Weise verursacht das Aufheben des ursprünglich festgelegten Grenzwerts und das Festlegen des oben angeführten neuen und größeren Grenzwerts (t9), dass der PWM-Gleichrichter 1 die Energie von der Gleichstromanbindung weiter zu der Seite der Wechselstromleistungsversorgung 9 zurückführt (regeneriert). Als Ergebnis wird die Energie in der elektrischen Speichervorrichtung 6 entladen und nimmt der Gleichspannungswert (das elektrische Potential der elektrischen Speichervorrichtung 6), der durch die Gleichspannungsdetektionseinheit 23 detektiert wird, ab.
  • Wenn der Gleichspannungswert (das elektrische Potential der elektrischen Speichervorrichtung 6), der durch die Gleichspannungsdetektionseinheit 23 detektiert wird, als Ergebnis der Abnahme zu dem ersten Schwellenwert zurückgekehrt ist (Zeit t10). führt die Strombefehlsbegrenzungseinheit 52 den Grenzwert zu dem oben angeführten ursprünglich festgelegten Grenzwert zurück.
  • Der Betrieb von der Zeit t10 bis zu der Zeit t13 ist im Wesentlichen der gleiche wie der Betrieb von der Zeit t3 bis zu der Zeit t5 bei der zweiten Ausführungsform, weshalb auf seine Beschreibung verzichtet wird.
  • Auf diese Weise ist es nach der dritten Ausführungsform möglich, den Gleichspannungswert (das elektrische Potential der elektrischen Speichervorrichtung 6) in einen normalen Bereich fallen zu lassen, da der ursprünglich festgelegte Grenzwert zu einem größeren Wert geändert wird, wenn der Gleichspannungswert (das elektrische Potential der elektrischen Speichervorrichtung 6) zu der Zeit der Beschleunigung des Motors 3 stärker als erwartet abnimmt, oder wenn der Gleichspannungswert (das elektrische Potential der elektrischen Speichervorrichtung 6) zu der Zeit der Verlangsamung des Motors 36 stärker als erwartet zunimmt.
  • 9 ist ein prinzipielles Blockdiagramm eines PWM-Gleichrichters nach einer vierten Ausführungsform. Die vierte Ausführungsform entwickelt die oben angeführte erste Ausführungsform, zweite Ausführungsform und dritte Ausführungsform weiter. Es ist zu beachten, dass 9 einen Fall veranschaulicht, in dem eine Host-Steuervorrichtung 71 an die Gleichspannungsbefehlsberechnungseinheit 54 nach der in 7 veranschaulichten dritten Ausführungsform angeschlossen ist.
  • Die Gleichspannungsbefehlsberechnungseinheit 54 setzt den Gleichspannungsbefehl, der bei Bestimmung des Sättigungszustands durch die Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit 53 geändert wurde, als Reaktion auf einen Initialisierungsbefehl, der von der Host-Steuervorrichtung 71 eingegeben wird, auf den Gleichspannungsbefehl vor der Änderung zurück. Der Gleichspannungsbefehl vor der Änderung wird auf einen Wert festgelegt, der größer als ein fortlaufender Nennwert der Bestandteile, die den PWM-Gleichrichter 1 bilden, und kleiner als ein Kurzzeit-Nennwert ist. Dies gestattet, dass das mögliche elektrische Potential in der elektrischen Speichervorrichtung 6 in einen Bereich der Spannungsfestigkeit der Bestandteile, die den PWM-Gleichrichter 1 bilden, fällt, weshalb die Kapazität der elektrischen Speichervorrichtung 6 verringert werden kann.
  • Nach der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, einen PWM-Gleichrichter 1 für einen Motorantrieb auszuführen, der eine elektrische Leistungsspitze, die zu der Zeit der Beschleunigung und der Verlangsamung eines Motors auftritt, unterdrücken kann, und eine Leistungsversorgungskapazität auf Seiten der Wechselstromleistungsversorgung zu verringern.
  • Nach der ersten Ausführungsform macht es das Festlegen des Grenzwerts auf einen derartigen Wert, dass der Grenzwert für den Ausgang der Hauptschaltungseinheit in dem PWM-Gleichrichter geringer als der Höchstausgang des Motors ist, möglich, die Spitze der Energie, die von dem PWM-Gleichrichter geliefert wird, (die Leistungsversorgung) zu begrenzen. Zudem wird verursacht, dass die regenerative Tätigkeit des PWM-Gleichrichters angehalten wird, und wird verursacht, dass die Gleichstromleistung, die sich aus der regenerativen Leistung von dem Motor ergibt, ohne Rückführung der Gleichstromleistung zu der Seite der Dreiphasen-Netzwechselstromversorgung in der elektrischen Speichervorrichtung gespeichert wird, wenn die Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit den Sättigungszustand bestimmt und die Betriebszustandsbestimmungseinheit den regenerativen Zustand bestimmt. Die gespeicherte Energie wird für eine Beschleunigung eines Motors beim nächsten Mal verwendet. Daher kann ein leistungsfähiger Betrieb ausgeführt werden und kann die Leistungsversorgungskapazität verglichen mit dem herkömmlichen Beispiel deutlich verringert werden.
  • Nach der ersten Ausführungsform wird der Gleichspannungsbefehl auf der Basis des Gleichspannungswerts, der durch die Gleichspannungsdetektionseinheit detektiert wird, festgelegt, wenn sich die Gleichspannungsschleifensteuereinheit in dem Sättigungszustand befindet, und kann dies die Zeit und die Mühe für das Festlegen eines Gleichspannungsbefehls für jedes Betriebsmuster eines Motors durch systematisches Ausprobieren, das bei den Erfindungen, die in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2012-085512 und in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2010-260094 beschrieben sind, erforderlich ist, vermeiden, was effizient ist.
  • Nach der zweiten Ausführungsform wird dann, wenn die regenerative Energie, die durch die Verlangsamung des Motors erzeugt wird, die Kapazität der elektrischen Speichervorrichtung zum Speichern von Elektrizität übersteigt, wodurch die elektrische Speichervorrichtung nicht länger in der Lage ist, die Energie zu laden, verursacht, dass die regenerative Tätigkeit des PWM-Gleichrichters wiederaufgenommen wird, und wird daher zusätzlich zu den oben angeführten Wirkungen bei der ersten Ausführungsform ferner die Wirkung erhalten, dass eine Situation, in der die Energie die Spannungsfestigkeit der elektrischen Speichervorrichtung übersteigt, vermieden werden kann.
  • Nach der dritten Ausführungsform wird dann, wenn der Gleichspannungswert (das elektrische Potential der elektrischen Speichervorrichtung) zu der Zeit der Beschleunigung des Motors stärker als erwartet abnimmt, oder der Gleichspannungswert (das elektrische Potential der elektrischen Speichervorrichtung) zu der Zeit der Verlangsamung des Motors stärker als erwartet zunimmt, der ursprünglich festgelegte Grenzwert zu einem größeren Wert geändert, und wird daher zusätzlich zu den oben angeführten Wirkungen bei der ersten und der zweiten Ausführungsform ferner die Wirkung erhalten, dass der Gleichspannungswert (das elektrische Potential der elektrischen Speichervorrichtung) in einen normalen Bereich fallen kann.
  • Nach der vierten Ausführungsform wird der Gleichspannungsbefehl, der bei der Bestimmung des Sättigungszustands durch die Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit geändert wurde, als Reaktion auf einen Initialisierungsbefehl, der von einer Host-Steuervorrichtung eingegeben wird, zu dem Gleichspannungsbefehl vor der Änderung zurückgesetzt, was gestattet, dass das mögliche elektrische Potential in der elektrischen Speichervorrichtung in den Bereich der Spannungsfestigkeit der Bestandteile, die den PWM-Gleichrichter bilden, fällt. Daher wird zusätzlich zu den oben angeführten Wirkungen bei der ersten bis dritten Ausführungsform ferner die Wirkung erhalten, dass die Kapazität der elektrischen Speichervorrichtung klein gestaltet werden kann.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (8)

  1. PWM-Gleichrichter (1), der über eine elektrische Speichervorrichtung, die zur Speicherung von Gleichstromleistung in der Lage ist, an die Gleichstromseite eines Inverters (2) angeschlossen ist, welcher eine Leistungsumwandlung zwischen der Gleichstromleistung und einer Wechselstromleistung, bei der es sich um eine Antriebsleistung oder eine regenerative Leistung eines Motors (3) handelt, durchführt, wobei der PWM-Gleichrichter Folgendes umfasst: eine Hauptschaltungseinheit (11), in der ein Schaltbetrieb eines Schaltelements auf der Basis eines erhaltenen PWM-Steuersignals PWM-gesteuert wird, und die eine Leistungsumwandlung zwischen der Wechselstromleistung auf Seiten einer Wechselstromleistungsversorgung und der Gleichstromleistung an der Gleichstromseite durchführt; eine Gleichspannungsschleifensteuereinheit (51), die einen Strombefehl erzeugt, wodurch verursacht wird, dass der Gleichspannungswert an der Gleichstromseite der Hauptschaltungseinheit (11) einem erhaltenen Gleichspannungsbefehl entspricht; eine Strombefehlsbegrenzungseinheit (52), die dann, wenn ein absoluter Wert des Strombefehls einen vorherbestimmten Grenzwert übersteigt, den Grenzwert als endgültigen Strombefehl festlegt, und andernfalls den Strombefehl als endgültigen Strombefehl festlegt; eine Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit (53), die bestimmt, dass sich die Gleichspannungsschleifensteuereinheit (51) in einem Sättigungszustand befindet, wenn die Strombefehlsbegrenzungseinheit (52) den Grenzwert als den endgültigen Strombefehl festlegt, und andernfalls bestimmt, dass sich die Gleichspannungsschleifensteuereinheit in einem Nichtsättigungszustand befindet; eine Gleichspannungsbefehlsberechnungseinheit (54), die den Gleichspannungsbefehl beibehält, wenn die Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit (53) den Nichtsättigungszustand bestimmt, und den Gleichspannungsbefehl zu einem Wert ändert, der durch Addieren eines vorherbestimmten Versatzes zu einem Mindestwert oder einem Höchstwert des Gleichspannungswerts nach einem Übergang von dem Nichtsättigungszustand zu dem Sättigungszustand erhalten wird, wenn die Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit (53) den Sättigungszustand bestimmt; und eine PWM-Steuersignalerzeugungseinheit (55), die unter Verwendung des endgültigen Strombefehls das PWM-Steuersignal erzeugt und das PWM-Steuersignal an die Hauptschaltungseinheit (11) ausgibt.
  2. PWM-Gleichrichter (1) nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Betriebszustandsbestimmungseinheit (56), die bestimmt, dass sich die Hauptschaltungseinheit (11) in einem Leistungsbetriebszustand befindet, wenn der endgültige Strombefehl positiv ist, und dass sich die Hauptschaltungseinheit (11) in einem regenerativen Zustand befindet, wenn der endgültige Strombefehl negativ ist, wobei die Gleichspannungsbefehlsberechnungseinheit (54) den Gleichspannungsbefehl zu dem Wert ändert, der durch Addieren eines vorherbestimmten positiven Versatzes zu dem Mindestwert des Gleichspannungswerts nach dem Übergang von dem Nichtsättigungszustand zu dem Sättigungszustand erhalten wird, wenn die Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit (53) den Sättigungszustand bestimmt und die Betriebszustandsbestimmungseinheit (56) den Leistungsbetriebszustand bestimmt.
  3. PWM-Gleichrichter (1) nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend eine Betriebszustandsbestimmungseinheit (56), die bestimmt, dass sich die Hauptschaltungseinheit (11) in einem Leistungsbetriebszustand befindet, wenn der endgültige Strombefehl positiv ist, und dass sich die Hauptschaltungseinheit (11) in einem regenerativen Zustand befindet, wenn der endgültige Strombefehl negativ ist; und eine PWM-Betriebsanhaltebefehlseinheit (57), die das Anhalten des Schaltbetriebs in der Hauptschaltungseinheit (11) befiehlt, wenn die Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit (53) den Sättigungszustand bestimmt und die Betriebszustandsbestimmungseinheit (56) den regenerativen Zustand bestimmt, wobei die Gleichspannungsbefehlsberechnungseinheit (54) den Gleichspannungsbefehl zu dem Wert ändert, der durch Addieren eines vorherbestimmten negativen Versatzes zu dem Höchstwert des Gleichspannungswerts nach dem Übergang von dem Nichtsättigungszustand zu dem Sättigungszustand erhalten wird, wenn die Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit (53) den Sättigungszustand bestimmt und die Betriebszustandsbestimmungseinheit (56) den regenerativen Zustand bestimmt.
  4. PWM-Gleichrichter (1) nach Anspruch 3, wobei die PWM-Betriebsanhaltebefehlseinheit (57) unter der Bedingung, dass die Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit (53) den Sättigungszustand bestimmt und die Betriebszustandsbestimmungseinheit (56) den regenerativen Zustand bestimmt, den Schaltbetrieb in der Hauptschaltungseinheit (11) aufhebt, wenn der Gleichspannungswert einen vorherbestimmten Wert übersteigt.
  5. PWM-Gleichrichter (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Strombefehlsbegrenzungseinheit (52) eine Grenzwertänderungseinheit (61) umfasst, die den Grenzwert zu einem größeren Grenzwert ändert, wenn der Gleichspannungswert einen ersten Schwellenwert übersteigt oder unter einen zweiten Schwellenwert, der kleiner als der erste Schwellenwert ist, fällt, und die den Grenzwert auf den Grenzwert vor der Änderung zurücksetzt, wenn der Gleichspannungswert nach der Änderung zu dem größeren Grenzwert in einen Bereich zwischen dem ersten Schwellenwert und dem zweiten Schwellenwert fällt.
  6. PWM-Gleichrichter (1) nach Anspruch 1, wobei die Gleichspannungsbefehlsberechnungseinheit (54) den Gleichspannungsbefehl, der geändert wurde, als die Gleichspannungsschleifensättigungsbestimmungseinheit (53) den Sättigungszustand bestimmt hat, als Reaktion auf einen Initialisierungsbefehl, der von einer Host-Steuervorrichtung eingegeben wird, auf den Gleichspannungsbefehl vor der Änderung zurücksetzt.
  7. PWM-Gleichrichter (1) nach Anspruch 6, wobei der Gleichspannungsbefehl vor der Änderung als Wert festgelegt wird, der größer als ein fortlaufender Nennwert der Bestandteile, die den PWM-Gleichrichter (1) bilden, und kleiner als ein Kurzzeit-Nennwert ist.
  8. PWM-Gleichrichter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Gleichspannungsbefehlsberechnungseinheit (54) eine Extraktionseinheit umfasst, die den Mindestwert und den Höchstwert des Gleichspannungswerts nach dem Übergang von dem Nichtsättigungszustand zu dem Sättigungszustand extrahiert.
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