DE102016101473A1 - Motorantrieb, einen kondensator verwendend - Google Patents

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Koujirou SAKAI
Shinichi Horikoshi
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Abstract

Ein Motorantrieb einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst einen PWM-Wandler zum Umwandeln von Wechselstrom, der von einer Wechselstromquelle mit geringer Spannung zugeführt wird, durch eine PWM-Steuerung in Gleichstrom, einen Wechselrichter zum Umwandeln des empfangenen Gleichstroms in Wechselstrom, um einen Motor anzutreiben, und einen Kondensator, der zwischen dem PWM-Wandler und dem Wechselrichter verbunden ist. Der PWM-Wandler wird so betrieben, dass er den Eingangs- oder Ausgangsstrom oder die Eingangs- und Ausgangsleistung auf vorbestimmte Werte begrenzt, und er wird durch die Wechselstromquelle mit geringer Spannung mit einer niedrigeren Spannung versorgt, als die, die erforderlich ist, um den Motor anzutreiben. Der PWM-Wandler verstärkt eine Zwischenkreisspannung, die eine Ausgangsspannung ist, auf die Spannung, die in der Lage ist, den Motor anzutreiben, und dient somit dazu, die Potenzialdifferenz zwischen dem geladenen und entladenen Zustand zu erhöhen, um die Kapazität des Kondensators zu reduzieren.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Motorantrieb, und betrifft insbesondere einen Motorantrieb, der einen PWM-Wandler und einen Kondensator verwendet, um Leistungsspitzen zu reduzieren, die von einer Stromquelle ausgelöst werden, wenn ein Motor eingeschaltet wird. und Leistungsspitzen, die zu der Stromquelle rückgeführt werden, wenn der Motor abgebremst wird.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • In Motorantrieben zum Antreiben von Maschinenwerkzeugen, industriellen Maschinen, Robotern und Ähnlichem werden PWM-Wandler verwendet, die eine Zwischenkreisspannung auf eine gewünschte Spannung eines Spitzenwerts einer Eingangsspannung oder mehr bei einem Leistungsfaktor 1 durch einen PWM-Schaltvorgang von Leistungshalbleiterelementen erhöhen können, die allgemein als Wandler verwendet werden, um Eingangswechselstrom in Gleichstrom (DC) umzuwandeln.
  • Beispielsweise ist ein Verfahren bekannt, in dem ein Wandler mit einem Ausgang des PWM-Wandlers verbunden ist, während der PWM-Wandler durch einen PWM-Schaltvorgang betrieben wird, so dass Eingangs- und Ausgangsstrom begrenzt werden, und die Leistung des Kondensators wird verwendet, um eine Stromunterversorgung herzuführen, um einen Motor anzutreiben, um die Leistungsspitze, die von einer Energiequelle bereitgestellt wird, zu vermindern, wenn der Motor beschleunigt wird, und die Leistungsspitze, die an die Energiequelle rückgeführt wird, wenn der Motor abgebremst wird (beispielweise die japanische ungeprüfte Patentanmeldung (Kokai) Nr. 2000-236679 ).
  • Unter der Voraussetzung, dass der PWM-Wandler die Eingangsleistung an Y [W] hinsichtlich der Leistung X [W] einschränkt, die erforderlich ist, um den Motor zu beschleunigen, wird eine Stromunterversorgung Z [W], die von dem Kondensator zur Verfügung gestellt werden soll, durch die folgende Gleichung (1) dargestellt: Z [W] = X [W] – Y [W] (1)
  • Wenn T [s] eine Zeit der Motorbeschleunigung darstellt, wird Energie E [J], die vom Kondensator zur Verfügung gestellt werden soll, durch E [J] = Z [W] × T [s] dargestellt. Zu diesem Zeitpunkt ist die Spannung des Kondensators V1 [V] auf V2 [V] reduziert, basierend auf der folgenden Gleichung (2): E [J] = 1/2 × C × (V12 – V22) (2) wobei V1 [V] eine Spannung des Kondensators darstellt, bevor der Strom zur Verfügung gestellt wird, V2 [V] eine Spannung des Kondensators darstellt, nachdem der Strom zur Verfügung gestellt wird, und C [F] die Kapazität des Kondensators darstellt.
  • Die reduzierte Kondensatorspannung V2 [V] wird zurück auf die ursprüngliche Spannung V1 [V] gebracht, indem sie von der Stromquelle durch den PWM-Wandler aufgeladen wird, oder indem sie durch die rückgeführte Energie geladen wird, wenn der Motor abgebremst wird. Somit bereitet der Motorantrieb eine weitere Versorgung mit Strom bei der nächsten Beschleunigung des Motors vor (beispielsweise japanische Patentschrift Nr. 4917680 ).
  • Die Einschränkungen des Eingangs- und Ausgangsstroms durch den PWM-Schaltvorgang des PWM-Wandlers können erreicht werden, wenn die Zwischenkreisspannung (= Kondensatorspannung) höher als der Spitzenwert der Eingangsspannung ist.
  • Wenn die Zwischenkreisspannung gleich dem Spitzenwert der Eingangsspannung ist, fließt Strom durch Dioden der Leistungshalbleiterelemente des PWM-Wandlers, um die Energie bereitzustellen, die erforderlich ist, um den Motor zu beschleunigen, wodurch die Beschränkung der Eingangsleistung durch den PWM-Schaltvorgang deaktiviert wird. Dieser Vorgang ist derselbe wie der in einem sogenannten Diodengleichrichter.
  • Anders gesagt wird angenommen, dass, wenn der Motor beschleunigt wird, der Kondensator Energie zur Verfügung gestellt hat und dass die Kondensatorspannung auf den Spitzenwert der Eingangsspannung reduziert wurde. In dieser Situation beginnt ein Strom durch die Dioden des PWM-Wandlers zu fließen, was somit dazu führt, dass die Eingangs- und Ausgangsleistung nicht begrenzt werden können. Die gesamte Energie, die erforderlich ist, um den Motor zu beschleunigen, wird dann von der Stromquelle zur Verfügung gestellt, und somit kann das Ziel, die Leistungsspitze zu reduzieren, nicht erreicht werden.
  • Um dieses Problem zu vermeiden, ist es erforderlich, dass die Kapazität C [F] so bestimmt wird, dass die Kondensatorspannung V2 nach dem Zurverfügungstellen der Energie nicht auf den Spitzenwert der Eingangsspannung reduziert wird. Beispielsweise wird die Kapazität C [F] bestimmt, indem die folgenden Bedingungen auf die Gleichungen (1) und (2) angewendet werden.
    X [W] und T [s]: Durch die Betriebsbedingungen des Motors festgelegt.
    Y [W]: auf Energie beschränkt, die die Energiequelle zur Verfügung zu stellen kann.
    V1 [V]: muss gleich oder weniger als die Stehspannung des Kondensators und des PWM-Wandlers sein.
    V2 [V]: muss gleich oder mehr als der Spitzenwert der Eingangsspannung sein und ebenso gleich oder mehr als eine Mindestspannung, die zum Antreiben des Motors erforderlich ist.
  • Es ist aus der Gleichung (2) ersichtlich, dass, um die Kapazität zu reduzieren, eine Potenzialdifferenz V1 – V2 bevorzugt ansteigt. Auch wird, da der Kondensator teuer ist und einen großen Einbauraum erfordert, die Anzahl der Kondensatoren bevorzugt reduziert.
  • Da V1 als eine obere Grenze in Abhängigkeit zu der Stehspannung des Kondensators und der internen Elemente des PWM-Wandlers bestimmt wird, kann V1 nicht weiter ansteigen. Da V2 als eine untere Grenze auf der Quellenspannung basiert, ist V2 von der zu installierenden Energiequelle abhängig.
  • Beispielsweise kann, wenn V2 durch eine hohe Quellenspannung oder ähnliches nicht niedrig sein kann, die Potenzialdifferenz V1 – V2 nicht ansteigen, darum ist eine hohe Kapazität C [F] des Kondensators erforderlich. Jedoch steigt, wie oben beschrieben, die Potenzialdifferenz V1 – V2 bevorzugt an.
  • Ebenso beschränkt, wenn der Motor angetrieben wird, der PWM-Wandler den Eingangs- und Ausgangsstrom, und der Kondensator gleicht die Unterversorgung aus. Folglich reduziert das die in den PWM-Wandler eingehende und aus ihm ausgehende Energie, wodurch ermöglicht wird, einen PWM-Wandler auszuwählen, der eine geringere Kapazität aufweist als die Motorausgangsleistung.
  • Wird der PWM-Wandler so ausgewählt, dass er eine geringere Kapazität aufweist als die Motorausgangsleistung, kann jedoch, wenn die Motorausgangsleistung höher ist als ein angenommener Wert oder die Kondensatorkapazität altersbedingt vermindert ist, die Kondensatorspannung den Spitzenwert der Eingangsspannung nicht erreichen, wenn die Energie zur Verfügung gestellt wird, um den Motor zu beschleunigen, und dadurch kann eine Motorbelastung direkt auf den PWM-Wandler einwirken und möglicherweise den PWM-Wandler beschädigen.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Konventionell gibt es das Problem, dass die Kapazität eines Kondensators nicht reduziert werden kann, um die Spitzenleistung, die von einer Stromquelle zur Verfügung gestellt wird, wenn ein Motor eingeschaltet wird, und die Spitzenleistung, die zu der Energiequelle rückgeführt wird, wenn der Motor abgebremst wird, zu reduzieren.
  • Ein Motorantrieb nach einem ersten Aspekt der Erfindung weist einen PWM-Wandler auf, um Wechselstrom (AC), der durch eine Wechselstromquelle mit Niedrigspannung zugeführt wird, durch eine PWM-Steuerung in Gleichstrom (DC) umzuwandeln, einen Wechselrichter, der den Gleichstrom empfängt und den Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt, um einen Motor anzutreiben, und einen Kondensator, der zwischen dem PWM-Wandler und dem Wechselrichter verbunden ist. Der PWM-Konverter wird so betrieben, dass er den Eingangs- und Ausgangsstrom oder die Eingangs- und Ausgangsleistung auf vorbestimmte Werte begrenzt. Der PWM-Wandler wird durch eine Wechselstromquelle mit Niedrigspannung mit einer geringeren Spannung als der Spannung versorgt, die erforderlich ist, um den Motor anzutreiben. Der PWM-Wandler verstärkt eine Zwischenkreisspannung, die eine Ausgangsspannung ist, auf eine Spannung, die in der Lage ist, den Motor anzutreiben, und dient dadurch der Erhöhung der Potenzialdifferenz des Kondensators zwischen dem geladenen und entladenen Zustand, um die Kapazität des Kondensators zu reduzieren.
  • Ebenso weist ein Motorantrieb nach einem zweiten Aspekt der Erfindung einen PWM-Wandler zum Umwandeln von Wechselstrom, der von einer Wechselstromquelle zugeführt wird, durch eine PWM-Steuerung in Gleichstrom auf, einen Wechselrichter, der den Gleichstrom empfängt und den Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt, um einen Motor anzutreiben, einen Kondensator, der zwischen dem PWM-Wandler und dem Wechselrichter verbunden ist, und einen Abspanntransformator, der zwischen der AC-Stromquelle und dem PWM-Wandler verbunden ist. Der PWM-Wandler wird so betrieben, dass er den Eingangs- und Ausgangsstrom oder die Eingangs- und Ausgangsleistung auf vorbestimmte Werte begrenzt. The PWM-Wandler wird von dem Abspanntransformator mit einer geringeren Spannung als der Spannung der Wechselstromquelle versorgt. Der PWM-Wandler dient der Erhöhung der Potenzialdifferenz des Kondensators zwischen dem geladenen und entladenen Zustand, um die Kapazität des Kondensators zu reduzieren.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlicher, wobei:
  • 1 ein Blockdiagramm eines Motorantriebs nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
  • 2 ein Blockdiagramm eines Motorantriebs nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
  • 3 ein Zeitdiagramm zum Erklären des Betriebs des Motorantriebs nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
  • 4 ein Blockdiagramm eines Motorantriebs nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und
  • 5 ein Blockdiagramm eines Motorantriebs nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Ein Motorantrieb nach der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • [Erste Ausführungsform]
  • Zunächst wird ein Motorantrieb nach einer ersten Ausführungsform beschrieben. 1 ist ein Blockdiagramm eines Motorantriebs nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Motorantrieb 101 nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist einen PWM-Wandler 2 zum Umwandeln von Wechselstrom (AC) auf, der von einer Wechselstromquelle mit Niedrigspannung 14' zugeführt und durch eine PWM-Steuerung in Gleichstrom (DC) umgewandelt wird, einen Wechselrichter 3 zum Empfangen des Gleichstroms und zum Umwandeln des empfangenen Gleichstroms in Wechselstrom, um einen Motor 8 anzutreiben, und einen Kondensator 4, der zwischen dem PWM-Wandler 2 und dem Wechselrichter 3 verbunden ist. Der PWM-Wandler 2 wird so betrieben, dass er den Eingangs- und Ausgangsstrom auf vorbestimmte Werte begrenzt. Der PWM-Wandler 2 wird durch eine Wechselstromquelle mit Niedrigspannung 14' mit einer geringeren Spannung versorgt als der Spannung, die zum Antreiben des Motors 8 erforderlich wäre. Der PWM-Wandler 2 verstärkt eine Zwischenkreisspannung, die eine Ausgangsspannung ist, auf die Spannung, die in der Lage ist, den Motor 8 anzutreiben, und dient somit dem Steigern der Potenzialdifferenz des Kondensators 4 zwischen dem geladenen und entladenen Zustand, um die Kapazität des Kondensators zu reduzieren 4.
  • Wie in 1 gezeigt, ist die Wechselstromquelle mit Niedrigspannung 14' eine dreiphasige Wechselstromquelle und führt dem PWM-Wandler 2 durch eine AC-Drossel 13 Wechselstrom zu. Ein Eingangsspannungsdetektor 11 erfasst AC-Strom, der von der Wechselstromquelle mit Niedrigspannung 14' zugeführt wird. Ein Eingangsstromdetektor 12 erfasst einen Strom, der dem PWM-Wandler 2 durch die AC-Drossel 13 zugeführt wird.
  • Ein Steuerkreis des PWM-Wandlers 5 steuert das Umschalten der Halbleiter-Schaltelemente 21 bis 26 des PWM-Wandlers 2, um so den Wechselstrom, der dem PWM-Wandler 2 zugeführt wird, in Gleichstrom umzuwandeln. Eine Gleichstromspannung nach der Umwandlung wird durch einen Ausgangsspannungsdetektor 10 erfasst.
  • Der durch den PWM-Wandler 2 gleichgerichtete Gleichstrom wird durch einen ersten Glättungskondensator 9 und einen zweiten Glättungskondensator 9' geglättet und dem Wechselrichter 3 zugeführt. Ein Strom, der dem Wechselrichter 3 zugeführt wird, wird durch einen Eingangsstromdetektor des Wechselrichters 15 erfasst. Während der PWM-Wandler 2 so betrieben wird, dass er den Eingangs- und Ausgangsstrom oder die Eingangs- und Ausgangsleistung auf vorbestimmte Werte begrenzt, wenn der Motor 8 eingeschaltet wird, gleicht der Kondensator 4 eine Stromunterversorgung, die den Begrenzungen des Eingangs- und Ausgangsstroms durch den PWM-Wandler 2 geschuldet ist, aus.
  • Ein Steuerkreis des Wechselrichters 6 steuert das Schalten der Halbleiter-Schaltelemente 31 bis 36 des Wechselrichters 3, so dass der Gleichstrom, der dem Wechselrichter 3 zugeführt wird, in Wechselstrom umgewandelt wird, um den Motor 8 anzutreiben. Der Steuerkreis des PWM-Wandlers 5 und der Steuerkreis des Wechselrichters 6 werden durch eine Steuerung 7 gesteuert.
  • In dem Motorantrieb 101 nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Motorantrieb 101 an die Wechselstromquelle mit Niedrigspannung 14' verbunden, die eine Stromquelle mit einer geringeren Spannung als eine Motorantriebsspannung ist. Der PWM-Wandler 2 erhöht die Zwischenkreisspannung auf die Motorantriebsspannung, um den Motor 8 anzutreiben.
  • Beispielsweise wird ein Fall beschrieben, in dem ein Motorantrieb, der mit AC 400 [V] angetrieben wird, an eine Wechselstromquelle mit AC 200 [V] verbunden ist.
  • Üblicherweise ist, wenn der Motorantrieb vom Typ AC 400 [V] mit der AC 400 [V]-Stromquelle verbunden ist, ein Spitzenwert der Eingangsspannung DC 566 [V] aufgrund einer Eingangsspannung von AC 400 [V], während angenommen wird, dass V1 bei DC 800 [V] festgesetzt wird, unter Berücksichtigung der Stehspannungen der Komponenten. Daher wird der Kondensator zwischen V1: DC 800 [V] und V2: DC 566 [V] geladen und entladen. Dabei ist V1 eine Kondensatorspannung [V] vor dem Zuführen von Strom, und V2 ist eine Kondensatorspannung [V] nach dem Zuführen von Strom.
  • Andererseits wird bei dem Motorantrieb nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, um einen Motor vom Typ AC 400 [V] mit der Wechselstromquelle mit AC 200 [V] anzutreiben, eine Zwischenkreisspannung (= Kondensatorspannung) auf DC 800 [V] verstärkt. So kann der Motor vom Typ AC 400 [V] angetrieben werden.
  • Ebenso wird, da der Spitzenwert der Eingangsspannung der 200 [V] Wechselstromquelle DC 283 [V] ist, der Kondensator zwischen V1: DC 800 [V] und V2: DC 283 [V] geladen und entladen. Folglich kann die Kapazität C [F], die für den Kondensator erforderlich ist, im Vergleich zu der üblichen Kapazität um 43% reduziert werden.
  • Tatsächlich kann, da ein Motor vom Typ AC 400 [V] keinesfalls mit der Zwischenkreisspannung (= Kondensatorspannung), die auf DC 283 [V] reduziert ist, angetrieben werden kann, V2 innerhalb eines Spannungsbereichs festgelegt werden, mit dem der Motor auf jeden Fall angetrieben werden kann.
  • Wie oben beschrieben kann nach dem Motorantrieb der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Motor mit Niedrigspannung angetrieben werden, und gleichzeitig wird die Potenzialdifferenz des Kondensators zwischen dem geladenen und entladenen Zustand gesteigert. Dies dient dazu, die Kapazität des Kondensators zu reduzieren.
  • [Zweite Ausführungsform]
  • Als nächstes wird ein Motorantrieb nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 2 ist ein Blockdiagramm des Motorantriebs der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Motorantrieb 102 nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst einen PWM-Wandler 2 zum Umwandeln von Wechselstrom, der von einer Wechselstromquelle 14 zugeführt und durch eine PWM-Steuerung in Gleichstrom umgewandelt wird, einen Wechselrichter 3 zum Empfangen des Gleichstroms und Umwandeln des empfangenen Gleichstrom in Wechselstrom, um einen Motor 8 anzutreiben, einen Kondensator 4, der zwischen dem PWM-Wandler 2 und dem Wechselrichter 3 verbunden ist und einen Abspanntransformator 16, der zwischen der Wechselstromquelle 14 und dem PWM-Wandler 2 verbunden ist. Der PWM-Wandler 2 wird von dem Abspanntransformator 16 mit einer geringeren Spannung als die Spannung der Wechselstromquelle 14 versorgt und so betrieben, dass er den Eingangs- und Ausgangsstrom oder die Eingangs- und Ausgangsleistung auf vorbestimmte Werte beschränkt und dadurch der Steigerung der Potenzialdifferenz des Kondensators 4 zwischen dem geladenen und entladenen Zustand, um die Kapazität des Kondensators 4 zu reduzieren.
  • Wie in 2 gezeigt wird, ist die Wechselstromquelle 14 eine dreiphasige Wechselstromquelle und führt dem PWM-Wandler 2 durch den Abspanntransformator 16 und eine AC-Drossel 13 Wechselstrom zu. Ein Eingangsspannungsdetektor 11 erfasst einen Wechselstrom, der durch den Abspanntransformator 16 herabgesetzt wird. Ein Eingangsstromdetektor 12 erfasst einen Strom, der dem PWM-Wandler 2 durch die AC-Drossel 13 zugeführt werden soll.
  • Ein Steuerkreis des PWM-Wandlers 5 steuert das Umschalten der Halbleiter-Schaltelemente 21 bis 26 des PWM-Wandlers 2, um so den Wechselstrom, der dem PWM-Wandler 2 zugeführt wird, in Gleichstrom umzuwandeln. Eine Gleichstromspannung nach der Umwandlung wird durch einen Ausgangsspannungsdetektor 10 erfasst.
  • Der durch den PWM-Wandler 2 gleichgerichtete Gleichstrom wird durch einen ersten Glättungskondensator 9 und einen zweiten Glättungskondensator 9' geglättet und dem Wechselrichter 3 zugeführt. Ein Strom, der dem Wechselrichter 3 zugeführt wird, wird durch einen Eingangsstromdetektor des Wechselrichters 15 erfasst. Während der PWM-Wandler 2 so betrieben wird, dass er den Eingangs- und Ausgangsstrom oder die Eingangs- und Ausgangsleistung auf vorbestimmte Werte begrenzt, wenn der Motor 8 eingeschaltet wird, gleicht der Kondensator 4 eine Stromunterversorgung, die den Begrenzungen des Eingangs- und Ausgangsstroms durch den PWM-Wandler 2 geschuldet ist, aus.
  • Ein Steuerkreis des Wechselrichters 6 steuert das Schalten der Halbleiter-Schaltelemente 31 bis 36 des Wechselrichters 3, so dass der Gleichstrom, der dem Wechselrichter 3 zugeführt wird, in Wechselstrom umgewandelt wird, um den Motor 8 anzutreiben. Der Steuerkreis des PWM-Wandlers 5 und der Steuerkreis des Wechselrichters 6 werden durch eine Steuerung 7 gesteuert.
  • Der Abspanntransformator 16, der zwischen die Wechselstromquelle 14 und den PWM-Wandler 2 geschaltet ist, kann die Wechselspannung, die dem PWM-Wandler 2 zugeführt werden soll, herunterregeln. Beispielsweise wird ein Fall beschrieben, in dem der Abspanntransformator 16 Quellenspannung der Wechselstromquelle 14 von AC 480 [V] auf AC 380 [V] herunterregelt.
  • Üblicherweise wird, wenn die 480 [V]-Wechselstromquelle ohne Zwischenschaltung des Abspanntransformators verbunden wird, angenommen, dass der PWM-Wandler eine DC-Leerlaufspannung (= Kondensatorspannung) auf DC 800 [V] verstärkt, unter Berücksichtigung der Stehspannung der Komponenten. Da die Eingangsspannung AC 480 [V] beträgt, ist ein Spitzenwert der Eingangsspannung DC 680 [V], so dass der Kondensator zwischen V1: DC 800 [V] und V2: DC 680 [V] geladen und entladen wird. Dabei ist V1 eine Kondensatorspannung [V] vor dem Zuführen von Strom, und V2 ist eine Kondensatorspannung [V] nach dem Zuführen von Strom.
  • Andererseits ist bei dem Motorantrieb nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, da der Abspanntransformator die Eingangsspannung auf AC 380 [V] herunterregelt, ein Spitzenwert der Eingangsspannung, die dem PWM-Wandler zugeführt werden soll, DC 540 [V]. Folglich wird der Kondensator zwischen V1: DC 800 [V] und V2: DC 540 [V] geladen und entladen. Die Kapazität C [F], die von dem Kondensator gefordert wird, kann im Vergleich zu der üblichen Kapazität um 49% reduziert werden.
  • Als nächstes wird ein Beispiel des Betriebs des Motorantriebs nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 3 ist ein Zeitdiagramm zum Erläutern des Betriebs des Motorantriebs nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3 zeigt Variationen jeweils einer Motorausgangsleistung, eines Quellenstroms (Quellenausgangsleistung), eines Kondensatorstroms und einer Zwischenkreisspannung (Kondensatorspannung) mit Zeiten von Zeitpunkt T0 bis Zeitpunkt T6.
  • Zunächst wird der Betrieb von Zeitpunkt T0 bis zu Zeitpunkt T1 beschrieben. In diesem Zeitraum ist der Betrieb des Motors 8 gestoppt. Der PWM-Wandler 2 reguliert die Zwischenkreisspannung (die Spannung des Kondensators 4) auf eine konstante Spannung V1, die höher ist als der Spitzenwert der Eingangsspannung.
  • Als nächstes wird der Betrieb von Zeitpunkt T1 bis Zeitpunkt T2 beschrieben. Bei Zeitpunkt T1 beginnt der Motor 8 zu beschleunigen. Da die Ausgangsleistung des Motors 8 gleich oder geringer als ein Grenzwert des Eingangsstroms des PWM-Wandlers 2 ist, wird ein Strom von der Wechselstromquelle 14 zugeführt. Es wird angenommen, dass der Grenzwert des Eingangsstroms zuvor festgelegt wurde.
  • Als nächstes wird der Betrieb von Zeitpunkt T2 bis Zeitpunkt T3 beschrieben. Da der von der Wechselstromquelle 14 zugeführte Strom auf den Grenzwert des Eingangsstroms oder mehr erhöht wurde, begrenzt der PWM-Wandler 2 den Eingangsstrom. Der Kondensator 4 führt einen Strom mit dem Grenzwert des Eingangsstroms oder mehr zu. In Übereinstimmung hiermit sinkt die Spannung des Kondensators 4. Es ist wichtig, dass die Spannung des Kondensators 4 nicht auf den Spitzenwert der Eingangsspannung oder weniger sinkt.
  • Als nächstes wird der Betrieb von Zeitpunkt T3 bis Zeitpunkt T4 beschrieben. Der Motor 8 rotiert mit einer konstanten Geschwindigkeit, und bei einer solch leichten Belastung ist die Leistung des Motors 8 gleich oder weniger als der Grenzwert des Eingangsstroms des PWM-Wandlers 2. Somit wird ein Strom von der Wechselstromquelle 14 durch den PWM-Wandler 2 zugeführt.
  • Als nächstes wird der Betrieb von Zeitpunkt T4 bis Zeitpunkt T5 beschrieben. Bei Zeitpunkt T4 beginnt der Motor 8 zu bremsen. Der Kondensator 4 wird mit einem rückgeführten Strom geladen. Folglich steigt die Spannung des Kondensators 4.
  • Als nächstes wird der Betrieb von Zeitpunkt T5 bis Zeitpunkt T6 beschrieben. Wenn sich durch den Anstieg der Spannung des Kondensators 4 die Zwischenkreisspannung über einen regulierten Zielwert V1 erhöht, wird die rückgeführte Energie durch den PWM-Wandler 2 zu der Eingangsstromquelle rückgeführt.
  • Wie oben beschrieben, wird, nach dem Motorantrieb der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, da der Abspanntransformator an einem Eingangsteil des PWM-Wandlers zur Verfügung gestellt wird, um die Spannung des Eingangsteils des PWM-Wandlers zu reduzieren, die Kondensatorspannung V2 in dem entladenen Zustand niedrig eingestellt. Durch Einstellen von V2 auf einem niedrigen Wert erhöht sich die Potenzialdifferenz V1 – V2, wodurch die Kapazität des Kondensators reduziert wird.
  • [Dritte Ausführungsform]
  • Als nächstes wird ein Motorantrieb nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 4 ist ein Blockdiagramm des Motorantriebs nach der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Unterschied eines Motorantriebs 103 nach der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von dem Motorantrieb 102 nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass der PWM-Wandler 2 eine Überwachungseinheit 17 zum Überwachen einer Spannung eines Kondensators 4 aufweist, und eine Alarmeinheit 18, die einen Alarm auslöst, um einen Motor 8 zu stoppen, wenn die Spannung des Kondensators 4 gleich oder weniger als ein Wert ist, der über einem Spitzenwert der Eingangsspannung liegt, um den PWM-Wandler 2 vor einer Überlastung zu schützen. Der PWM-Wandler 2, der eine Kapazität aufweist, die unter der Ausgangsleistung des Motors liegt, wird so verbunden und betrieben, dass der Eingangs- und Ausgangsstrom oder die Eingangs- und Ausgangsleistung auf vorbestimmte Werte begrenzt werden. Die übrigen Konfigurationen des Motorantriebs 103 nach der dritten Ausführungsform sind dieselben wie diejenigen des Motorantriebs 102 nach der zweiten Ausführungsform, so dass deren detaillierte Beschreibung ausgelassen wird.
  • In einem Fall, in dem der PWM-Wandler verwendet wird der eine Kapazität aufweist, die geringer ist als die Ausgangsleistung des Motors, kann, wenn eine Kondensatorspannung den Spitzenwert der Eingangsspannung nicht erreicht und eine Motorbelastung direkt auf den PWM-Wandler ausgeübt wird, wenn der Motor beschleunigt wird, der PWM-Wandler möglicherweise beschädigt werden. Nach dem Motorantrieb der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Zwischenkreisspannung (= Kondensatorspannung) überwacht und der Motor wird bei Auslösen des Alarms gestoppt, bevor der Motor ausfällt.
  • Es ist zu beachten, dass 4 ein Beispiel zeigt, in dem die Überwachungseinheit 17 und die Alarmeinheit 18 in dem PWM-Wandler 2 des Motorantriebs 102 nach der zweiten Ausführungsform zur Verfügung gestellt werden. Jedoch können stattdessen die Überwachungseinheit 17 und die Alarmeinheit 18 in dem PWM-Wandler 2 des Motors 101 nach der ersten Ausführungsform zur Verfügung gestellt werden.
  • [Vierte Ausführungsform]
  • Als nächstes wird ein Motorantrieb nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 5 ist ein Blockdiagramm des Motorantriebs nach der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Unterschied eines Motorantriebs 104 nach der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von dem Motorantrieb 102 nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass Glättungskondensatoren 9 und 9' anstatt dem Kondensator 4 verwendet wurden. Die übrigen Konfigurationen des Motorantriebs 104 nach der vierten Ausführungsform sind dieselben wie diejenigen des Motorantriebs 102 nach der zweiten Ausführungsform, so dass deren detaillierte Beschreibung ausgelassen wird.
  • Es wird angenommen, dass der Kondensator 4, der mit den Motorantrieben nach der ersten bis dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbunden ist, in der Lage ist, Energie zu speichern um den Motor anzulassen. Beispielsweise ist der Kondensator 4 ein Elektrolytkondensator mit hoher Kapazität, ein elektrischer Doppelschichtkondensator, ein Lithiumionenkondensator oder ein anderer Kondensator mit hoher Kapazität.
  • Andererseits hat der Motorantrieb der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Vorteil, dass die Verwendung der Energie, die in dem ersten Glättungskondensator 9 und dem zweiten Glättungskondensator 9' gespeichert wird, anstelle von der, die in dem Kondensator 4 gespeichert wird, die Erfordernis, den Kondensator 4 zur Verfügung zu stellen, überflüssig macht.
  • Es ist anzumerken, dass 5 ein Beispiel zeigt, in dem die Glättungskondensatoren 9 und 9' verwendet werden, anstelle des Kondensators 4 in dem Motorantrieb 102 nach der zweiten Ausführungsform. Jedoch können, nicht darauf beschränkt, die Glättungskondensatoren 9 und 9' anstelle des Kondensators 4 in dem Motorantrieb 101 nach der ersten Ausführungsform oder dem Motorantrieb 103 nach der dritten Ausführungsform verwendet werden.
  • Wie oben beschrieben, ist es nach den Motorantrieben nach der ersten bis vierten Ausführungsform in einem Motorantrieb, der den PWM-Wandler und einen Kondensator zum Zweck des Reduzierens der Spitzenleistung, die von einer Stromquelle zur Verfügung gestellt wird, wenn ein Motor angelassen wird und einer Spitzenleistung, die zu der Stromquelle rückgeführt wird, wenn der Motor abgebremst wird, möglich, die Kapazität des Kondensators zu reduzieren, indem die Potenzialdifferenz des Kondensators zwischen dem geladenen und entladenen Zustand gesteigert wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2000-236679 [0003]
    • JP 4917680 [0006]

Claims (4)

  1. Motorantrieb, umfassend: einen PWM-Wandler (2), der konfiguriert ist, um Wechselstrom (AC), der von einer Wechselstromquelle mit Niedrigspannung zugeführt wird, durch eine PWM-Steuerung in Gleichstrom (DC) umzuwandeln; einen Wechselrichter (3), der konfiguriert ist, um den Gleichstrom zu empfangen und den Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln, um einen Motor anzutreiben; und einen Kondensator (4), der zwischen dem PWM-Wandler und dem Wechselrichter verbunden ist, wobei der PWM-Wandler (2) so betrieben wird, dass er den Eingangs- oder Ausgangsstrom oder die Eingangs- und Ausgangsleistung auf vorbestimmte Werte begrenzt, wobei der PWM-Wandler (2) durch die Wechselstromquelle mit Niedrigspannung versorgt wird, und zwar mit einer geringeren Spannung als die, die erforderlich ist um den Motor anzutreiben, und wobei der PWM-Wandler (2) eine Zwischenkreisspannung, die eine Ausgangsspannung ist, auf die Spannung, die in der Lage ist, den Motor anzutreiben, verstärkt, um die Kapazität des Kondensators zu reduzieren.
  2. Motorantrieb, umfassend: einen PWM-Wandler (2), der konfiguriert ist, um Wechselstrom (AC), der von einer Wechselstromquelle zugeführt wird, durch eine PWM-Steuerung in Gleichstrom (DC) umzuwandeln; einen Wechselrichter (3), der konfiguriert ist, um den Gleichstrom zu empfangen und den Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln, um einen Motor anzutreiben; einen Kondensator (4), der zwischen dem PWM-Wandler und dem Wechselrichter verbunden ist; und einen Abspanntransformator (16), der zwischen der Wechselstromquelle und dem PWM-Wandler verbunden ist, wobei der PWM-Wandler (2) durch den Abspanntransformator mit einer geringeren Spannung als die Spannung der Wechselstromquelle versorgt wird, wobei der PWM-Wandler (2) so betrieben wird, dass er den Eingangs- oder Ausgangsstrom oder die Eingangs- und Ausgangsleistung auf vorbestimmte Werte begrenzt, und wobei der PWM-Wandler (2) dazu dient, die Kapazität des Kondensators zu reduzieren.
  3. Motorantrieb nach Anspruch 1 oder 2, wobei der PWM-Wandler (2) folgendes umfasst: eine Überwachungseinheit (17), die konfiguriert ist, um die Spannung des Kondensators zu überwachen; und eine Alarmeinheit (18), die konfiguriert ist, um einen Alarm auszulösen, um den Motor zu stoppen, wenn die Spannung des Kondensators gleich oder geringer als ein bestimmter Wert ist, der höher als ein Spitzenwert der Eingangsspannung ist, um den PWM-Wandler vor einer Überlastung zu schützen.
  4. Motorantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Glättungskondensator (9, 9') anstelle des Kondensators verwendet wird.
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