DE112010005850T5 - Wechselstrommotor-Antriebsvorrichtung - Google Patents

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Shinichi Furutani
Akiko Tabuchi
Kazuhiko Tsutsui
Yoji Tsutsumishita
Jun Hattori
Manabu Ohashi
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

Wenn Gleichstrom von einer Gleichstromversorgung (1) durch einen Inverter (3) in Wechselstrom umgewandelt wird und einem Wechselstrommotor (4) zugeführt wird, ist ein Leistungskompensator (5) einem Gleichstrom-Eingangsbereich des Inverters (3) parallelgeschaltet, und eine Steuervorrichtung (16) des Leistungskompensators (5) lädt/entlädt eine Energiespeichervorrichtung (15) zum Ausführen eines Leistungskompensationsvorgangs (A), wenn der Leistungsbedarf für den Wechselstrommotor (4) einen vorbestimmten Wert überschreitet, und berücksichtigt eine Leistungstoleranz, die von der Gleichstromversorgung (1) in die Energiespeichervorrichtung (15) eingegeben und von dieser abgegeben werden kann, wobei ein Energiespeicher-Einstellvorgang (B) zum Ausführen eines Hilfsladevorgangs der Energiespeichervorrichtung (15) innerhalb der Spanne der Leistungstoleranz ausgeführt wird, wenn der Leistungskompensationsvorgang (A) unnötig ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wechselstrommotor-Antriebsvorrichtung, die Gleichstrom von einer Gleichstromversorgung mittels eines Wechselrichters bzw. Inverters in Wechselstrom umwandelt und den Wechselstrom einem Wechselstrommotor zuführt, und befaßt sich insbesondere mit einer Wechselstrommotor-Antriebsvorrichtung mit einem Leistungskompensator, der eine Leistungskompensation für den Gleichstrom ausführt, der einem Inverter zugeführt wird.
  • EINSCHLÄGIGER STAND DER TECHNIK
  • Eine herkömmliche Wechselstrommotor-Antriebsvorrichtung besitzt eine Gleichstromversorgung, die Gleichstrom zuführt, einen Inverter, der den Gleichstrom von der Gleichstromversorgung in Wechselstrom umwandelt und den Wechselstrom einem Wechselstrommotor zuführt, sowie eine Steuervorrichtung dafür.
  • Als Gleichstromversorgung, die in diesem Fall verwendet wird, gibt es je nach Anwendung des Wechselstrommotoren unterschiedliche Typen. Wenn es sich bei dem Wechselstrommotor z. B. um einen Motor zum Antreiben eines elektrischen Schienenfahrzeugs handelt, bildet eine Gleichstromleitung die Gleichstromversorgung.
  • Ferner wird dann, wenn es sich bei dem Wechselstrommotor um einen industriellen Motor, wie z. B. einen Servomotor handelt, Wechselstrom von einem Stromversorgungssystems mittels eines Gleichrichters bzw. Konverters gleichgerichtet, um Gleichstrom zuzuführen.
  • In der Zwischenzeit sind Wechselstrommotoren mit verschiedenen Eigenschaften in Produktion gegangen. Darunter befindet sich ein Wechselstrommotor, der zwei Arten von Nennleistungen aufweist, nämlich eine kurzzeitige Nennleistung und eine kontinuierliche Nennleistung. In einem derartigen Fall ist die kurzzeitige Nennleistung des Wechselstrommotors derart vorgegeben, daß diese einen sehr hohen Wert im Vergleich zu der kontinuierlichen Nennleistung aufweist.
  • Der Grund dafür besteht darin, daß z. B. beim Betrieb des Wechselstrommotors zur Beschleunigung oder Verzögerung, wenn der Wechselstrommotor nur für eine relativ kurze Zeitdauer mit der kurzzeitigen Nennleistung arbeitet, wie bei der Beschleunigung oder Verzögerung, die Möglichkeit besteht, die für eine Drehzahländerung erforderliche Zeit zu verkürzen.
  • Dabei ist es notwendig, die Gleichstromversorgung und den Inverter in Abhängigkeit von der kurzzeitigen Nennleistung auszuwählen, und aus diesem Grund muß auch eine Stromversorgungseinrichtung eine Kapazität aufweisen, die die kurzzeitige Nennleistung tolerieren kann.
  • Im tatsächlichen Betrieb ist jedoch die Spitzenleistung äquivalent zu der kurzzeitigen Nennleistung, jedoch kann die durchschnittliche Leistung auf einer Zeitmittelungs-Basis vermindert werden. Somit kommt es zu einem Problem dahingehend, daß die bereitgestellte Stromversorgungseinrichtung nicht in effizienter Weise genutzt wird. Ferner kann es aufgrund der Bereitstellung der Stromversorgungseinrichtung nach Maßgabe der kurzzeitigen Nennleistung schwierig sein, eine solche Vorrichtung einzuführen.
  • Zum Lösen eines derartigen Problems sind im Stand der Technik verschiedene Vorgehensweisen entwickelt worden. Beispielsweise ist bei der herkömmlichen Technik gemäß dem nachfolgend genannten Patentdokument 1 ein Leistungskompensator vorgesehen, der einen Leistung speichernden Kondensator und eine Erhöhungs-/Reduzierungsschaltung aufweist, die einen Spannungspegel umwandelt, wobei dann, wenn von einem Inverter oder einem Konverter verwendete Leistung oder Strom einen vorbestimmten Wert übersteigt, von dem Leistungskompensator Energie abgegeben wird, um eine Stromspitze einer Gleichstromversorgung zu unterdrücken.
  • Ferner wird bei der herkömmlichen Technik gemäß dem nachfolgend genannten Patentdokument 2 in einem Fall, in dem die Spannung oder der Strom einer mit einem Inverter verbundenen Gleichstromschiene einen vorbestimmten Wert übersteigt, Leistung eines Leistungskompensators abgegeben oder aufgenommen.
  • Wenn eine solche herkömmliche Technik zum Einsatz kommt, wie sie in dem Patentdokument 1 oder 2 offenbart ist, wird in dem Leistungskompensator gespeicherte Leistung abgegeben, während ein Bedarf für Spitzenleistung auftritt, so daß die Möglichkeit besteht, daß ein Antrieb des Wechselstrommotors bei der kurzzeitigen Nennleistung über der Kapazitätsgrenze der Stromversorgungseinrichtung stattfindet.
    Patentdokument 1: Japanisches Patent Nr. 4339916
    Patentdokument 2: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2005-328 618 .
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • MIT DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
  • Bei den herkömmlichen Techniken, wie sie in den vorstehend genannten Patentdokumenten 1 und 2 offenbart sind, bestehen jedoch folgende Probleme. Genauer gesagt, es besteht bei diesen Patentdokumenten 1 und 2, wenn in einem Leistungsbetriebszustand ein Leistungsbedarf auftritt, der eine Größe übersteigt, die von der Gleichstromversorgung ausgetauscht werden kann, die Notwendigkeit, den Leistungskompensator vorab nach Bedarf aufzuladen. Dabei erfolgt das Aufladen in erster Linie in einem Regenerationszustand, in dem Energie von dem Wechselstrommotor zurückkehrt.
  • Wenn dabei ein Leistungsbedarf im Leistungsbetriebszustand und ein Leistungsbedarf im Regenerationszustand mit im wesentlichen der gleichen Frequenz abwechselnd auftreten, sind das Laden und Entladen von Strom in bezug auf den Leistungskompensator ausgeglichen, so daß es nahezu zu keinem Problem kommt. Wenn jedoch der Leistungsbedarf in dem gleichen Zustand fortbesteht, z. B. nur in dem Leistungsbetriebszustand oder nur in dem Regenerationszustand, wird die in dem Leistungskompensator gespeicherte Leistung knapp oder exzessiv.
  • Wenn z. B. ein Regenerationszustand weniger häufig ist und in erster Linie ein Leistungsbetriebszustand stattfindet, wie es beispielsweise der Fall ist, wenn ein Wechselstrommotor bei einem Gebläse oder einer Pumpe verwendet wird oder für einen Schneidvorgang mittels einer Arbeitsmaschine verwendet wird, tritt in markanter Weise ein Problem auf, daß die in dem Leistungskompensator gespeicherte Leistung knapp wird.
  • Ferner ist z. B. dann, wenn eine Kompensation im Hinblick auf Leistung in Verbindung mit einer Beschleunigung oder Verzögerung des Wechselstrommotors ausgeführt wird, die Größe des Leistungsbedarfs bei der Regeneration aufgrund der Verluste des Wechselstrommotors, des Inverters und ferner des eigentlichen Leistungskompensators in vielen Fällen geringer als die Größe des Leistungsbedarfs im Leistungsbetriebszustand. Wenn der Leistungskompensator in erster Linie im Regenerationszustand aufgeladen wird, wie dies bei den herkömmlichen Techniken gemäß den Patentdokumenten 1 und 2 der Fall ist, besteht somit die Tendenz, daß die Leistungsmenge des Leistungskompensators zu gering ist.
  • Das Problem eines Leistungsmangels oder eines Leistungsüberschusses des Leistungskompensators kann relativ einfach behoben werden, wenn eine in dem Leistungskompensator vorgesehene Energiespeichervorrichtung, wie z. B. ein Kondensator, mit einer hohen Kapazität ausgestattet ist. Infolgedessen treten jedoch solche Probleme wie steigende Kosten, eine zunehmende Größe sowie ein höheres Gewicht auf.
  • Die vorliegende Erfindung ist zum Lösen der vorstehend geschilderten Probleme erfolgt, und das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Wechselstrommotor-Antriebsvorrichtung, die zu allen Zeiten die Realisierung einer zuverlässigen Leistungskompensation ermöglicht, selbst wenn ein Leistungsbedarf in dem gleichen Zustand, wie z. B. in einem Leistungsbetriebszustand oder in einem Regenerationszustand, fortbesteht sowie selbst dann, wenn eine in einem Leistungskompensator enthaltene Energiespeichervorrichtung, wie z. B. ein Kondensator, nicht mit einer hohen Kapazität ausgestattet ist.
  • LÖSUNG DER PROBLEME
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Wechselstrommotor-Antriebsvorrichtung folgendes auf: eine Gleichstromversorgung, die Gleichstrom zuführt; einen Inverter, der den Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt und den Wechselstrom einem Wechselstrommotor zuführt; sowie einen Leistungskompensator, der einem Gleichstrom-Eingangsbereich des Inverters parallel geschaltet ist.
  • Der Leistungskompensator weist folgendes auf:
    eine Erhöhungs-/Reduzierungsschaltung, die einen Spannungspegel des Gleichstroms umwandelt; eine Energiespeichervorrichtung, die Energie aufnimmt/abgibt; und eine Steuervorrichtung, die die Erhöhungs-/Reduzierungsschaltung und die Energiespeichervorrichtung steuert, wobei die Steuervorrichtung folgende Operationen ausführt: einen Leistungskompensationsvorgang A, bei dem Energie der Energiespeichervorrichtung aufgenommen oder absorbiert wird, so daß der Absolutwert des von der Gleichstromversorgung ausgetauschten Gleichstroms eine auf der Basis einer Kenngröße der Gleichstromversorgung festgelegte Gleichstromversorgungs-Leistungsgrenze nicht überschreitet; sowie einen Energiespeicher-Einstellvorgang B, bei dem die Energie abgegeben oder aufgenommen wird, so daß eine Spannung der Energiespeichervorrichtung einen vorbestimmten Wert erreicht.
  • WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird beim Antreiben des Wechselstrommotors, wenn der Leistungsbedarf für den Wechselstrommotor einen vorbestimmten Wert überschreitet, von dem Leistungskompensator die Energiespeichervorrichtung aufgeladen/entladen, um eine Leistungskompensation vorzunehmen, wobei dann, wenn eine Leistungskompensation unnötig ist, der Leistungskompensator eine Leistungstoleranz von in die Energiespeichervorrichtung eingegebener und abgegebener Energie auf der Basis der Gleichstromversorgungs-Leistungsgrenze sowie der erforderlichen Energie des Inverters erhält sowie einen Hilfsladevorgang der Energiespeichervorrichtung innerhalb des Bereichs der Leistungstoleranz ausführt, um Energie zu speichern.
  • Selbst wenn die in dem Leistungskompensator enthaltene Energiespeichervorrichtung, wie z. B. ein Kondensator, nicht mit einer großen Kapazität ausgestattet ist, kann somit stets eine Leistungskompensation in zuverlässiger Weise realisiert werden, selbst wenn der Leistungsbedarf in dem gleichen Zustand, wie z. B. dem Leistungsbetriebszustand oder dem Regenerationszustand, fortbesteht.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 eine Konfigurationsdarstellung zur Erläuterung einer Wechselstrommotor-Antriebsvorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung in ihrer Gesamtheit;
  • 2 eine Darstellung einer Schaltungskonfiguration zur Erläuterung einer Gleichstromversorgung und eines Inverters bei der Wechselstrommotor-Antriebsvorrichtung;
  • 3 eine Darstellung einer Schaltungskonfiguration zur Erläuterung von anderen Typen einer Gleichstromversorgung und eines Inverters bei der Wechselstrommotor-Antriebsvorrichtung;
  • 4 eine Darstellung einer Schaltungskonfiguration einer Erhöhungs-/Reduzierungsschaltung bei der Wechselstrommotor-Antriebsvorrichtung;
  • 5 eine Darstellung einer Schaltungskonfiguration eines anderen Typs einer Erhöhungs-/Reduzierungsschaltung bei der Wechselstrommotor-Antriebsvorrichtung;
  • 6 eine Konfigurationsdarstellung zur Erläuterung eines Details einer Steuervorrichtung, die in einem Leistungskompensator der Wechselstrommotor-Antriebsvorrichtung vorgesehen ist;
  • 7 eine Konfigurationsdarstellung zur Erläuterung eines Details einer Gleichstrom-Berechnungseinheit, die in der Steuervorrichtung der 6 enthalten ist;
  • 8 eine Konfigurationsdarstellung zur Erläuterung eines Details einer Leistungskompensations-Steuereinheit, die in der Steuervorrichtung der 6 enthalten ist;
  • 9 eine Konfigurationsdarstellung zur Erläuterung eines Details einer Konstantspannungs-Steuereinheit, die in der Steuervorrichtung der 6 enthalten ist;
  • 10 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung einer Reihe von Vorgängen in Verbindung mit einem Leistungskompensationsvorgang A in dem Fall, in dem ein Energiespeicher-Einstellvorgang B in der Leistungskompensations-Steuereinheit ausgeführt wird, die in der Steuervorrichtung der 6 enthalten ist;
  • 11 eine Konfigurationsdarstellung zur Erläuterung eines Details einer Strombefehl-Additionseinheit, die in der Steuervorrichtung der 6 enthalten ist;
  • 12 eine Konfigurationsdarstellung zur Erläuterung eines Details einer Stromsteuereinheit, die in der Steuervorrichtung der 6 enthalten ist;
  • 13 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung eines Beispiels für den Ablauf des Leistungskompensationsvorgangs A und des Energiespeicher-Einstellvorgangs B während des Leistungsbetriebs eines Wechselstrommotors bei dem Leistungskompensator gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
  • 14 eine Darstellung einer Schaltungskonfiguration einer Erhöhungs-/Reduzierungsschaltung bei einer Wechselstrommotor-Antriebsvorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung;
  • 15 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung eines Spannungsbefehls-Vorgabevorgangs für eine Energiespeichervorrichtung mittels eines Leistungskompensators, der in einer Wechselstrommotor-Antriebsvorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung enthalten ist;
  • 16 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung eines weiteren Spannungsbefehls-Vorgabevorgangs für die Energiespeichervorrichtung durch den Leistungskompensator, der in der Wechselstrommotor-Antriebsvorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung enthalten ist;
  • 17 eine Konfigurationsdarstellung zur Erläuterung eines Details einer Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehl-Erzeugungseinheit, die in dem Leistungskompensator bei der Wechselstrommotor-Antriebsvorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist; und
  • 18 eine Konfigurationsdarstellung zur Erläuterung eines Details einer Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehl-Erzeugungseinheit, die in einem Leistungskompensator bei einer Wechselstrommotor-Antriebsvorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 4 der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist.
  • BESTE ART UND WEISE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
  • Ausführungsbeispiel 1
  • 1 zeigt eine Konfigurationsdarstellung zur Erläuterung einer Wechselstrommotor-Antriebsvorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung sowie eines Wechselstrommotors, der von der Wechselstrommotor-Antriebsvorrichtung angetrieben wird.
  • Von einer Gleichstromversorgung 1 abgegebener Gleichstrom wird über eine Gleichstromschiene 2 einem Wechselrichter bzw. Inverter 3 zugeführt. Eine Gleichstrom-Wechselstrom-Umwandlung wird von dem Inverter 3 ausgeführt, um einem Wechselstrommotor 4 einen geeigneten Wechselstrom zuzuführen. Ein Leistungskompensator 5 ist der Gleichstromschiene 2 parallelgeschaltet, die die Gleichstromversorgung 1 mit dem Inverter 3 elektrisch verbindet, und weist hauptsächlich eine Erhöhungs-/Reduzierungsschaltung 10, eine Energiespeichervorrichtung 15, eine Steuervorrichtung 16 sowie Spannungs- und Stromdetektoren 6, 7, 11 und 12 auf.
  • Als Gleichstromversorgung 1 wird ein Dioden-Wandler oder ein PWM-Wandler verwendet, der Wechselstrom von einem Stromzuführsystem gleichrichtet. Beispielsweise wird in dem Fall, in dem der Wechselstrommotor 4 zum Antreiben eines elektrischen Schienenfahrzeugs verwendet wird, von einer Gleichstromleitung zugeführter Strom aufgenommen, so daß die Gleichstromleitung der Gleichstromversorgung entspricht.
  • 2 zeigt eine Konfiguration in dem Fall, in dem der Dioden-Wandler als Gleichstromversorgung 1 verwendet wird, und 3 zeigt eine Konfiguration in dem Fall, in dem der PWM-Wandler als Gleichstromversorgung 1 verwendet wird. Es ist zu erkennen, daß der Inverter 3 dabei ebenfalls dargestellt ist. Der in 2 gezeigte Dioden-Wandler kann keine Energie zur Seite des Stromzuführsystems zurückführen, und aus diesem Grund sind ein Widerstand R1 für die Regeneration und eine Schaltvorrichtung Q1 vorgesehen, um regenerative Energie zu verarbeiten, die von dem Leistungskompensator 5 nicht aufgenommen werden kann. Ferner kann der in 3 dargestellte PWM-Wandler einen zu dem Stromzuführsystem fließenden Strom sowie von diesem selbst verbrauchte Energie steuern.
  • Die Erhöhungs-/Reduzierungsschaltung 10 führt eine Spannungspegel-Umwandlung zwischen der Gleichstromschiene 2 und der Energiespeichervorrichtung 15 aus, um zwischen diesen Energie auszutauschen. Als Erhöhungs-/Reduzierungsschaltung 10 ist in diesem Fall z. B. eine Chopper-Schaltung vorgesehen, die Schaltvorrichtungen Q2 und Q3, eine Drossel L1 sowie einen Kondensator C3 zur Glättung aufweist, wie dies in 4 gezeigt ist, wobei ein Reduzierungsvorgang für die Seite der Gleichstromschiene 2 ausgeführt wird.
  • In Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen und den Spezifikationen der Energiespeichervorrichtung 15 kann ferner die Spannung der Energiespeichervorrichtung 15 höher sein als die Spannung der Gleichstromschiene 2. In einem solchen Fall kann eine Schaltung verwendet werden, die Schaltvorrichtungen Q4 bis Q7, eine Drossel L2 und einen Kondensator C4 zur Glättung beinhaltet und in der Lage ist, einen Erhöhungs-/Reduzierungsvorgang auszuführen, wie dies in 5 gezeigt ist.
  • Die Energiespeichervorrichtung 15 speichert Energie, wobei Kondensatoren, wie z. B. ein elektrolytischen Kondensator und ein elektrischer Doppelschicht-Kondensator, Batterien, wie z. B. eine Lithiumionenbatterie, und dergleichen der Energiespeichervorrichtung 15 entsprechen.
  • Die Steuervorrichtung 16 gibt einen Schaltbefehl 17 zum Steuern der Erhöhungs-/Reduzierungsschaltung 10 auf der Basis von solcher Information ab, wie Spannungs- und Stromsignalen der Gleichstromschiene 2 und der Energiespeichervorrichtung 15, die von den Detektoren 6, 7, 11 und 12 erfaßt werden, und entlädt Energie der Energiespeichervorrichtung 15 zur Seite der Gleichstromschiene 2 oder lädt die Energiespeichervorrichtung 15 auf.
  • Insbesondere wird bei dem Ausführungsbeispiel 1 in dem Fall, in dem der Absolutwert des Gleichstroms, der von der Gleichstromversorgung 1 in die Gleichstromschiene 2 eingespeist und abgegeben wird, gleich einem oder größer als ein vorbestimmter Wert ist, von der Steuervorrichtung 16 eine Leistungskompensation durch den Leistungskompensator 5 veranlaßt, so daß die von der Gleichstromversorgung 1 in die Gleichstromschiene 2 eingespeiste und abgegebene Energie einen Leistungsgrenzwert der Gleichstromversorgung 1, d. h. einen zulässigen Bereich nicht überschreitet (dieser Vorgang wird im folgenden als Leistungskompensationsvorgang A bezeichnet).
  • Jedoch tritt nur bei dem Leistungskompensationsvorgang A ein Überschuß/Mangel einer Energiemenge der Energiespeichervorrichtung 15 in dem Fall auf, in dem ein Leistungsbedarf in dem gleichen Zustand, wie z. B. dem Leistungsbetriebszustand oder dem Regenerationszustand, fortbesteht. Zusätzlich zu dem Leistungskompensationsvorgang A führt die Steuervorrichtung 16 somit einen Lade-/Entladevorgang an der Energiespeichervorrichtung 15 nach Bedarf aus (dieser Vorgang wird im folgenden als Energiespeicher-Einstellvorgang B bezeichnet).
  • Eine Energiespanne, die von der Gleichstromversorgung 1 in dem Fall zugeführt werden kann, in dem der Energiespeicher-Einstellvorgang B ausgeführt wird, wird durch das Ausmaß einer Leistungstoleranz in bezug auf die Energiespeichervorrichtung 15 bestimmt, die aus der Differenz zwischen einer Leistungsgrenze der Gleichstromversorgung 1 und eines Leistungsbedarfs des Inverters 3 bestimmt wird, wie dies im folgenden noch ausführlich beschrieben wird.
  • Ein spezielles Beispiel der Gesamtkonfiguration der Steuervorrichtung 16 ist in 6 veranschaulicht.
  • Die Steuervorrichtung 16 weist eine Gleichstrom-Berechnungseinheit 16A, eine Leistungskompensations-Steuereinheit 16C, eine Konstantspannungs-Steuereinheit 16E, eine Strombefehl-Additionseinheit 16G, eine Stromsteuereinheit 16I sowie eine PWM-Steuereinheit 16K auf.
  • Dabei werden der Gleichstrom-Berechnungseinheit 16A ein Ausgangsstrom 8 (d. h. ein Gleichstromschienenstrom) der Gleichstromversorgung 1 und eine Ausgangsspannung 9 (d. h. eine Gleichstromschienenspannung) der Gleichstromversorgung 1 zugeführt, die von den Detektoren 6 und 7 erfaßt werden, wobei die Gleichstrom-Berechnungseinheit 16A den Ausgangsstrom 8 und die Ausgangsspannung 9 multipliziert, um eine Gleichstromversorgungs-Leistung 16B zu berechnen.
  • Ferner wird der Leistungskompensations-Steuereinheit 16C die Gleichstromversorgungs-Leistung 16B zugeführt, und die Leistungskompensations-Steuereinheit 16C gibt einen Strombefehl 16D zum Ausführen des Leistungskompensationsvorgangs A ab.
  • Ferner werden der Konstantspannungs-Steuereinheit 16E die von der Gleichstrom-Berechnungseinheit 16A ermittelte Gleichstromversorgungs-Leistung 16B sowie ein Energiespeichervorrichtungs-Strom 13 und eine Energiespeichervorrichtungs-Spannung 14 zugeführt, die von den Detektoren 11 und 12 erfaßt werden, wobei die Konstantspannungs-Steuereinheit 16E einen Strombefehl 16F zum Ausführen des Energiespeicher-Einstellvorgangs B abgibt.
  • Damit der Leistungskompensationsvorgang A und der Energiespeicher-Einstellvorgang B ohne Unterbrechung problemlos ausgeführt werden, addiert die Strombefehl-Additionseinheit 16G die beiden Strombefehle 16D und 16F und gibt den aus der Addition resultierenden Strombefehl als Strombefehl 16H an die Energiespeichervorrichtung 15 ab.
  • Die Stromsteuereinheit 16I gibt einen Spannungsbefehl 16J ab, um die Stromsteuerung derart auszuführen, daß der von dem Detektor 11 erfaßte Energiespeichervorrichtungs-Strom 13 mit dem Strombefehl 16H übereinstimmt, damit die Energiespeichervorrichtung 15 mit einem erforderlichen Strom aufgeladen und entladen wird, der dem Strombefehl 16H entspricht.
  • Die PWM-Steuereinheit 16K gibt den Schaltbefehl 17 zum Steuern der Spannung der Erhöhungs-/Reduzierungsschaltung 10 auf der Basis des Spannungsbefehls 16J ab, der von der Stromsteuereinheit 16I bereitgestellt wird, damit die Energiespeichervorrichtung 15 mit einem erforderlichen Strom aufgeladen und entladen wird. Die Erhöhungs-/Reduzierungsschaltung 10 arbeitet auf der Basis des Schaltbefehls 17.
  • Im folgenden wird die Konfiguration jeder Einheit der vorstehend beschriebenen Steuervorrichtung 16 ausführlicher erläutert.
  • Wie in 7 gezeigt ist, berechnet die Gleichstrom-Berechnungseinheit 16A als erstes mittels eines Multiplizierers 18 das Produkt aus dem Gleichstromschienenstrom 8 und der Gleichstromschienenspannung 9, die von den Detektoren 6 und 7 erfaßt werden, um die Gleichstromversorgungs-Leistung 16B zu ermitteln, und gibt die Gleichstromversorgungs-Leistung 16B ab.
  • Es ist darauf hinzuweisen, daß bei sehr niedriger Gleichstromschienenspannung 9 die Gleichstrom-Berechnungseinheit 16A die Gleichstromversorgungs-Leistung 16B korrigiert, indem sie die Gleichstromversorgungs-Leistung 16B mittels eines Multiplizierers 19 mit einem Korrekturkoeffizienten k1 multipliziert, der vorab in einer Korrekturkoeffizienten-Tabelle 20 vorgegeben worden ist und der Größe der Gleichstromschienenspannung 9 entspricht. Der Grund hierfür wird im folgenden erläutert.
  • Wenn die Last des Wechselstrommotors 4 erhöht wird und ein hoher Leistungsbedarf für den Inverter 3 auftritt, verwendet die Gleichstromversorgung 1 einen hohen Strom. Wenn die Gleichstromversorgung 1 zu diesem Zeitpunkt einen Vorgang zum Begrenzen oder Unterbrechen eines verwendeten Stroms zu ihrem eigenen Schutz ausführt, variiert die Spannung der Gleichstromschiene 2. Z. B. werden bei der in 2 und 3 dargestellten Gleichstromversorgung 1 auf der Seite der Gleichstromschiene 2 vorgesehene Kondensatoren C1 und C2 aufgeladen und entladen, und die Spannung der Gleichstromschiene 2 variiert.
  • Der Strom, der in die Gleichstromversorgung 1 während einer Periode des Ladens und Entladens der Kondensatoren C1 und C2 eingespeist sowie von dieser abgegeben wird, hat den gleichen Wert wie der Leistungsbedarf des Inverters 3, jedoch nimmt die Spannung der Gleichstromschiene 2 aufgrund des vorstehend geschilderten Vorgangs rasch ab oder rasch zu. Obwohl ein für die Leistungskompensation erforderlicher Leistungsbedarf auf der Seite des Wechselstrommotors 4 auftritt, wird möglicherweise die Ausführung des Leistungskompensationsvorgangs A nicht unmittelbar gestartet.
  • Infolgedessen wird möglicherweise das Ansprechen des Leistungskompensationsvorgangs A beeinträchtigt, und es wird möglicherweise keine angemessene Leistungskompensation ausgeführt. Die in der Gleichstrom-Berechnungseinheit 16A bereitgestellte Korrekturkoeffizienten-Tabelle 20 soll dies eliminieren und dient dazu, die Gleichstromversorgungs-Leistung 16B in bezug auf einen raschen Abfall oder Anstieg der Gleichstromschienenspannung 9 dem Anschein nach zu erhöhen, um dadurch zu veranlassen, daß der Leistungskompensationsvorgang A unmittelbar ausgeführt wird.
  • Als nächstes ist eine detaillierte Konfiguration der Leistungskompensations-Steuereinheit 16 in 8 veranschaulicht. Es ist darauf hinzuweisen, daß hierbei zum Zweck der Erläuterung eine positive Richtung des Stroms/der Spannung jeder Einheit, der bzw. die in dem Leistungskompensator 5 erfaßt wird, als Richtung eines Pfeils dargestellt ist.
  • Somit ist die Gleichstromversorgungs-Leistung 16B in einem Leistungsbetriebszustand positiv. Wenn der Energiespeichervorrichtungs-Strom 13 in der positiven Richtung fließt, wird ferner die Energiespeichervorrichtung 15 aufgeladen. Mit anderen Worten heißt dies, daß die Energiespeichervorrichtung 15 Energie absorbiert bzw. aufnimmt.
  • Der Leistungskompensations-Steuereinheit 16C wird die von der Gleichstrom-Berechnungseinheit 16A erfaßte Gleichstromversorgungs-Leistung 16B zugeführt, und die Leistungskompensations-Steuereinheit 16C bestimmt durch einen Vergleich mittels einer Gleichstromversorgungs-Leistungsvergleich-Bestimmungseinheit 32, ob der Absolutwert der Gleichstromversorgungs-Leistung 16B gleich einem oder größer als ein Schwellenwert PowTH ist oder nicht, der vorab unter Berücksichtigung einer Gleichstromspanne festgelegt wird, die von der Gleichstromversorgung 1 zugeführt werden kann.
  • Wenn der Absolutwert der Gleichstromversorgungs-Leistung 16B geringer ist als der Schwellenwert PowTH, kann der Leistungsbedarf des Wechselstrommotors 4 von der Gleichstromversorgungs-Leistung 16B erfüllt werden, die von der Gleichstromversorgung 1 zugeführt wird, und der Leistungskompensationsvorgang A ist nicht notwendig. Die Gleichstromversorgungs-Leistungsvergleich-Bestimmungseinheit 32 verbindet somit die beiden Schalter SWa und SWb jeweils mit einer Ausgangsseite ”0”. Mit anderen Worten, der Strombefehl 16D für den Leistungskompensationsvorgang A wird nicht abgegeben.
  • Wenn dagegen der Absolutwert der Gleichstromversorgungs-Leistung 16B gleich dem oder größer als der Schwellenwert PowTH ist, kann der Leistungsbedarf des Wechselstrommotors 4 nicht alleine durch die von der Gleichstromversorgung 1 zugeführte Gleichstromversorgungs-Leistung 16B erfüllt werden, und es ist notwendig, daß der Leistungskompensator 5 den Leistungskompensationsvorgang A ausführt. Daher verbindet die Gleichstromversorgungs-Leistungsvergleich-Bestimmungseinheit 32 die Schalter SWa und SWb jeweils mit der Seite eines Regelkreises, in dem in erster Linie eine Integrationssteuerung ausgeführt wird.
  • Eine Gleichstromversorgungs-Leistungsbetriebs-Leistungsgrenze LM1a (positiver Wert) und eine Gleichstromversorgungs-Regenerations-Leistungsgrenze LM1b (negativer Wert), bei denen es sich um eine obere und eine untere Grenze einer zuführbaren Leistung handelt, die in Abhängigkeit von dem Leistungsbetriebszustand und dem Regenerationszustand sowie auf der Basis der charakteristischen Größen bzw. Kenngrößen der Gleichstromversorgung 1 bestimmt werden, werden vorab in der Leistungskompensations-Steuereinheit 16C vorgegeben.
  • Wenn die Schalter SWa und SWb jeweils mit der Seite des Regelkreises verbunden sind, in dem in erster Linie die Integrationssteuerung ausgeführt wird, wie dies vorstehend beschrieben worden ist, berechnen jeweilige Subtrahierer 33a und 33b der Leistungskompensations-Steuereinheit 16C die Differenz zwischen der Gleichstromversorgungs-Leistungsbetriebs-Leistungsgrenze LM1a oder der Gleichstromversorgungs-Regenerations-Leistungsgrenze LM1b und der eingespeisten Gleichstromversorgungs-Leistung 16B, und es wird eine Integrationssteuerung von einem jeweiligen Integrator 34a und 34b unter Verwendung der Differenz ausgeführt, und der Strombefehl 16D an die Energiespeichervorrichtung 15 wird abgegeben.
  • In diesem Fall sind Begrenzer 35a und 35b auf halbem Wege der Regelkreise der Integrationssteuerung der Integratoren 34a bzw. 34b vorgesehen. Diese Begrenzer 35a und 35b sollen verhindern, daß Signale in den Integratoren 34a und 34b exzessiv akkumuliert werden, wenn der Leistungskompensationsvorgang A unnötig ist, wobei sie ferner auch den Strombefehl 16D unterdrücken sollen, so daß der Strombefehl 16D innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, damit ein Strom, mit dem die Energiespeichervorrichtung 15 geladen/entladen wird, eine Energiespeichervorrichtungs-Entladestromgrenze LM2a (negativer Wert) und eine Energiespeichervorrichtungs-Ladestromgrenze LM2b (positiver Wert) nicht überschreitet, bei denen es sich um die Obergrenze und die Untergrenze eines aufladbaren/entladbaren Stroms handelt, die vorab auf der Basis der Kenngrößen der Energiespeichervorrichtung 15 vorgegeben werden.
  • Insbesondere wenn der Ablauf des Leistungskompensationsvorgangs A von EIN auf AUS umschaltet, veranlassen die Begrenzer 35a und 35b eine gleichmäßige Dämpfung von in den Integratoren 34a und 34b akkumulierten Signalen, um ein Prellen (”Chattering”) zu verhindern. Weiterhin beinhaltet die Energiespeichervorrichtung 15 eine Batterie oder einen Kondensator, wie dies vorstehend beschrieben worden ist, wobei diese jeweils einen geeigneten Temperaturbereich aufweisen und ein geeigneter Energiespeicherzustand vorhanden ist, nämlich ein angemessener Strom, der aufgrund eines Spannungswerts der Energiespeichervorrichtung 15 zum effizienten Austauschen von elektrischer Energie empfohlen wird.
  • Um die Energiespeichervorrichtung 15 in einem geeigneten Zustand zu verwenden, ist es somit notwendig, einen Strom während des Ladens/Entladens zu begrenzen. Dies wird erreicht durch Steuern der Stromgrenzwerte LM2a und LM2b, die in den Begrenzern 35a bzw. 35b vorgegeben sind.
  • Es ist darauf hinzuweisen, daß der Schwellenwert PowTH, der vorab in der Gleichstromversorgungs-Leistungsvergleich-Bestimmungseinheit 32 vorgegeben wird, auf einen Wert festgesetzt wird, der geringfügig niedriger ist als der jeweilige Absolutwert der Leistungsbetriebs-Leistungsgrenze LM1a und der Regenerations-Leistungsgrenze LM1b der Gleichstromversorgung 1.
  • Der Grund hierfür besteht darin, daß bei der Vorgabe des Schwellenwerts PowTH mit dem gleichen Wert wie der Absolutwert der Leistungsbetriebs- bzw. der Regenerations-Leistungsgrenze LM1a und LM1b bei den Integratoren 34a und 34b ein ”Chattering” auftritt, bevor und nachdem der Absolutwert der Gleichstromversorgungs-Leistung 16B gleich dem Schwellenwert PowTH wird, und daher ist es notwendig, dieses ”Chattering” zu verhindern. Ferner wird im vorliegenden Fall der Schwellenwert PowTH sowohl für die Leistungsbetriebsseite als auch für die Regenerationsseite mit dem gleichen Wert vorgegeben, jedoch können auch unterschiedliche Schwellenwerte dafür vorgegeben werden.
  • Beispielsweise wird in dem Fall, in dem es sich bei der Gleichstromversorgung 1 um den in 2 gezeigten Dioden-Wandler handelt, regenerative Energie von dem Widerstand R1 verbraucht. Ein verarbeitbarer Betrag derselben ist somit häufig geringer als der der Leistungsbetriebs-Energie, und daher wird der Schwellenwert PowTH für die Leistungsbetriebsseite und die Regenerationsseite in Form von unterschiedlichen Werten vorgegeben.
  • Als nächstes ist eine detaillierte Konfiguration der Konstantspannungs-Steuereinheit 16E in 9 veranschaulicht.
  • Die Konstantspannungs-Steuereinheit 16E berechnet den Strombefehl 16F zum Ausführen des Energiespeicher-Einstellvorgangs B. Damit die Spannung der Energiespeichervorrichtung 15 einen vorbestimmten Wert erreicht, berechnet die Konstantspannungs-Steuereinheit 16E insbesondere mittels eines Subtrahierers 40 die Differenz zwischen der Energiespeichervorrichtungs-Spannung 14, die zu dem aktuellen Zeitpunkt von dem Detektor 12 erfaßt wird, und einem Spannungsbefehl 16M, bei dem es sich um einen Steuerungs-Zielwert einer Energiespeicherspannung für die Energiespeichervorrichtung 15 handelt und der von einer Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehl-Erzeugungseinheit 16L bereitgestellt wird, wobei sie ferner eine Integrationssteuerung mittels eines Integrators 41 unter Verwendung der Differenz ausführt, um den Strombefehl 16F zum Ausführen einer Konstantspannungs-Steuerung an der Energiespeichervorrichtung 15 zu erhalten.
  • Bei der Integrationssteuerung mittels des Integrators 41 ist es notwendig, die Energiespeichervorrichtung 15 mit Energie innerhalb eines Leistungsbereichs zu beaufschlagen, der von der Gleichstromversorgung 1 genutzt werden kann, nämlich innerhalb eines Bereichs, in dem eine Leistungstoleranz in der Gleichstromversorgung 1 vorhanden ist. Somit ist es notwendig, an dem Integrator 41 eine Stromgrenze vorzusehen, die eine Grenze definiert, die der Leistungstoleranz der Gleichstromversorgung 1 entspricht.
  • Daher wird zuerst die Leistungstoleranz der Gleichstromversorgung 1 berechnet. Dafür wird eine Inverterleistung Wiv ermittelt, indem mittels eines Subtrahierers 43 die Differenz (= 16B – Wb) zwischen der vorstehenden, von der Gleichstrom-Berechnungseinheit 16A ermittelten Gleichstromversorgungs-Leistung 16B und einer Energiespeichervorrichtungs-Leistung Wb berechnet wird, die unter Verwendung eines Multiplizierers 42 durch Multiplizieren des Energiespeichervorrichtungs-Stroms 13 und der Energiespeichervorrichtungs-Spannung 14 ermittelt wird, die von den Detektoren 11 und 12 erfaßt werden.
  • Als nächstes werden die Differenzen zwischen der Inverterleistung Wiv sowie der vorgenannten Gleichstromversorgungs-Leistungsbetriebs-Leistungsgrenze LM1a (positiver Wert) und der Gleichstromversorgungs-Regenerations-Leistungsgrenze LM1b (negativer Wert) mittels Subtrahierern 44a bzw. 44b berechnet, bei denen es sich um die Obergrenze und die Untergrenze der zuführbaren Leistung handelt, die in Abhängigkeit von dem Leistungsbetriebszustand und dem Regenerationszustand der Gleichstromversorgung 1 bestimmt werden.
  • Der Grund für die Verwendung der Leistung Wiv des Inverters 3 besteht darin, daß die Leistung der Gleichstromversorgung 1 ansprechend auf den Betrieb der eigentlichen Konstantspannungs-Steuereinheit 16E variiert und somit ausschließlich durch Erfassung der Gleichstromversorgungs-Leistung 16B nicht direkt identifiziert werden kann.
  • Die durch die Subtrahierer 44a und 44b jeweils ermittelten Leistungsdifferenzen werden dann die Leistungstoleranz der Gleichstromversorgung 1. Als nächstes wird die jeweilige Leistungsdifferenz von einem Dividierer 45a oder 45b durch die Energiespeichervorrichtungs-Spannung 14 dividiert, um eine Stromgrenze zu ermitteln, die der Leistungstoleranz der Gleichstromversorgung 1 entspricht.
  • Begrenzer 46a und 46b in Stufen unmittelbar nach den Divisionen durch die Dividierer 45a und 45b sind zu dem Zweck vorgesehen, Störungen des Leistungskompensationsvorgangs A zu verhindern. Wenn z. B. die durch den Subtrahierer 44a ermittelte Leistungsdifferenz negativ ist, übersteigt die von dem Inverter 3 benötigte Inverterleistung Wiv die Versorgungskapazität der Gleichstromversorgung 1 und es gibt keine Leistungstoleranz, und somit liegt ein Zustand vor, in dem der Leistungskompensationsvorgang A ausgeführt werden sollte, während kein Zustand vorliegt, in dem der Energiespeicher-Einstellvorgang B ausgeführt werden sollte. Wenn die durch den Subtrahierer 44a ermittelte Leistungsdifferenz negativ ist, wird somit ein Ausgang durch den Begrenzer 46a eliminiert. Das gleiche gilt für den Fall des Regenerationszustands.
  • Durch den vorstehend beschriebenen Vorgang werden die Stromgrenzen für die Energiespeichervorrichtung 15 ermittelt, die der Leistungstoleranz der Gleichstromversorgung 1 entsprechen. Die Stromgrenzen sollten die vorstehend genannte Energiespeichervorrichtungs-Entladestrom grenze LM2a (negativer Wert) und die Energiespeichervorrichtungs-Ladestromgrenze LM2b (positiver Wert), die auf der Basis der Kenngrößen der Energiespeichervorrichtung 15 bestimmt werden, nicht überschreiten, und somit wird die Stromgrenze, deren Absolutwert geringer ist, von Auswählschaltungen 47a und 47b ausgewählt.
  • Die von den Auswählschaltungen 47a und 47b ausgewählte Stromgrenze wird einem Begrenzer 48 zugeführt, der auf halbem Wege in einem Regelkreis der Integrationssteuerung des Integrators 41 vorgesehen ist, und hierdurch wird die der Leistungstoleranz der Gleichstromversorgung 1 entsprechende Stromgrenze an dem Integrator 41 bereitgestellt.
  • Mit einer derartigen Konfiguration kann der Energiespeicher-Einstellvorgang B ausgeführt werden, ohne daß der Leistungskompensationsvorgang A gestört wird. Mit anderen Worten, es kann der Leistungskompensationsvorgang A bevorzugt durchgeführt werden. Ferner kann der Energiespeicher-Einstellvorgang B innerhalb der Spanne der Leistungstoleranz der Gleichstromversorgung 1 ausgeführt werden, wobei auch die Inverterleistung Wiv genutzt werden kann.
  • Zum Reduzieren der Anzahl von Stromdetektoren wird hierbei die Inverterleistung Wiv aus der Gleichstromversorgungs-Leistung 16B und der Energiespeichervorrichtungs-Leistung Wb unter Verwendung des Subtrahierers 43 berechnet. Ferner beinhaltet die Leistung von der Energiespeichervorrichtung 15 einen Verlust aufgrund der Erhöhungs-/Reduzierungsschaltung 10, und daher wird eine Verlustkorrektur durch eine vorgesehene Erhöhungs-/Reduzierungsschaltungs-Verlustkorrekturschaltung 49 ausgeführt, um die Inverterleistung Wiv abzuleiten.
  • Es ist darauf hinzuweisen, daß aufgrund der Tatsache, daß sich nur die Inverterleistung Wiv berechnen lassen muß, ein Stromdetektor auf der Eingangsseite des Inverters 3 vorgesehen werden kann und die Inverterleistung Wiv durch Multiplizieren mit der Gleichstromschiene 2 ermittelt werden kann.
  • Wenn es sich bei dem Spannungsbefehl 16M für die Energiespeichervorrichtung in der Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehl-Erzeugungseinheit 16L um eine Nennspannung Vf der Energiespeichervorrichtung 15 handelt, kann ferner, obwohl dies von einem Betriebszustand oder einem Zweck abhängig ist, eine Leistungskompensation ausgeführt werden, bei der die Betonung auf einer Leistungskompensation im Leistungsbetriebszustand liegt.
  • Es ist darauf hinzuweisen, daß als Leistungsbetriebs- und Regenerations-Leistungsgrenzwerte LM1a und LM1b der unter Bezugnahme auf die 8 und 9 beschriebenen Gleichstromversorgung 1 vorbestimmte Nennleistungswerte in dem Fall verwendet werden, bei der es sich bei der Gleichstromversorgung 1 um den in 2 dargestellten Dioden-Wandler handelt.
  • In dem Fall, in dem es sich bei der Gleichstromversorgung 1 um den in 3 gezeigten PWM-Wandler handelt, werden ferner für die Operationen der Leistungskompensations-Steuereinheit 16C und der Konstantspannungs-Steuereinheit 16E, wie diese in 8 und 9 gezeigt sind, die Leistungsbetriebsund Regenerations-Leistungsgrenzwerte LM1a und LM1b vorab mit Werten vorgegeben, die geringfügig niedriger sind als die vorbestimmten Nennleistungswerte, oder es wird ein Leistungsgrenzwert des eigentlichen PWM-Wandlers vorab auf einen Wert gesetzt, der geringfügig höher als ein vorbestimmter Nennwert ist. Dies wird zu einem Maß zum normalen Ausführen der in 8 und 9 dargestellten Vorgänge, da der PWM-Wandler von sich aus Leistung steuern und begrenzen kann.
  • Im folgenden wird eine Abfolge von Operationen in Verbindung mit dem Leistungskompensationsvorgang A in dem Fall, in dem der Energiespeicher-Einstellvorgang B in der Leistungskompensations-Steuereinheit 16C ausgeführt wird, unter Bezugnahme auf 10 beschrieben.
  • Wie in 10(a) gezeigt ist, ändert sich die Inverterleistung Wiv gegenüber der Zeit. In diesem Fall wird die Differenz W1 zwischen der Inverterleistung Wiv und der Gleichstromversorgungs-Leistungsbetriebs-Leistungsgrenze LM1a zu einer Leistungstoleranz Ma, die für den Energiespeicher-Einstellvorgang B verwendet werden kann, und zwar in einer Richtung, in der die Energiespeichervorrichtung 15 aufgeladen wird, wie dies in 10(b) gezeigt ist.
  • Ferner wird die Differenz W2 zwischen der Inverterleistung Wiv und der Gleichstromversorgungs-Regenerations-Leistungsgrenze LM1b zu einer für den Energiespeicher-Einstellvorgang B verwendbaren Leistungstoleranz Mb in einer Richtung, in der die Energiespeichervorrichtung 15 entladen wird, wie dies in 10(b) gezeigt ist.
  • Bei jeder Zeitdauer, die in 10 mit dem Bezugszeichen TA bezeichnet ist, handelt es sich um eine Zeitdauer, in der die Inverterleistung Wiv den Absolutwert von jedem der Leistungsbetriebs- und Regenerations-Leistungsgrenzwerte LM1a und LM1b der Gleichstromversorgung 1 überschreitet, sowie um einen Zustand, in dem die Leistungskompensations-Steuereinheit 16C in Betrieb ist.
  • Obwohl der Leistungskompensationsvorgang A und der Energiespeicher-Einstellvorgang B hinsichtlich der Priorität voneinander verschieden sind, werden in diesem Fall die Abläufe von beiden Vorgängen A und B in Abhängigkeit von der Richtung der Leistung gleichzeitig möglich.
  • Beispielsweise liegt in der in 10 mit Tc bezeichneten Periode ein Regenerationszustand vor, in dem Energie von dem Inverter 3 zurückkehrt, wobei der Leistungskompensationsvorgang A eingeschlossen ist und zusätzlich der Energiespeicher-Einstellvorgang B in einer Richtung, in der die Energiespeichervorrichtung 15 geladen wird, gleichzeitig ausgeführt werden kann. Der Leistungskompensationsvorgang A und der Energiespeicher-Einstellvorgang B können im Hinblick auf die Leistungstoleranz der Gleichstromversorgung 1 ausschließlich ausgeführt werden.
  • Wenn jedoch stets die Ausführung des vorstehend beschriebenen Energiespeicher-Einstellvorgangs B veranlaßt wird und ein Vorgang zum Einstellen des Strombefehls 16F in dem Energiespeicher-Einstellvorgang B durch den Begrenzer 48 ausgeführt wird, kann die Spannung der Energiespeichervorrichtung 15 rasch zu einem vorbestimmten Wert verlagert werden, bei dem es sich um einen Zielwert handelt.
  • Als nächstes ist eine detaillierte Konfiguration der Strombefehl-Additionseinheit 16G in 11 dargestellt.
  • Damit der Leistungskompensationsvorgang A und der Energiespeicher-Einstellvorgang B ohne Unterbrechung glatt ausgeführt werden, addiert die Strombefehl-Additionseinheit 16G mittels eines Addierers 50 den von der Leistungskompensations-Steuereinheit 16C bereitgestellten Strombefehl 16D für die Energiespeichervorrichtung 15 sowie den von der Konstantspannungs-Steuereinheit 16E bereitgestellten Strombefehl 16F für die Energiespeichervorrichtungs-Konstantspannungssteuerung.
  • Wenn der auf diese Weise ermittelte Strombefehl 16H ein sehr niedriger Wert ist, besteht möglicherweise die Tendenz, daß sich der Strom der Energiespeichervorrichtung 15 aufgrund des Prozesses der Stromsteuereinheit 16I in der nachfolgenden Stufe in einem Pendel- bzw. Selbstregelungszustand befindet. Wenn der Strombefehl sehr niedrig ist, wird daher ein Vorgang zum zwangsweisen Klemmen des Strombefehls 16H auf ”0” von einer Klemmeinheit 51 ausgeführt, die in der Strombefehl-Additionseinheit 16G vorhanden ist.
  • Ferner wird der Strombefehl 16H für die Energiespeichervorrichtung 15 durch einen vorgesehenen Begrenzer 52 derart begrenzt, daß er keine der Stromgrenzen LM2a und LM2b eines für die Energiespeichervorrichtung 15 zulässigen Ladestroms/Entladestroms übersteigt, und wird dann abgegeben.
  • Als nächstes ist eine detaillierte Konfiguration der Stromsteuereinheit 16I in 12 veranschaulicht.
  • Der von der Strombefehl-Additionseinheit 16G ermittelte Strombefehl 16H für die Energiespeichervorrichtung 15 wird in die Stromsteuereinheit 16I eingegeben. Anschließend berechnet die Stromsteuereinheit 16I mittels eines Subtrahierers 60 die Differenz zwischen dem Strombefehl 16H und dem von dem Detektor 11 erfaßten Energiespeichervorrichtungs-Strom 13, führt eine PI-Steuerung mittels einer PI-Steuereinheit 61 auf der Basis der Differenz aus und berechnet den Spannungsbefehl 16J für die Erhöhungs-/Reduzierungsschaltung 10.
  • Zu diesem Zeitpunkt wird das Anlegen einer übermäßigen Spannung an die Energiespeichervorrichtung 15 durch Spannungsbegrenzer 62 und 63 verhindert, die auf halbem Wege in einem Regelkreis der PI-Steuereinheit 61 bzw. auf der Ausgangsseite der PI-Steuereinheit 61 vorgesehen sind und die eine an die Energiespeichervorrichtung 15 angelegte Spannung begrenzen, so daß die Spannung eine Energiespeichervorrichtungs-Spannungsgrenze LM3 nicht überschreiten, bei der es sich um eine Obergrenze einer an die Energiespeichervorrichtung 15 anlegbaren Spannung handelt.
  • Mittels der Spannungsbegrenzer 62 und 63 kann ein Vorgang realisiert werden, der eine problemlose Umstellung von Konstantstrom-Laden/Entladen auf Konstantspannungs-Laden/Entladen vornimmt. Es ist darauf hinzuweisen, daß in der PI-Steuereinheit 61 in 12 das Bezugszeichen 61a eine Proportionalverstärkung bezeichnet und das Bezugszeichen 61b eine Integralverstärkung bezeichnet.
  • In 12 sind die Untergrenzen der Spannungsbegrenzer 62 und 63 auf ”0” eingestellt, jedoch können sie auch in Abhängigkeit von dem Typ, dem Zustand (Ladezustand) oder dergleichen der Energiespeichervorrichtung 15 in einem Zustand, der nicht während des anfänglichen Ladevorgangs vorliegt, in geeigneter Weise vorgegeben sein.
  • Wenn der Strombefehl 16H ”0” beträgt, wird ferner keiner der Verarbeitungsvorgänge des Leistungskompensationsvorgangs A und des Energiespeicher-Einstellvorgangs B ausgeführt, die Schalter 65 und 68 werden mittels eines Schalter-Schaltkreises 64 geschaltet, und die Energiespeichervorrichtungs-Spannung 14 wird anstelle eines Ausgangssignals eines Integrators 67 innerhalb der PI-Steuereinheit 61 sowie der Abgabe des Spannungsbefehls 16J selektiv abgegeben.
  • Somit wird ein Effekt dahingehend geschaffen, daß ein Stromsteuervorgang unmittelbar bei Abgabe eines nächsten Strombefehls für das Laden/Entladen der Energiespeichervorrichtung 15 ausgeführt wird.
  • Als nächstes wird die PWM-Steuervorrichtung 16K ausführlich beschrieben.
  • Die PWM-Steuervorrichtung 16K berechnet einen Arbeitszyklus im Bereich von ”0” bis ”1” in Abhängigkeit von dem von der Strombefehl-Additionseinheit 16G bereitgestellten Strombefehl 16H, dem von der Stromsteuereinheit 16I bereitgestellten Spannungsbefehl 16J sowie einer Referenzspannung und führt einen PWM-Vorgang durch Trägervergleich aus.
  • Hierbei handelt es sich bei der Referenzspannung um die Gleichstromschienenspannung 9. In diesem Fall können die Schaltvorrichtungen auf der P-Seite und der N-Seite, die die Erhöhungs-/Reduzierungsschaltung 10 bilden, in komplementärer Weise betrieben werden, oder es kann z. B. dann, wenn der Strombefehl 16H für die Energiespeichervorrichtung 15 positiv ist, die Schaltvorrichtung auf der N-Seite stets einen AUS-Befehl abgeben. Auf diese Weise kann die Ansteuerschaltung der auszuschaltenden Schaltvorrichtung gestoppt werden, wobei dies zu einer Reduzierung des Leistungsverlusts führt.
  • Ferner ist es nicht notwendig, eine Totzeit zum Verhindern eines Kurzschlusses vorzusehen, und ein steuerbarer Spannungsbereich kann erweitert werden. Es ist darauf hinzuweisen, daß dann, wenn der von der Stromsteuereinheit 16I bereitgestellte Spannungsbefehl 16J Null beträgt, die PWM-Steuereinheit 16K einen Befehl zum Ausschalten von beiden Schaltvorrichtungen auf der P-Seite und der N-Seite der Erhöhungs-/Reduzierungsschaltung 10 abgibt.
  • Im Hinblick auf die Steuervorrichtung 16 des Leistungskompensators 5 mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration und Arbeitsweise ist ein Beispiel des Leistungskompensationsvorgangs A und des Energiespeicher-Einstellvorgangs B während des Leistungsbetriebs des Wechselstrommotors 4 in 13 veranschaulicht.
  • Dabei zeigt 13(a) eine Beziehung zwischen der Inverterleistung Wiv und der Gleichstromversorgungs-Leistung 16B. 13(b) veranschaulicht den Energiespeichervorrichtungs-Strom 13, und 13(c) veranschaulicht die Energiespeichervorrichtungs-Spannung 14.
  • Mit dem Auftreten eines Leistungsbedarfs des Inverters 3 wird die Ausführung des Leistungskompensationsvorgangs A gestartet. Wie in 13(b) gezeigt ist, fließt somit der Energiespeichervorrichtungs-Strom 13 in der negativen Richtung, und es erfolgt ein Entladevorgang. Wenn hierbei der Energiespeicher-Einstellvorgang B nicht ausgeführt wird und wiederholt ein Leistungsbedarf vorliegt, geht eine in der Energiespeichervorrichtung 15 gespeicherte Energiemenge allmählich verloren, und der Leistungskompensationsvorgang A wird schließlich deaktiviert.
  • Dagegen wird bei dem Ausführungsbeispiel 1 nach dem Ende des Leistungskompensationsvorgangs A in erster Linie der Energiespeicher-Einstellvorgang B ausgeführt, und es findet ein Vorgang zum Aufladen der Energiespeichervorrichtung 15 statt. Somit kann der nächste Leistungsbedarf des Inverters 3 ebenfalls bewältigt werden.
  • Es ist darauf hinzuweisen, daß gemäß der Darstellung in 13 während der Ausführung des Energiespeicher-Einstellvorgangs B die Gleichstromversorgungs-Leistung 16B im wesentlichen gleich der oder geringer als die Gleichstromversorgungs-Leistungsbetriebs-Leistungsgrenze LM1a ist.
  • Wie vorstehend beschrieben, können bei der Wechselstrommotor-Antriebsvorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1 z. B. bei der Konfiguration der Steuervorrichtung 16 in dem Leistungskompensator 5 in der in 6 dargestellten Weise der Leistungskompensationsvorgang A und der Energiespeicher-Einstellvorgang B für den von dem Inverter 3 benötigten Leistungsbedarf problemlos ausgeführt werden, ohne daß es zu einer gegenseitigen Beeinträchtigung zwischen diesen kommt, wobei die Leistung der Gleichstromversorgung 1 die Leistungsgrenzwerte LM1a und LM1b nicht stark überschreitet.
  • Selbst wenn der Wechselstrommotor 4 in solchen Vorrichtungen vorgesehen ist, wie einer Arbeitsmaschine, einer elektrischen Presse und einer Spritzgußmaschine, und der Wechselstrommotor 4 kurzzeitig mit einer hohen Ausgangsleistung arbeiten muß, kann somit der Wechselstrommotor 4 in effizienter Weise genutzt werden.
  • Wie vorstehend beschrieben, wird ferner in dem Energiespeicher-Einstellvorgang B ein Vorgang zum Laden/Entladen der Energiespeichervorrichtung 15 mit einer konstanten Spannung unter Verwendung der Leistungstoleranz der Gleichstromversorgung 1 durchgeführt. Somit kann die Energiespeichervorrichtung 15 aufgeladen/entladen werden, ohne daß es zu einer störenden Beeinträchtigung mit dem Leistungskompensationsvorgang A kommt.
  • Selbst wenn ein Leistungsbedarf in der gleichen Richtung, wie z. B. im Leistungsbetrieb oder bei der Regeneration, in dem Inverter 3 auftritt, ist somit eine angemessene Kompensation möglich. Insbesondere ist dies für den Fall sehr effektiv, in dem eine Leistungsbetriebs-Last relativ häufig auftritt, wie z. B. bei einem Gebläse, einer Pumpe oder einer Arbeitsmaschine, die einen Schneidvorgang ausführt.
  • Ausführungsbeispiel 2
  • Bei dem Leistungskompensator 5 der Wechselstrommotor-Antriebsvorrichtung gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel 1 ist die in 4 oder 5 dargestellte Schaltung als ein Beispiel für die Erhöhungs-/Reduzierungsschaltung 10 dargestellt, die eine Spannungsniveau-Umwandlung ausführt. In Abhängigkeit von den Spezifikationen der Energiespeichervorrichtung 15 ist es jedoch notwendig, die Welligkeit des Eingangsstroms zu unterdrücken. Somit kann z. B. eine Multiplex-Schaltung (hier eine Dreiphasen-Schaltung) verwendet werden, wie sie in 14 gezeigt ist.
  • In diesem Fall können Schaltvorrichtungen in einer Schaltung jeder gemultiplexten Phase in Abhängigkeit von dem gleichen Schaltbefehl 17 betätigt werden. Ferner werden dann, wenn der Strombefehl 16H gleichmäßig geteilt wird und die Stromsteuereinheit 16I und die PWM-Steuereinheit 16K in jeder gemultiplexten Phase vorgesehen sind, die Ströme der gemultiplexten Phasen ausgeglichen.
  • Wenn in diesem Fall die Phase eines zum Erzeugen des Schaltbefehls 17 verwendeten Trägersignals verschoben wird, wird der Effekt einer weiteren Reduzierung der Stromwelligkeit erzielt. Beispielsweise wird bei der in 14 dargestellten Dreiphasen-Schaltung die Phase in Schritten von 360°/3 = 120° verschoben.
  • Ausführungsbeispiel 3
  • Bei dem Leistungskompensator 5 der Wechselstrommotor-Antriebsvorrichtung gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel 1 wird in dem Energiespeicher-Einstellvorgang B, in dem die Steuervorrichtung 16 die Spannung der Energiespeichervorrichtung 15 auf eine konstante Spannung steuert, der der Nennspannung Vf entsprechende Spannungsbefehl 16M als Steuerungs-Zielwert der Energiespeicherspannung für die Energiespeichervorrichtung 15 verwendet.
  • Wenn die von dem Inverter 3 benötigte Leistung vorab erkannt wird, kann ein Leistungsmuster, das die Leistungsänderung wiedergibt, vorab in einer Speichereinheit, wie z. B. einem nichtflüchtigen Halbleiterspeicher, gespeichert werden, der in der Konstantspannungs-Steuereinheit 16E innerhalb der Steuervorrichtung 16 vorgesehen ist.
  • 15 zeigt ein Zeitdiagramm zur Erläuterung eines Spannungsbefehls-Vorgabevorgangs für die Energiespeichervorrichtung 15. Bei diesem Beispiel wird die Inverterleistung Wiv in einem bestimmten Muster in konstanten Zyklen wiederholt, wie dies in 15(a) dargestellt ist.
  • Durch Vergleichen der Inverterleistung Wiv mit den Leistungsbetriebs- und Regenerations-Leistungsgrenzwerten LM1a und LM1b der Gleichstromversorgung 1 erhält man für den Leistungskompensationsvorgang A erforderliche Leistungsmuster (Momentanwerte), wie dies in 15(b) veranschaulicht ist. Bei diesen handelt es sich um eine Kombination von Abfolgen von Lade-/Entladevorgängen der Energiespeichervorrichtung 15.
  • Wenn eine Integration für jede Abfolge ausgeführt wird, dann wird eine Leistungsmenge, die von der Energiespeichervorrichtung 15 abgegeben oder aufgenommen werden sollte, in der in 15(c) dargestellten Weise erkannt. In 15(c) entspricht ein jeweils durch einen schwarzen Kreis gezeigter Wert dem maximalen Wert des Betrags der integralen Leistung.
  • Der Betrag der in der Energiespeichervorrichtung 15 gespeicherten Energie sowie die Spannung der Energiespeichervorrichtung 15 entsprechen einander in einer Relation von 1 zu 1. Der Betrag der gespeicherten Energie kann somit in eine Spannung umgewandelt werden, die in Abhängigkeit von den Kenngrößen der Batterie oder des Kondensators, die die Energiespeichervorrichtung 15 bilden, aufrechterhalten werden sollte.
  • Wenn ein Leistungsbedarf auf der Leistungsbetriebs-Seite in dem Inverter 3 auftritt und Energie von der Energiespeichervorrichtung 15 abgegeben wird, kann ein Spannungsbefehl für die Energiespeichervorrichtung 15 anhand eines Betrags der abzugebenden Energie bestimmt werden.
  • Wenn andererseits ein Leistungsbedarf auf der Regenerations-Seite in dem Inverter 3 auftritt und von der Energiespeichervorrichtung 15 Energie aufgenommen wird, kann ein Spannungsbefehl für die Energiespeichervorrichtung 15 derart bestimmt werden, daß Raum zum Aufnehmen eines Betrags der aufzunehmenden Energie sichergestellt ist.
  • In diesem Fall muß in einem Stadium vor dem Start des Leistungskompensationsvorgangs A und des Energiespeicher-Einstellvorgangs B der Energiebetrag der Energiespeichervorrichtung 15 vorab derart eingestellt werden, daß sich dieser in einem aufladbaren oder entladbaren Zustand befindet. In der Zeichnung der 15(c) bezeichnen die Bezugszeichen X und Z Sequenzen für den Leistungskompensationsvorgang A während des Leistungsbetriebs, und ein Bezugszeichen Y bezeichnet eine Sequenz für den Leistungskompensationsvorgang A während der Regeneration.
  • Bei einer Fokussierung auf die einzelne Sequenz Z wird in diesem Fall z. B. ein Spannungsbefehl für die Energiespeichervorrichtung 15 in der Sequenz Z in einem Intervall von dem Startzeitpunkt der Sequenz Y bis zu dem Zeitpunkt unmittelbar vor dem Start der Sequenz Z vorab vorgegeben. Wie bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel 1 beschrieben, wird der Leistungskompensationsvorgang A gegenüber dem Energiespeicher-Einstellvorgang B bevorzugt ausgeführt. Somit wird der Spannungsbefehl für die Energiespeichervorrichtung 15 in der Sequenz Z zu keiner Störung für die Sequenz Y.
  • Wenn sich die Inverterleistung Wiv in dem speziellen Muster, wie es vorstehend beschrieben worden ist, periodisch ändert, wird als Resultat einer sich ergebenden Reihe von Spannungsbefehlen für die Energiespeichervorrichtung 15 eine Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehlstabelle TB1 geschaffen, wie sie in 15(d) veranschaulicht ist.
  • Dabei handelt es sich z. B. bei der Sequenz X um einen Leistungsbedarf während des Leistungsbetriebs, wie dies vorstehend beschrieben worden ist, und die Energiespeichervorrichtung 15 wird durch den Leistungskompensationsvorgang A entladen. Zu diesem Zeitpunkt ist es notwendig, vorab eine Leistungsmenge Wα der Energiespeichervorrichtung 15 in einem Zustand sicherzustellen, in dem eine Leistungskompensation möglich ist, mit anderen Worten, in einem Stadium vor dem Start der Sequenz X muß die Energiespeichervorrichtungs-Spannung 14 vorab derart eingestellt werden, daß diese gleich der oder höher als ein Spannungsbefehl 16P (ein in 15 mit dem Bezugszeichen Vα veranschaulichter Wert) ist, der von der Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehlstabelle TB1 benannt wird.
  • In diesem Fall ist die tatsächliche Energiespeichervorrichtungs-Spannung 14 bereits ausreichend höher als der genannte Spannungsbefehl 16P (Vα) in dem Stadium vor der Sequenz X, so daß ein unnötiger Entladevorgang zum Einstellen der Energiespeichervorrichtungs-Spannung 14 auf den Spannungsbefehl 16P (Vα) ausgeführt wird.
  • Um dies zu verhindern, ist gemäß der Darstellung in 15(e) eine Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehl-Zustandsübergangstabelle TB2 vorgesehen, und Intervallinformation, die den erforderlichen Übergang von jedem der Zustände V und W darstellt, wird in dieser vorab derart gespeichert, daß von der Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehl-Zustandsübergangstabelle TB2 erkannt wird, ob die Energiespeichervorrichtungs-Spannung 14 in einem Zustand vorliegen muß, in dem sie höher ist als der von der Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehlstabelle TB1 bezeichnete Spannungsbefehl 16P, oder in einem Zustand vorliegen muß, in dem sie niedriger ist als der von der Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehlstabelle TB1 bezeichnete Spannungsbefehl 16P.
  • In einem Intervall des von der Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehl-Zustandsübergangstabelle TB2 bezeichneten Zustands V kann somit erkannt werden, daß die Energiespeichervorrichtungs-Spannung 14 in einem Zustand vorliegen muß, in dem sie gleich dem oder höher als der von der Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehlstabelle TB1 bezeichnete Spannungsbefehl 16P (Vα) sein muß.
  • Ferner handelt es sich bei der Sequenz Y um den Leistungsbedarf während der Regeneration, und die Energiespeichervorrichtung 15 wird durch den Leistungskompensationsvorgang A aufgeladen. Zu diesem Zeitpunkt muß sichergestellt werden, daß eine Energiemenge Wβ der Energiespeichervorrichtung 15 vorab in einem Zustand vorliegt, in dem eine Leistungskompensation möglich ist.
  • Mit anderen Worten, es muß in einem Stadium vor dem Start der Sequenz Y eine Einstellung vorab ausgeführt werden, so daß die Energiespeichervorrichtungs-Spannung 14 gleich dem oder niedriger als der von der Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehlstabelle TB1 bezeichnete Spannungsbefehl 16P (ein Wert, der in 15 mit dem Bezugszeichen Vβ bezeichnet ist) ist, nämlich derart, daß eine Spannungsdifferenz sichergestellt ist, die gleich der oder größer als die Spannungsdifferenz ΔV zwischen der Nennspannung Vf der Energiespeichervorrichtung 15 und dem von der Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehlstabelle TB1 benannten Spannungsbefehl 16P (Vβ) ist.
  • Somit kann auch in diesem Fall unter Verwendung der Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehl-Zustandsübergangstabeile TB2 in einem Intervall des mit dem Bezugszeichen W bezeichneten Zustands in der Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehl-Zustandsübergangstabelle TB2 erkannt werden, ob die Energiespeichervorrichtungs-Spannung 14 in einem Zustand vorliegen muß, in dem sie gleich dem oder niedriger ist als der von der Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehlstabelle TB1 bezeichnete Spannungsbefehl 16P (Vβ).
  • Es ist zu erwähnen, daß im Hinblick auf die Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehlstabelle TB1 und die Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehl-Zustandsübergangstabeile TB2, wie diese unter Bezugnahme auf 15 beschrieben worden sind, ein Verfahren aufgegriffen werden kann, bei dem der Spannungsbefehl 16P vorab reduziert wird, und zwar in Vorbereitung für den Fall des Ladens der Energiespeichervorrichtung 15 ansprechend auf einen Regenerations-Leistungsbedarf, wie dies in 16 gezeigt ist, wobei die Nennspannung Vf der Energiespeichervorrichtung 15 als Befehl verwendet wird, wenn dieser Fall nicht vorliegt. Auch in diesem Fall kann die Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehl-Zustandsübergangstabelle TB2 in ähnlicher Weise vorgegeben werden.
  • Bei dem Vorgang zum Generieren der Tabellen TB1 und TB2, wie diese vorstehend beschrieben worden sind, kann vor einem Betrieb der Wechselstrommotor-Antriebsvorrichtung ein Vorgang offline ausgeführt werden, um ein Spannungsbefehlsmuster für die Energiespeichervorrichtung 15 zu schaffen, und dieses Muster kann in einer in der Steuervorrichtung 16 enthaltenen Speichereinheit gespeichert werden, oder es kann Inverterleistung oder für den Leistungskompensationsvorgang A erforderliche Leistung vorab in der Speichereinheit gespeichert werden, und der Spannungsbefehl 16P kann nach dem Start des Betriebs der Wechselstrommotor-Antriebsvorrichtung online bereitgestellt werden.
  • 17 zeigt eine Konfigurationsdarstellung zur Erläuterung eines Details der Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehlseinheit 16L, die in der Konstantspannungs-Steuervorrichtung 16E innerhalb der Steuervorrichtung 16 bei der Wechselstrommotor-Antriebsvorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 3 vorgesehen ist.
  • Anstatt der Konfiguration bei Ausführungsbeispiel 1 (siehe 9) besitzt die Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehlseinheit 16L bei Ausführungsbeispiel 3 eine Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehlstabellen-Speichereinheit 16La, eine Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehl-Zustandsübergangstabellen-Speichereinheit 16Lb und eine Synchronisationszeit-Signalerzeugungseinheit 16Lc.
  • In der Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehlstabellen-Speichereinheit 16La wird die in 15(d) oder 16(d) gezeigte Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehlstabelle TB1 strukturiert und gespeichert, und in der Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehl-Zustandsübergangstabellen-Speichereinheit 16Lb wird die in 15(e) oder 16(e) gezeigte Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehl-Zustandsübergangstabelle TB2 strukturiert und gespeichert. Ferner wird in der Synchronisationszeit-Signalerzeugungseinheit 16Lc ein Leistungsmuster bzw. Leistungsverlauf für den Inverter 3 gespeichert.
  • Der Synchronisationszeit-Signalerzeugungseinheit 16Lc werden ein Leistungssignal des Inverters 3 und ein Zeitgebersignal zugeführt, wobei sie diese Signale mit einer installierten Leistungstabelle für den Inverter 3 zusammenführt und feststellt, welchem Zeitpunkt in dem periodischen Leistungsmuster für den Inverter 3 der vorliegende Zeitpunkt entspricht, sowie den Zeitpunkt als zykluskonformes Zeitsignal 16Q abgibt. Als Leistungssignal des Inverters 3 wird das bei dem Ausführungsbeispiel 1 beschriebene Signal Wiv verwendet.
  • Mit Bezug auf das zykluskonforme Zeitsignal 16Q wird Information des Spannungsbefehls 16P in zeitsequentieller Weise aus der in der Energiespeichervorrichtungs-Befehlstabellen-Speichereinheit 16La gespeicherten Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehlstabelle TB1 ausgelesen, und Intervallinformation von jedem dieser Zustände V und W in der in der Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehl-Zustandsübergangstabellen-Speichereinheit 16Lb gespeicherte Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehl-Zustandsibergangstabelle TB2 wird ebenfalls in zeitsequentieller Weise ausgelesen, wobei diese Informationen in eine Spannungsbefehl-Auswähleinheit 16Le eingegeben werden. Gleichzeitig wird auch die von dem Detektor 12 erfaßte Energiespeichervorrichtungs-Spannung 14 in die Spannungsbefehl-Auswähleinheit 16Le eingegeben.
  • Die Spannungsbefehl-Auswähleinheit 16Le nimmt Bezug auf die Intervallinformation von jedem der Zustände V und W in der Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehl-Zustandsübergangstabelle TB2, wählt entweder die Energiespeichervorrichtungs-Spannung 14 oder den von der Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehlstabelle TB1 bezeichneten Spannungsbefehl 16P aus und gibt die jeweilige Auswahl als Spannungsbefehl 16M für die Energiespeichervorrichtung 15 ab.
  • Wenn es sich z. B. bei einem von der Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehl-Zustandsübergangstabelle TB2 bezeichneten Intervall um das Intervall des Zustands des Bezugszeichens V in 15 handelt und die Energiespeichervorrichtungs-Spannung 14 niedriger ist als der von der Energiespeichervorrichtungs- Spannungsbefehlstabellen-Speichereinheit 16La abgegebene Spannungsbefehl 16P, ist ein Laden der Energiespeichervorrichtung 15 notwendig. In diesem Fall wird der von der Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehlstabelle-Speichereinheit 16La ausgelesene Spannungsbefehl 16P ausgewählt und als Spannungsbefehl 16M für die Energiespeichervorrichtung 1 abgegeben.
  • Ferner ist dann, wenn es sich bei einem von der Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehl-Zustandsübergangstabelle TB2 bezeichneten Intervall um das Intervall des Zustands des Bezugszeichens V in 15 handelt und die Energiespeichervorrichtungs-Spannung 14 höher ist als der von der Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehlstabellen-Speichereinheit 16La ausgelesene Spannungsbefehl 16P, die Energiespeichervorrichtung 15 in einem Zustand, in dem die erforderliche Mindestleistung bereits in dieser gespeichert ist.
  • In diesem Fall besteht dann keine besondere Notwendigkeit zum Laden/Entladen, und es wird die Energiespeichervorrichtungs-Spannung 14 ausgewählt und als Speicherbefehl 16M für die Energiespeichervorrichtung 15 abgegeben. Hierdurch erhält der Eingang des Integrators 41 den Wert ”0”, und der Betrieb in der in 9 gezeigten Konstantspannungs-Steuervorrichtung 16E gestoppt werden.
  • Ferner ist dann, wenn es sich bei einem von der Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehl-Zustandsübergangstabelle TB2 bezeichneten Intervall um das Intervall des Zustands des Bezugszeichens W in 15 handelt und die Energiespeichervorrichtungs-Spannung 14 höher ist als der von der Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehlstabellen-Speichereinheit 16La ausgelesene Spannungsbefehl 16P, ein Entladen notwendig.
  • In diesem Fall wird der von der Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehlstabellen-Speichereinheit 16La ausgelesene Spannungsbefehl 16P als Spannungsbefehl 16M für die Energiespeichervorrichtung 15 abgegeben.
  • Weiterhin ist dann, wenn es sich bei einem von der Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehl-Zustandsübergangstabelle TB2 bezeichneten Intervall um die in 15 mit dem Bezugszeichen W bezeichnete Zeitdauer handelt und die Energiespeichervorrichtungs-Spannung 14 niedriger ist als der von der Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehlstabellen-Speichereinheit 16La ausgelesene Spannungsbefehl 16P, eine Spannungsdifferenz gegenüber der Nennspannung Vf der Energiespeichervorrichtung 15 in ausreichender Weise sichergestellt, und es verbleibt eine erforderliche Mindestkapazität für das Laden in der Energiespeichervorrichtung 15.
  • In diesem Fall besteht dann keine besondere Notwendigkeit zum Laden/Entladen, und es wird die Energiespeichervorrichtungs-Spannung 14 ausgewählt und als Spannungsbefehl 16M für die Energiespeichervorrichtung 15 abgegeben.
  • Hierdurch erhält der Eingang des Integrators 41 den Wert ”0”, und der Betrieb in der in 9 gezeigten Konstantspannungs-Steuervorrichtung 16E kann gestoppt werden.
  • Wie vorstehend beschrieben, wird bei der Wechselstrommotor-Antriebsvorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 3 dann, wenn eine von dem Inverter 3 angeforderte Leistung vorab erkannt wird, der Spannungsbefehl 16M für die Energiespeichervorrichtung 15 mittels der Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehlstabellen-Speichereinheit 16La und der Spannungsbefehl-Zustandsübergangstabellen-Speichereinheit 16Lb abgeleitet, die in der Konstantspannungs-Steuereinheit 16E der Steuervorrichtung 16 vorgesehen sind und in denen die Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehlstabelle TB1 bzw. die Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehl-Zustandsübergangstabelle TB2 gespeichert sind, so daß der Energiespeicher-Einstellvorgang B ausgeführt werden kann.
  • Auf diese Weise kann die Kapazität der Batterie oder des Kondensators, die bzw. der für die Energiespeichervorrichtung 15 verwendet wird, reduziert werden, und es kann eine Verminderung der Kosten und eine Verkleinerung der Größe der Wechselstrommotor-Antriebsvorrichtung erreicht werden. Insbesondere ist dies für den Fall effektiv, in dem der gleiche Leistungsbedarf in dem Inverter 3 wiederholt auftritt.
  • Ausführungsbeispiel 4
  • Bei dem Leistungskompensator 5 der Wechselstrommotor-Antriebsvorrichtung gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel 3 sind die Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehlstabellen-Speichereinheit 16La, in der die Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehlstabelle TB1 gespeichert ist, und die Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehl-Zustandsübergangstabellen-Speichereinheit 16Lb, in der die Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehl-Zustandsübergangstabelle TB2 gespeichert ist, als Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehlseinheit 16L vorgesehen, wobei ein Spannungsbefehl auf der Basis der von diesen Speichereinheiten 16La und 16Lb ausgelesenen Information vorgegeben wird.
  • Es ist jedoch auch eine Konfiguration möglich, bei der Information in der Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehlstabelle TB1 und der Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehl-Zustandsübergangstabelle TB2 von einer externen Steuerung über eine Verbindung mit dieser ermittelt werden kann.
  • Beispielsweise wird die für eine Arbeitsmaschine oder dergleichen verwendete Wechselstrommotor-Antriebsvorrichtung in Kombination mit einer numerischen Steuerung (NC) 71 eingesetzt. In der numerischen Steuerung 71 wird ein Positionsbefehl oder ein Drehzahlbefehl für den Wechselstrommotor 4 erzeugt. Darüber hinaus kann häufig erkannt werden, in welcher Weise der Wechselstrommotor 4 eine kurze Zeit später arbeitet.
  • Somit kann Information hinsichtlich eines Leistungsbedarfs, der von dem mit dem Wechselstrommotor 4 verbundenen Inverter 3 benötigt wird, vor dem tatsächlichen Betrieb des Wechselstrommotors 4 ermittelt werden, und unter Verwendung dieser Information kann ein Leistungsbedarf der Energiespeichervorrichtung 15 in Abhängigkeit von dem Leistungsbedarf des Inverters 3 bereitgestellt werden.
  • 18 veranschaulicht ein Beispiel einer Konfiguration, bei der die Information in der Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehlstabelle TB1 und in der Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehl-Zustandsübergangstabelle TB2 von außerhalb der Wechselstrommotor-Antriebsvorrichtung über eine Verbindung bereitgestellt werden kann.
  • Insbesondere wird die numerische Steuerung 71 als externe Steuerung verwendet, wobei in der numerischen Steuerung 71 Leistung des Wechselstrommotors 4 aus dem Positions-/Drehzahlbefehl, dem Verwendungszustand oder dergleichen des Wechselstrommotors 4 geschätzt wird und die Leistung des Inverters 3 unter Berücksichtigung des Leistungsverlusts in dem Inverter 3 ermittelt wird.
  • Ferner werden die Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehlstabelle TB1 und die Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehl-Zustandsübergangstabelle TB2 unter Nutzung des bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel 3 beschriebenen Vorgangs erzeugt, und Befehlsinformation des Spannungsbefehls 16P in der Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehlstabelle TB sowie Information über jedes der Intervalle V und W in der Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehl-Zustandsübergangstabelle TB2 werden über eine Kommunikationsleitung und eine Kommunikationsverarbeitungseinheit 72 als Kommunikationseinrichtung in die Spannungsbefehl-Auswähleinheit 16Le eingegeben. Anschließend wird der Energiespeicher-Einstellvorgang B in der Steuervorrichtung 16 des Leistungskompensators 5 auf der Basis dieser eingegebenen Informationen ausgeführt.
  • Es ist darauf hinzuweisen, daß der Spannungsbefehl 16P und die Information über jedes der Intervalle V und W nicht von der numerischen Steuerung 71 ermittelt werden müssen und daß auch Leistungsinformation des Inverters 3, ein Positions-/Drehzahl-Befehlssignal und ein Verwendungszustands-Befehlssignal des Wechselstrommotors 4 und dergleichen ermittelt werden können.
  • In diesem Fall wird der in der numerischen Steuerung 71 ausgeführte Vorgang der Informationserzeugung in der Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehlstabelle TB1 und der Energiespeichervorrichtungs-Spannungsbefehl-Zustandsübergangstabelle TB2 in der Steuervorrichtung 16 der Wechselstrommotor-Antriebsvorrichtung ausgeführt.
  • Alternativ kann anstelle der in dem Ausführungsbeispiel 3 beschriebenen Synchronisationszeit-Signalerzeugungseinheit 16Lc das zykluskonforme Zeitsignal 16Q oder ein Synchronisationsauslösesignal, das einen Start eines Leistungsmusters für den Inverter 3 oder eine Zustandsänderung in der in 15 oder 16 gezeigten Tabelle TB2 mitteilt, von der numerischen Steuerung 71 ermittelt werden, wobei das zykluskonforme Zeitsignal 16Q auf der Basis dieses Signals erzeugt werden kann. Mit dieser Konfiguration ist es nicht notwendig, das Leistungsmuster für den Inverter 3 einzubeziehen.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann gemäß Ausführungsbeispiel 4 ein Energiebetrag der Energiespeichervorrichtung 15 in Abhängigkeit von dem Leistungsbedarf des Inverters 3 vorab bereitgestellt werden. Somit kann die Energiespeichervorrichtung 15 in effizienter Weise genutzt werden. Hierdurch kann die Kapazität der Batterie oder des Kondensators, die bzw. der für die Energiespeichervorrichtung 15 verwendet wird, reduziert werden, und die Kosten sowie die Größe der Wechselstrommotor-Antriebsvorrichtung lassen sich ebenfalls reduzieren. Insbesondere ist dies sehr effektiv für den Fall einer Verbindung mit einer externen Steuerung, wie z. B. der numerischen Steuerung 71.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 4339916 [0011]
    • JP 2005-328618 [0011]

Claims (6)

  1. Wechselstrommotor-Antriebsvorrichtung, die folgendes aufweist: eine Gleichstromversorgung, die Gleichstrom zuführt; einen Inverter, der den Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt und den Wechselstrom einem Wechselstrommotor zuführt; und einen Leistungskompensator, der einem Gleichstrom-Eingangsbereich des Inverters parallelgeschaltet ist, wobei der Leistungskompensator folgendes aufweist: eine Erhöhungs-/Reduzierungsschaltung, die einen Spannungspegel des Gleichstroms umwandelt; eine Energiespeichervorrichtung, die Energie aufnimmt/abgibt; und eine Steuervorrichtung, die die Erhöhungs-/Reduzierungsschaltung und die Energiespeichervorrichtung steuert, wobei die Steuervorrichtung folgendes ausführt: einen Leistungskompensationsvorgang A, bei dem Energie der Energiespeichervorrichtung abgegeben oder aufgenommen wird, so daß der Absolutwert des von der Gleichstromversorgung ausgetauschten Gleichstroms eine auf der Basis einer Kenngröße der Gleichstromversorgung festgelegte Gleichstromversorgungs-Leistungsgrenze nicht überschreitet; und einen Energiespeicher-Einstellvorgang B, bei dem die Energie abgegeben oder aufgenommen wird, so daß eine Spannung der Energiespeichervorrichtung einen vorbestimmten Wert erreicht.
  2. Wechselstrommotor-Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung den Leistungskompensationsvorgang A ausführt, wenn der Absolutwert des von der Gleichstromversorgung ausgetauschten Gleichstroms einen vorbestimmten Wert übersteigt.
  3. Wechselstrommotor-Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuervorrichtung eine Leistungsspanne, die in die Energiespeichervorrichtung eingegeben und von dieser abgegeben werden kann, auf der Basis der Leistung des Inverters und der Gleichstromversorgungs-Leistungsgrenze der Gleichstromversorgung ermittelt und den Energiespeicher-Einstellvorgang B innerhalb der Leistungsspanne ausführt.
  4. Wechselstrommotor-Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuervorrichtung eine Speichereinheit aufweist, in der ein vorbestimmtes Leistungsmuster für den Inverter, ein vorbestimmtes Leistungsbefehlsmuster für den Leistungskompensationsvorgang A in dem Leistungskompensator oder ein vorbestimmtes Spannungsbefehlsmuster für die Energiespeichervorrichtung gespeichert ist, sowie den Energiespeicher-Einstellvorgang B auf der Basis von in der Speichereinheit gespeicherter Information ausführt.
  5. Wechselstrommotor-Antriebsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Steuervorrichtung eine Kommunikationseinrichtung zur Kommunikation mit einer externen Steuerung, die einen Betrieb des Wechselstrommotors feststellt, aufweist, von der externen Steuerung ein Auslösesignal, welches eine zeitliche Steuerung des vorbestimmten Leistungsmusters für den Inverter angibt, das vorbestimmte Leistungsbefehlsmuster für den Leistungskompensationsvorgang A in dem Leistungskompensator oder das vorbestimmte Spannungsbefehlsmuster für die Energiespeichervorrichtung erhält und den Energiespeicher-Einstellvorgang B auf der Basis dieser Information ausführt.
  6. Wechselstrommotor-Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuervorrichtung eine Kommunikationseinrichtung zur Kommunikation mit einer externen Steuerung, die einen Betrieb des Wechselstrommotors feststellt, aufweist, von der externen Steuerung Leistung des Inverters, einen Leistungsbefehl für den Leistungskompensationsvorgang A in dem Leistungskompensator oder einen Spannungsbefehl für die Energiespeichervorrichtung erhält und den Energiespeicher-Einstellvorgang B auf der Basis der empfangenen Befehlsinformation ausführt.
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