具有報警級別設定部的馬達驅動裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種具有報警級別設定部的馬達驅動裝置，馬達驅動裝置具備：正向轉換器，其使電源側的交流電力與直流側的直流電力彼此進行電力轉換；反向轉換器，其將直流側的直流電力轉換為馬達驅動用的交流電力而輸出到馬達側，并將來自馬達側的再生交流電力轉換為直流電力而輸出到直流側；DC鏈路部，其對正向轉換器的直流側與反向轉換器的直流側進行連接，并具有能夠存儲直流電力的電容器；電壓檢測部，其檢測電容器的直流電壓值；報警級別設定部，其設定電容器的直流電壓值的報警級別；報警判斷部，其判斷檢測出的直流電壓值是否超過報警級別；報警通知部，在判斷為超過了報警級別的情況下，報警通知部通知針對反向轉換器的轉換動作的停止指令。
【專利說明】具有報警級別設定部的馬達驅動裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種將從交流電源側提供的交流電力轉換為直流電力而輸出之后還轉換為用于驅動馬達的交流電力并提供給馬達的馬達驅動裝置。
【背景技術】
[0002]在對機床、鍛壓設備、注塑成形機、工業(yè)機床或者各種機器人內的馬達進行驅動的馬達驅動裝置中，將從交流電源側輸入的交流電力臨時轉換為直流電力之后還轉換為交流電力，將該交流電力用作按每個驅動軸設置的馬達的驅動電力。這種馬達驅動裝置具備:正向轉換器，其對從三相交流輸入電源的某一交流電源側提供的交流電力進行整流而輸出直流電力；以及反向轉換器，其與作為正向轉換器的直流輸出側的DC鏈路部相連接，對DC鏈路部的直流電力與作為馬達的驅動電力或者再生電力的交流電力進行相互電力轉換，對該反向轉換器的交流輸出側相連接的馬達的速度、轉矩或者轉子的位置進行控制。在對正向轉換器的直流側與反向轉換器的直流側進行連接的DC鏈路部設置有DC鏈路電容器。DC鏈路電容器具有作為用于抑制正向轉換器的直流輸出的脈動量的平滑電容器的功能，能夠存儲直流電力。為了對與多個驅動軸對應地分別設置的各馬達分別提供驅動電力從而驅動控制馬達，而設置與馬達的個數(shù)相同的數(shù)量的反向轉換器。另一方面，以降低馬達驅動裝置成本、所占空間為目的，在很多情況下對多個反向轉換器設置一個正向轉換器。
[0003]近年來，根據(jù)節(jié)能的要求，作為馬達驅動裝置的正向轉換器，較多使用能夠使在馬達減速時產生的再生電力返回到交流電源側的電源再生方式的整流器。在該整流器中，將從交流電源側提供的交流電力轉換為直流電力而輸出到直流側，將在馬達減速時從直流側提供的直流電力轉換為交流電力而輸出到交流電源側。在馬達減速時由馬達產生的再生電力通過反向轉換器從交流電力轉換為直流電力，該直流電力經由DC鏈路部被輸入到正向轉換器，并且通過正向轉換器轉換為交流電力而在交流電源側進行電源再生。此時，DC鏈路部的DC鏈路電容器的電壓與由馬達產生的再生電力的量以及經由反向轉換器、DC鏈路部以及正向轉換器在交流電源側再生的交流電力的量相應地發(fā)生變動。
[0004]下面，參照圖5?圖8說明在將從交流電源側提供的交流電力轉換為直流電力而輸出之后還轉換為用于驅動馬達的交流電力并提供給馬達的馬達驅動裝置中由馬達產生的再生電力的量和交流電源側再生的交流電力的量與DC鏈路電容器的電壓的關系。圖5是說明在馬達驅動裝置中由馬達產生的再生電力的量小于交流電源側再生的交流電力的量的情況下的能量的流動的電路圖，圖6是說明圖5示出的情況下的DC鏈路電容器的電壓的上升的圖。另外，圖7是說明在馬達驅動裝置中由馬達產生的再生電力的量大于交流電源側再生的交流電力的量的情況下的能量的流動的電路圖，圖8是說明圖7示出的情況下的DC鏈路電容器的電壓的上升的圖。在此，如圖5和圖7所示，說明以下情況:馬達驅動裝置100具備:正向轉換器11，其對從三相交流輸入電源3的某一交流電源側提供的交流電力進行整流而輸出直流電力；以及反向轉換器21，其與作為正向轉換器11的直流輸出側的DC鏈路部12相連接，對DC鏈路部12的直流電力與馬達2的驅動電力或者再生電力即交流電力進行相互電力轉換，在通過馬達驅動裝置100使馬達2進行勻速運轉的情況下，在時刻t!使馬達2減速時，在馬達2中產生再生電力P:。
[0005]正向轉換器11為了能夠使在馬達減速時產生的再生電力返回至交流電源側，在正向轉換器11內的各開關元件上反向并聯(lián)連接二極管。正向轉換器11從直流電力轉換為交流電力的轉換能力有上限，因此在由馬達2產生的再生電力的量超過正向轉換器11能夠將直流電力轉換為交流電力的電力量的情況下，DC鏈路部12內的DC鏈路電容器C的電壓上升。能夠在交流電源側再生的交流電力的量受到正向轉換器11從直流電力轉換為交流電力的轉換能力的限制。例如圖5所示，在使馬達2勻速運轉的情況下，在時刻h使馬達2減速時，在馬達2產生再生電力P:。在該再生電力P1的量在正向轉換器11從直流電力轉換為交流電力的轉換能力的范圍內的情況下，如圖6所示，由馬達2產生的再生電力P1存儲到DC鏈路電容器C，由此DC鏈路電容器C的電壓在馬達2開始減速的時刻A開始上升，但是當正向轉換器11從直流電力轉換為交流電力的轉換量(在圖中，用P2表示)與由馬達2產生的再生電力P1的量取得平衡時(時刻t2)DC鏈路電容器C的電壓成為固定值。與此相對，如圖7所示，在時刻h使馬達2減速時產生的再生電力P1超過正向轉換器11從直流電力轉換為交流電力的轉換能力的情況下，如圖8所示那樣由馬達2產生的再生電力P1存儲到DC鏈路電容器C，由此DC鏈路電容器C的電壓在馬達2開始減速的時刻A開始上升，通過正向轉換器11的轉換能力無法完全轉換由馬達2產生的再生電力P1,因此直流電力繼續(xù)存儲到DC鏈路電容器C，因此，DC鏈路電容器C的電壓繼續(xù)上升。
[0006]當DC鏈路電容器C的電壓超過正向轉換器11和反向轉換器21的構成元件或DC鏈路電容器C本身的耐壓時，導致各元件的損壞。因而，在馬達驅動裝置中，對于DC鏈路部12內的DC鏈路電容器C的電壓，預先設定“過電壓報警級別”作為正向轉換器11和反向轉換器21的構成元件或DC鏈路電容器C本身的耐壓能夠允許的最大電壓，始終監(jiān)視DC鏈路部12內的DC鏈路電容器C的 電壓，在該電壓超過過電壓報警級別時，通常執(zhí)行某些危機避免處理。
[0007]例如，存在以下馬達驅動裝置:在DC鏈路部12內的DC鏈路電容器C的電壓超過過電壓報警級別時，對反向轉換器21輸出過電壓報警信號，響應于該輸出，反向轉換器21斷開用于進行電力轉換動作的開關動作，停止由馬達2產生的再生電力向直流電力轉換(以下稱為“報警停止”)。在該情況下，能夠切斷再生電力流入到DC鏈路部12，抑制DC鏈路電容器的電壓的上升。
[0008]除了上述那樣的報警停止的馬達驅動裝置以外，作為抑制DC鏈路電容器的電壓的上升的馬達驅動裝置，例如還存在日本特開2008-271687號公報所記載那樣的以下馬達驅動裝置:在由于馬達產生的再生電力使得DC鏈路電容器的電壓超過過電壓報警級別的情況下，將預備的DC鏈路電容器追加連接到DC鏈路部。在該情況下，使用容量更大的DC鏈路電容器來存儲流入到DC鏈路部12的再生電力，由此抑制DC鏈路電容器的電壓的上升。
[0009]在上述報警停止的馬達驅動裝置中，在對DC鏈路部內的DC鏈路電容器的電壓的過電壓進行檢測的時刻與反向轉換器的轉換動作實際停止的時刻之間，會存在由產生過電壓報警信號和其傳遞時間或反向轉換器的停止處理所需時間等引起的時間性偏差。根據(jù)從檢測到這種DC鏈路電容器的電壓的過電壓起直到反向轉換器實際停止轉換動作為止所需的時間，盡管檢測到DC鏈路電容器的電壓的過電壓，但有可能DC鏈路電容器電壓進一步上升而超過構成DC鏈路電容器或正向轉換器和反向轉換器的開關元件、二極管等各元件的耐壓。另外，根據(jù)由馬達產生的再生電力的大小，在對DC鏈路電容器的電壓的過電壓進行檢測起直到反向轉換器的轉換動作實際停止為止的期間DC鏈路電容器電壓進一步上升，有可能超過構成DC鏈路電容器、正向轉換器和反向轉換器的各元件的耐壓。
[0010]另外，在上述報警停止的馬達驅動裝置和日本特開2008-271687號公報所記載的馬達驅動裝置中的任一裝置的情況下，考慮到正向轉換器和反向轉換器的構成元件或DC鏈路電容器的耐壓，為了安全起見，過電壓報警級別具有比該耐壓低的某種程度的余量(Margin)而被設定地較低。因此，根據(jù)情況有時成為過剩余量。

【發(fā)明內容】

[0011]鑒于所述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠高效且可靠地保護構成馬達驅動裝置的各元件而避免DC鏈路部的過電壓的馬達驅動裝置，其中，該馬達驅動裝置在將從交流電源側提供的交流電力轉換為直流電力而輸出之后還轉換為用于驅動馬達的交流電力并提供給馬達。
[0012]為了實現(xiàn)所述目的，馬達驅動裝置具備:正向轉換器，其將從交流電源側提供的交流電力轉換為直流電力而輸出到直流側，并將在馬達減速時從直流側提供的直流電力轉換為交流電力而輸出到交流電源側；反向轉換器，其將從直流側提供的直流電力轉換為用于驅動馬達的交流電力而輸出到交流馬達側，并將在馬達減速時來自交流馬達側的再生交流電力轉換為直流電力而輸出到直流側；DC鏈路部，其對正向轉換器的直流側與反向轉換器的直流側進行連接，并具有能夠存儲直流電力的DC鏈路電容器；電壓檢測部，其檢測DC鏈路電容器的直流電壓值；報警級別設定部，其設定與DC鏈路電容器的直流電壓值有關的過電壓報警級別；報警判斷部，其判斷由電壓檢測部檢測出的直流電壓值是否超過了由報警級別設定部設定的過電壓報警級別；以及報警通知部，在報警判斷部判斷為由電壓檢測部檢測出的直流電壓值超過了由報警級別設定部設定的過電壓報警級別的情況下，報警通知部通知針對反向轉換器的轉換動作的停止指令。
[0013]在此，報警級別設定部還可以具有:預測運算部，其根據(jù)由報警判斷部判斷為超過了過電壓報警級別起直到反向轉換器停止轉換動作為止所需的時間即第一參數(shù)、由反向轉換器對馬達減速時產生的再生交流電力進行轉換而生成的直流電力的量即第二參數(shù)、在馬達減速時通過正向轉換器生成返回到交流電源側的交流電力所使用的直流電力的量即第三參數(shù)以及DC鏈路電容器的容量即第四參數(shù)，來對由報警判斷部判斷為超過了過電壓報警級別起直到反向轉換器停止轉換動作為止所需的時間的期間中DC鏈路電容器的直流電壓值的上升量進行預測運算；以及確定部，其在根據(jù)上升量算出的反向轉換器停止轉換動作的時間點的DC鏈路電容器的直流電壓值大于根據(jù)DC鏈路電容器的耐壓以及正向轉換器和反向轉換器內的各元件的耐壓而設定的預定的閾值的情況下，根據(jù)上升量設定過電壓報警級別，在小于預定的閾值的情況下，將預定的閾值設定為過電壓報警級別。
[0014]在此，優(yōu)選的是，確定部在根據(jù)上升量算出的反向轉換器停止轉換動作的時間點的DC鏈路電容器的直流電壓值大于預定的閾值的情況下，將使預定的閾值兩倍后的值減去上升量而得到的值設定為過電壓報警級別。
[0015]另外，還可以是，能夠通過外部指令來對第一參數(shù)、第二參數(shù)、第三參數(shù)以及第四參數(shù)進行設定變更。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]通過參照以下附圖，更清楚地理解本發(fā)明。
[0017]圖1是表示實施例的馬達驅動裝置的結構的圖。
[0018]圖2是說明在實施例的馬達驅動裝置中在馬達減速時產生的馬達的再生電力的圖。
[0019]圖3是說明在實施例的馬達驅動裝置中設定的過電壓報警級別的圖。
[0020]圖4是說明馬達驅動裝置的變形例的圖。
[0021]圖5是說明在馬達驅動裝置中由馬達產生的再生電力的量小于交流電源側再生的交流電力的量的情況下的能量的流動的電路圖。
[0022]圖6是說明圖5示出的情況下的DC鏈路電容器的電壓的上升的圖。
[0023]圖7是說明在馬達驅動裝置中由馬達產生的再生電力的量大于交流電源側再生的交流電力的量的情況下的能量的流動的電路圖。
[0024]圖8是說明圖7示出的情況下的DC鏈路電容器的電壓的上升的圖。
【具體實施方式】
[0025]以下，參照【專利附圖】

【附圖說明】具有報警級別設定部的馬達驅動裝置。然而，請理解為本發(fā)明并不限定于附圖或者以下說明的實施方式。
[0026]圖1是表示實施例的馬達驅動裝置的結構的圖。以后，在不同附圖中附加了相同的參照標號的部分意味著具有相同的功能的結構要素。
[0027]此外，在此說明的實施例中，說明驅動控制一個馬達的馬達驅動裝置，但是本發(fā)明并不特別限定要驅動控制的馬達的個數(shù)，還能夠應用于驅動控制多個馬達的馬達驅動裝置。另外，將與馬達驅動裝置相連接的交流商用電源和交流馬達均設為三相，但是本發(fā)明并不特別限定相數(shù)，例如也可以是單相。另外，本發(fā)明也并不特別限定由馬達驅動裝置驅動的馬達的種類，例如可以是感應馬達也可以是同步馬達。
[0028]如圖1所示，馬達驅動裝置I由轉換器部10和反相器部20構成。在轉換器部10的交流電源側連接了商用三相輸入電源3，在反相器部20的交流馬達側連接了三相馬達2。馬達驅動裝置I內的轉換器部10具備正向轉換器11、DC鏈路部12、電壓檢測部13、報警級別設定部14、報警判斷部15以及報警通知部16。
[0029]正向轉換器11是將從交流電源側提供的交流電力轉換為直流電力而輸出到直流偵U、將在馬達減速時從直流側提供的直流電力轉換為交流電力而輸出到交流電源側的、能夠交流直流雙向轉換的電力轉換器。正向轉換器11如果是能夠交流直流雙向轉換的電力轉換器則實施方式并不特別限定，例如存在120度通電型整流電路或者PWM控制方式的整流電路等。正向轉換器11構成為內部具有開關元件的轉換電路，作為開關元件例如使用IGBT。二極管與該IGBT反向并聯(lián)連接。
[0030]DC鏈路部12對正向轉換器11的直流側與反向轉換器21的直流側進行連接而交換直流電力，具有DC鏈路電容器C。DC鏈路電容器C具有作為用于抑制正向轉換器11或者反向轉換器21的直流輸出的脈動量的平滑電容器的功能，能夠存儲直流電力。[0031]電壓檢測部13對DC鏈路電容器C的直流電壓值進行檢測，將其送出到報警判斷部15。
[0032]報警級別設定部14根據(jù)預定的條件設定與DC鏈路電容器C的直流電壓值有關的過電壓報警級別。在后文中詳細說明報警級別設定部14的動作。
[0033]報警判斷部15判斷由電壓檢測部13檢測出的直流電壓值是否超過由報警級別設定部14設定的過電壓報警級別。
[0034]在報警判斷部15判斷為由電壓檢測部13檢測出的直流電壓值超過了由報警級別設定部14設定的過電壓報警級別的情況下，報警通知部16將反相器部20內的反向轉換器21的轉換動作的停止指令通知給反相器部20內的通信電路部23。報警通知部16具有通信電路部33，將指示停止反相器部20內的反向轉換器21的轉換動作的信號經由通信電路部33發(fā)送到反相器部20的通信電路部23。
[0035]馬達驅動裝置I內的反相器部20具備反向轉換器21、PWM信號生成部22以及通信電路部23。
[0036]反向轉換器21將從直流側提供的直流電力轉換為用于驅動馬達2的交流電力而輸出到交流馬達側，將來自在馬達減速時產生的交流馬達側的再生交流電力轉換為直流電力而輸出到直流側。正向轉換器11與反向轉換器21經由DC鏈路部12連接。此外，在此，將通過馬達驅動裝置I驅動控制一個馬達2這一情況作為一例而提出，因此對馬達2設置一個反向轉換器21。
[0037]反向轉換器21例如構成為PWM反相器等的、內部具有開關元件的轉換電路。反向轉換器21將從DC鏈路部12側提供的直流電力轉換為根據(jù)從PWM信號生成部22接收到的PWM信號使內部的開關元件進行開關動作并用于驅動馬達2的期望電壓和期望頻率的三相交流電力。馬達2根據(jù)所提供的電壓可變和頻率可變的三相交流電力進行動作。另外，在馬達2減速時產生再生電力，但是在該情況下，也根據(jù)從PWM信號生成部22接收到的PWM信號，將由馬達2產生的再生電力即交流電力轉換為直流電力而返回到DC鏈路部12。這樣，反向轉換器21根據(jù)接收到的PWM信號對DC鏈路部12的直流電力與馬達2的驅動電力或者再生電力即交流電力進行相互電力轉換。
[0038]PWM信號生成部22生成作為馬達驅動指令的PWM信號。S卩，PWM信號生成部22制作用于馬達2以期望的速度(加速、減速、勻速、停止等)、轉矩或者轉子的位置進行動作的馬達驅動指令，向反向轉換器21內的IGBT的柵極輸出PWM信號，使得反向轉換器21輸出具有用于使馬達2進行基于該馬達驅動指令的動作所需的波形和頻率的交流電流。通過PWM信號生成部22生成的PWM信號對反向轉換器21的開關動作進行控制。
[0039]通信電路部23與轉換器部10內的報警通知部16的通信電路部33進行通信。通信電路部23在從通信電路部33接收指示停止反向轉換器21的轉換動作的信號時，對PWM信號生成部22進行指示生成用于停止反向轉換器21內的開關元件的開關動作的PWM信號。
[0040]接著，說明報警級別設定部14的動作原理。圖2是說明在實施例的馬達驅動裝置中在馬達減速時產生的馬達的再生電力的圖。另外，圖3是說明在實施例的馬達驅動裝置中設定的過電壓報警級別的設定的圖。
[0041]首先，從馬達2開始減速的時間點至DC鏈路電容器C的電壓通過由馬達2產生的再生電力而到達V1的時間點為止，正向轉換器11不向交流電源側再生。此時，在將DC鏈路電容器C的容量設為C、將輸入電壓峰值(DC鏈路電容器C的穩(wěn)定時的電壓)設為Vtl、將DC鏈路電容器C的電壓從Vtl到達V1為止所需的時間設為T時，由反向轉換器21對在馬達減速時由馬達2產生的再生交流電力進行轉換而生成的直流電力的量P1滿足式I示出的關系式。
【權利要求】
1.一種馬達驅動裝置(I)，其特征在于，具備: 正向轉換器(II)，其將從交流電源側提供的交流電力轉換為直流電力而輸出到直流偵牝并將在馬達減速時從直流側提供的直流電力轉換為交流電力而輸出到交流電源側； 反向轉換器(21)，其將從直流側提供的直流電力轉換為用于驅動馬達(2)的交流電力而輸出到交流馬達側，并將在馬達減速時來自交流馬達側的再生交流電力轉換為直流電力而輸出到直流側； DC鏈路部(12)，其對所述正向轉換器(11)的直流側與所述反向轉換器(21)的直流側進行連接，并具有能夠存儲直流電力的DC鏈路電容器； 電壓檢測部(13)，其檢測所述DC鏈路電容器的直流電壓值； 報警級別設定部(14)，其設定與所述DC鏈路電容器的直流電壓值有關的過電壓報警級別； 報警判斷部(15)，其判斷由所述電壓檢測部(13)檢測出的直流電壓值是否超過了由所述報警級別設定部(14)設定的過電壓報警級別；以及 報警通知部(16)，在所述報警判斷部(15)判斷為由所述電壓檢測部(13)檢測出的直流電壓值超過了由所述報警級別設定部(14)設定的過電壓報警級別的情況下，所述報警通知部(16)通知針對所述反向轉換器(21)的轉換動作的停止指令。
2.根據(jù)權利要求1所述的馬達驅動裝置(I)，其特征在于， 所述報警級別設定部(14)具有: 預測運算部(31)，其根據(jù)由所述報警判斷部(15)判斷為超過了過電壓報警級別起直到所述反向轉換器(21)停止轉換動作為止所需的時間即第一參數(shù)、由所述反向轉換器(21)對馬達減速時產生的再生交流電力進行轉換而生成的直流電力的量即第二參數(shù)、在馬達減速時通過所述正向轉換器(11)生成返回到交流電源側的交流電力所使用的直流電力的量即第三參數(shù)、以及所述DC鏈路電容器的容量即第四參數(shù)，來對由所述報警判斷部(15)判斷為超過了過電壓報警級別起直到所述反向轉換器(21)停止轉換動作為止所需的時間的期間中所述DC鏈路電容器的直流電壓值的上升量進行預測運算；以及 確定部(32)，其在根據(jù)所述上升量算出的所述反向轉換器(21)停止轉換動作的時間點的所述DC鏈路電容器的直流電壓值大于根據(jù)所述DC鏈路電容器的耐壓以及所述正向轉換器(11)和所述反向轉換器(21)內的各元件的耐壓而設定的預定的閾值的情況下，根據(jù)所述上升量設定所述過電壓報警級別，在小于所述預定的閾值的情況下，將所述預定的閾值設定為所述過電壓報警級別。
3.根據(jù)權利要求2所述的馬達驅動裝置(I)，其特征在于， 所述確定部(32)在根據(jù)所述上升量算出的所述反向轉換器(21)停止轉換動作的時間點的所述DC鏈路電容器的直流電壓值大于所述預定的閾值的情況下，將使所述預定的閾值兩倍后的值減去所述上升量而得到的值設定為所述過電壓報警級別。
4.根據(jù)權利要求3所述的馬達驅動裝置(I)，其特征在于， 能夠通過外部指令來對所述第一參數(shù)、所述第二參數(shù)、所述第三參數(shù)以及所述第四參數(shù)進行設定變更。
【文檔編號】H02M1/08GK103684200SQ201310407626
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月9日 優(yōu)先權日:2012年9月7日
【發(fā)明者】吉田友和, 堀越真一 申請人:發(fā)那科株式會社