专利名称：具有电源再生动作模式的切换功能的电动机驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及具备进行从三相交流电源向三相交流电动机供给电力的牵引动作以及将所述三相交流电动机产生的能量再生为所述三相交流电源的电源再生动作的变换器的电动机驱动装置。
背景技术：
在驱动机床或工业用机械、机器人等的电动机驱动装置中，在用于将交流输入电力转换为直流电力的AC/DC转换动作中，有时使用应用通过电源开关元件进行的PWM控制， 使输入电流更接近正弦波的PWM(脉宽调制)变换器方式的情形。该PWM变换器方式具有“能够降低输入电流的高次谐波成分”、“能够使输出直流电压可变”等优点。但是，在将进行电动机的减速控制时等电动机产生的能量再生为电源的电源再生动作时，在PWM控制中，也具有与如日本特开平6-62584号公报(JP6-63584A)中所记载的后述的120°通电方式的电源再生相比，伴随电源元件的切换导致的发热变大的一面。因此，当PWM变换器的负荷变大时，因为现有技术中是过热保护，需要停止系统。另一方面，为了电源再生，一直以来被广泛采用的120°通电方式的电源再生是使三相电源中电压最高的相和电压最低的相之间流入再生电流而将六个开关中的两个开关接通的方式。与PWM变换器方式相比，该方式开关次数少，因此与PWM变换器方式相比电源元件的发热较小。但是，因为一下子流过脉冲状的大电流，所以存在电流输入中包含的高次谐波大，以及输出直流电压突变而对电动机的控制产生影响等问题。另外，在日本特开平 8-228490号公报(JP-2^490A)中公开了为了使牵引时开关损耗消失，通过二极管整流模式运转，而仅在再生时进行PWM变换器控制。因此，本发明的目的在于提供一种电动机驱动装置，其在变换器中，在电源再生动作时进行PWM控制的情形下，即使对变换器的负荷变得过大，也能够继续运转。
发明内容
根据本发明，提供一种电动机驱动装置，其具备进行从三相交流电源向三相交流电动机供给电力的牵引动作以及将三相交流电动机产生的能量再生为三相交流电源的电源再生动作的变换器，变换器包含电源开关元件；第一电源再生控制部，其通过具有与指令值对应的脉宽的脉宽调制信号控制电源再生动作时的电源开关元件的接通切断动作；第二电源再生控制部，其在电源再生动作时，控制电源开关元件的接通切断动作使得在三相交流电源的三相中表示最大的电位的相和表示最小的电位的相之间流过再生电流；以及电源再生动作切换部，其在通过第一电源再生控制部进行的控制和通过第二电源再生控制部进行的控制之间切换电源再生动作时的电源开关元件的接通切断动作的控制。电源再生动作切换部，例如在表示电源再生动作时的变换器的负荷的参数的值为预定值以下的期间，选择通过第一电源再生控制部进行控制，在参数的值超过了预定值时，切换为通过第二电源再生控制部进行的控制。参数例如是变换器的温度。或者，参数是根据在三相交流电源和变换器之间流过的电流决定的电源开关元件的负荷的推测值。在电源再生动作时的变换器的负荷超过了预定值时，从通过第一电源再生控制部进行控制电源开关元件的控制、即从PWM控制切换为通过第二电源再生控制部进行的控制、即发热少的120°通电控制(三相的情形)，由此能够继续运转。
通过对与附图关联的以下的实施方式进行说明，本发明的目的、特征以及优点会变得更明了。在附图中，图1是表示本发明第一实施方式的电动机驱动装置的结构的图。图2是用于说明PWM控制的波形图。图3是用于说明120°通电方式的电源再生控制的波形图。图4是用于说明通过切换为120°通电方式而继续运转的图形。图5是图1的再生动作切换部的动作的流程图。图6是表示本发明第二实施方式的电动机驱动装置的图。图7是图6的再生动作切换部的动作的流程图。
具体实施例方式以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。在附图中，对相同的结构要素赋予相同的参照标号。参照附图，图1是表示具备与本发明的第一实施方式有关的、连接在与未图示的三相交流电动机连接的未图示的逆变器(DC/AC变换部)上的变换器(AC/DC变换部)的电动机驱动装置的结构的图。在图1中，变换器10通过主电路部16和控制部12构成。设置在控制部12中的 PWM控制部14针对作为分别与主电路部16的六个整流二极管23a 23f反并联连接的切换元件的晶体管23A 23F，生成用于进行后述参照图2说明的PWM (脉宽调制)控制的PWM 信号。另外，也可以使用MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等来作为电源开关元件。120°通电控制部18 生成用于进行后面参照图3说明的120°通电方式的电源再生控制的控制信号。为了将在其上面安装有整流二极管23a 23f以及晶体管23A 23F的散热器22的温度作为变换器10的温度、更具体地讲是作为电源开关元件的温度进行测量而设置了温度检测元件24。 再生动作切换部20，如参照图4以及图5说明那样，根据温度检测元件M检测的温度推测电源元件的负荷状况，根据其结果，如果有必要，则将赋予晶体管23A 23F的控制信号从来自PWM控制部14的PWM信号切换为来自120°通电控制部18的控制信号。图2是用于说明在PWM控制部14中进行的PWM控制的波形图。图2 (a)栏表示从三相交流电源洲向变换器10供给三相交流的三根电源线Ll L3中的电源线Ll上的电压波形。(b)栏表示根据(a)栏的电源电压决定的正弦波状的PWM电压指令30和用于生成与P丽电压指令对应的脉宽的P丽信号的三角波32。在PWM控制部14中的P丽控制中，比较 PWM电压指令30和PWM载波32，当PWM电压指令较大时，使与电源线Ll连接的晶体管23A 切断、晶体管23D导通。当PWM电压指令小于PWM载波时，控制晶体管23A导通、晶体管23D 切断。对与电源线L2连接的晶体管23B、23E以及与电源线L3连接的晶体管23C、23F也进行相同的控制。通过这样控制晶体管23A 23F，使流过电源线Ll L3的电流的波形如图2的 (c)栏所示那样接近正弦波。另外，能够通过根据DC连接环(linkU6的电压与其目标电压的差改变PWM电压指令30的振幅，控制变换器10输出的直流电压。另一方面，缺点是频繁进行晶体管23A 23F的开关，因此，电源开关元件，特别是电源再生时的晶体管23A 23F的发热较大。图3是用于说明在电源再生时，在120°通电控制部18中进行的120°通电方式的电源再生控制的图。能够通过检测连接变换器22和逆变器(未图示)的DC连接环沈的电压来判定变换器10是进行电源再生动作还是牵引动作。图3的(a)栏与图2的(a)栏一样地表示电源线Ll上的电压波形。虽然未图示，但是在电源线L2以及L3上分别出现相对于电源线Ll上的电压相位移动120°以及的电压。(b)栏表示赋予晶体管23A的控制信号。如(b)栏所示那样，在三条电源线Ll L3中的电源线Ll上的电位成为最高的期间，对晶体管23A赋予使晶体管23A导通的控制信号。在(c)栏以及(d)栏中，分别如所示那样，在电源线L2以及电源线L3上的电位成为最高的期间，分别对晶体管23B以及晶体管23C赋予使晶体管23B以及晶体管23C导通的控制信号。(e)栏表示赋予晶体管23D的控制信号。如(e)栏所示那样，在三条电源线Ll L3中的电源线Ll上的电位成为最低的期间，对晶体管23D赋予使晶体管23D导通的控制信号。在(f)栏以及(g)栏中，分别如所示那样，在电源线L2以及电源线L3上的电位成为最低的期间，分别对晶体管23E以及晶体管23F赋予使晶体管23E以及晶体管23F导通的控制信号。通过在电源再生控制时这样控制晶体管23A 23F，在三相交流电源的三相中，表示最大电位的相和表示最小电位的相之间流过再生电流。图3的(h)栏表示在此时的电源线Ll中流过的电流的波形。如此，在120°通电方式的电压再生控制中，存在在输入电流中包含的高次谐波变大，并且变换器输出的直流的电压突变导致对电动机的控制产生副作用等问题。但是，与PWM控制时相比，晶体管23A 23F的开关的次数相当少，因此有电源开关元件的发热小这样的优点。因此，在通常的动作中，选择PWM控制、抑制高次谐波，当由于再生电流引起的变换器的负荷过大时，切换为120°通电方式，由此能够避免系统停止而继续运转。在图1所示的实施方式中，根据温度检测元件M检测出的温度来推测电源开关元件的负荷。如图4所示那样，当检测温度达到系统停止水平时，系统停止。但是，在此之前， 在到达比系统停止水平低的动作切换设定值的时刻，切换为120°通电方式的再生动作，由此能够继续运转。除了通过再生动作切换部20进行自动切换外，还可以通过从装置外部赋予的信号进行切换。图5是表示实现该控制的再生动作切换部20的动作的流程图。在图5中，在PWM 模式的再生动作中(步骤1000)，根据检测散热器22的温度的温度检测元件M检测的温度推测电源开关元件的负荷状况(步骤100 ，当检测温度超过动作切换设定值，推测出电源开关元件的负荷状况为动作模式切换水平以下时(步骤1004)，维持PWM模式的控制(步骤 1006)。当推测为超过了动作模式切换水平时，从PWM控制切换为120°通电方式的电源再生控制(步骤1008)。图6表示本发明的第二实施方式的电动机驱动装置的结构，图7是第二实施方式中的再生动作切换部20'的动作的流程图。代替在第一实施方式中根据温度检测元件M检测出的温度推测电源开关元件的负荷状况，在第二实施方式中，根据设置在电源线Ll 13中的电流传感器34、36、38检测出的电流值来推测电源开关元件的负荷状况。即，例如当将根据电流传感器34、36、38检测出的电流值决定的流过电源开关元件的电流的值设为I(n)、电源开关元件的负荷的推测值设为Q(n)时，通过下面的递推公式决定Q(n)(步骤1102)。Q(o) = 0Q(n) = B1 · Qin-^a2 · Ι2(η) (η = 1,2,…)其中， 、 分别是0< < 1以及0< 的常数。当推测出电源开关元件的负荷的推测值Q(n)为动作模式水平以下时(步骤1104)，维持PWM模式的控制(步骤1106)， 当超过了动作模式切换水平时，从PWM控制切换为120°通电方式的电源再生控制(步骤 1108)。以上，以本发明的优选实施方式对本发明进行了说明，但是本领域的技术人员应该理解只要在不脱离后述的权利要求的范围的公开范围内，可以对本发明进行各种修正以
及变更。
权利要求
1.一种电动机驱动装置，其具备进行从三相交流电源08)向三相交流电动机供给电力的牵引动作以及将所述三相交流电动机产生的能量再生为所述三相交流电源的电源再生动作的变换器(10)，所述变换器包含电源开关元件03A、2;3B、23C、23D、23E、23F)，该电动机驱动装置的特征在于，所述变换器包含第一电源再生控制部(14)，其通过具有与指令值对应的脉宽的脉宽调制信号来控制所述电源再生动作时的所述电源开关元件的接通切断动作；第二电源再生控制部(18)，其在所述电源再生动作时，控制所述电源开关元件的接通切断动作使得在所述三相交流电源的三相中表示最大的电位的相和表示最小的电位的相之间流过再生电流；以及电源再生动作切换部(20)，其在通过所述第一电源再生控制部进行的控制和通过所述第二电源再生控制部进行的控制之间切换所述电源再生动作时的所述电源开关元件的接通切断动作的控制。
2.根据权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于，所述电源再生动作切换部根据所述电源再生动作时的所述变换器的负荷状况，在通过所述第一电源再生控制部进行控制和通过所述第二电源再生控制部进行控制之间切换所述电源再生动作时的所述电源开关元件的接通切断动作的控制。
3.根据权利要求2所述的电动机驱动装置，其特征在于，所述电源再生动作切换部在表示电源再生动作时的所述变换器的负荷的参数的值为预定值以下的期间，选择通过所述第一电源再生控制部进行的控制，在所述参数的值超过了预定值时，切换为通过第二电源再生控制部进行控制。
4.根据权利要求3所述的电动机驱动装置，其特征在于，所述参数是所述变换器的温度。
5.根据权利要求3所述的电动机驱动装置，其特征在于，所述参数是根据在所述电源和所述变换器之间流过的电流决定的所述电源开关元件的负荷的推测值。
6.根据权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于，所述电源再生动作切换部根据从外部供给的信号，在通过所述第一电源再生控制部进行的控制和通过所述第二电源再生控制部进行的控制之间进行切换。
7.根据权利要求6所述的电动机驱动装置，其特征在于，所述电源再生动作切换部根据所述电源再生动作时的所述变换器的负荷状况，在通过所述第一电源再生控制部进行的控制和通过所述第二电源再生控制部进行的控制之间切换所述电源再生动作时的所述电源开关元件的接通切断动作的控制。
8.根据权利要求7所述的电动机驱动装置，其特征在于，所述电源再生动作切换部在表示电源再生动作时的所述变换器的负荷的参数的值为预定值以下的期间，选择通过所述第一电源再生控制部进行的控制，在所述参数的值超过了预定值时，切换为通过第二电源再生控制部进行的控制。
9.根据权利要求8所述的电动机驱动装置，其特征在于，所述参数是所述变换器的温度。
10.根据权利要求8所述的电动机驱动装置，其特征在于，所述参数是根据在所述电源和所述变换器之间流过的电流决定的所述电源开关元件的负荷的推测值。
全文摘要
本发明提供具有电源再生动作模式的切换功能的电动机驱动装置，其具备变换器。该变换器包含电源开关元件；第一电源再生控制部，其通过具有与指令值对应的脉宽的脉宽调制信号控制电源再生动作时的电源开关元件的接通切断动作；第二电源再生控制部，其在电源再生动作时，控制电源开关元件的接通切断动作使得在三相交流电源的三相中表示最大的电位的相和表示最小的电位的相之间流过再生电流；以及电源再生动作切换部，其在通过第一电源再生控制部进行的控制和通过第二电源再生控制部进行的控制之间切换电源再生动作时的电源开关元件的接通切断动作的控制。
文档编号H02M7/797GK102270939SQ20111015432
公开日2011年12月7日 申请日期2011年6月2日 优先权日2010年6月4日
发明者原田隆, 堀越真一, 岩下平辅, 水上真一 申请人:发那科株式会社