交流電動機的控制裝置制造方法

交流電動機的控制裝置制造方法
【專利摘要】本發明提供一種控制裝置，其基于PMSM和IM等轉矩指令值和一次頻率指令值運算電壓指令值，對逆變器進行PWM控制，由此控制交流電動機的轉矩。本發明具備：轉矩限制器，其利用轉矩限制器上限值，對限制所述轉矩指令值用的轉矩限制器設定值的上限值進行限制；和運算與轉矩限制器上限值相乘的降低系數的降低系數運算單元。降低系數運算單元在逆變器的直流電壓為規定值以下且電壓指令值的振幅為規定值以上時，或者在逆變器的直流電壓為規定值以下且一次頻率的絕對值為規定值以上時，運算0.0～1.0的范圍的降低系數。通過上述結構，在直流電源電壓降低的情況下限制轉矩指令值，從而防止交流電動機發生失步或失速。
【專利說明】交流電動機的控制裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于控制由逆變器驅動的交流電動機的轉矩的控制裝置。
【背景技術】
[0002]非專利文獻I中，記載了矢量控制方式作為感應電動機(Induction Motor,以下也稱為IM)或者同步電動機(Synchronous Motor,以下也稱為SM)的轉矩控制方式。
[0003]此外，專利文獻I中，記載了利用同步電動機中的一種即永磁鐵同步電動機(Permanent Magnet Synchronous Motor,以下也稱為PMSM)的磁阻轉矩的控制裝置。
[0004]此處，圖8是將PMSM作為驅動對象的現有技術的框圖，其基本結構除了后述的轉矩限制器外與專利文獻I中記載的控制裝置相同。
[0005]圖8中，10是直流電源，20是被PWM (Pulse Width Modulation,脈沖寬度調制)控制的PWM逆變器，30是作為驅動對象的PMSM。此外，41是檢測直流電源電壓的直流電壓檢測單元，42是檢測逆變器20的輸出電流的電流檢測單元，43是在PMSM30的軸上安裝的位置/速度檢測器。其中，直流電源10由與系統電源連接的二極管整流器和PWM轉換器、或者電池等構成。
[0006]位置/速度檢測器43的輸出信號被輸入到相位角檢測單元61和速度檢測單元62，分別求出相位角檢測值Θ P速度檢測值ωρ
[0007]速度指令值ω r*與 速度檢測值ω r的偏差通過減法單元51運算，該偏差被輸入到速度調節單元52。速度調節單元52進行比例積分運算等調節運算，輸出其結果。
[0008]切換單元53以在進行速度控制時選擇速度調節單元52的輸出信號、在進行轉矩控制時選擇來自外部的第一轉矩指令值τ*的方式動作，將選擇的信號作為第二轉矩指令值輸出。
[0009]轉矩限制器55進行根據轉矩限制器設定值來限制第二轉矩指令值τ **的處理，并將該結果作為第三轉矩指令值輸出。
[0010]電流指令值運算單元(PMSM) 56S將第三轉矩指令值τ ***和速度檢測值作為輸入，進行基于PMSM30的特性的運算，輸出d_q旋轉坐標上的d軸電流指令值ild' q軸電流指令值ij。
[0011]電流坐標轉換單元63將從電流檢測單元42輸出的三相交流電流檢測值iu、iv、iw作為輸入，用來自相位角檢測單元61的相位角檢測值Θ ^進行坐標轉換，輸出d軸電流檢測值ild、q軸電流檢測值ilq。
[0012]電流調節單元57將d軸電流指令值i^'q軸電流指令值軸電流檢測值ild、q軸電流檢測值ilq和一次頻率指令值(=速度檢測值作為輸入，進行調節運算以使得各電流檢測值ild、ilq與各電流指令值11(；、i1(；分別一致，輸出d軸電壓指令值V1/和q軸電壓指令值Vlq'
[0013]該d軸電壓指令值V1/和q軸電壓指令值vj被輸入到電壓坐標轉換單元59，用相位角檢測值Θ r轉換為三相交流電壓指令值νΛ N:、νΛ[0014]三相交流電壓指令值Vu' V；, V；與直流電壓檢測值ed。一同被輸入到PWM運算單元60，生成用于驅動逆變器20的半導體開關元件的柵極信號。
[0015]逆變器20按照上述柵極信號進行脈沖寬度調制控制，產生符合三相交流電壓指令值vu*、N:、V；的三相交流電壓，驅動PMSM30。
[0016]接著，圖9是用IM40作為驅動對象的現有技術的框圖。該現有技術與圖8不同的在于，追加了用于控制頂40的磁通指令值運算單元64、滑差頻率運算單元65等，將通過速度檢測器44和速度檢測單元62得到的速度檢測值《r與滑差頻率指令值相加生成一次頻率指令值這一點，和將對一次頻率指令值CO1*進行積分而求出的相位角指令值Θ *輸入到各坐標轉換單元59、63這一點，和使用通過磁通指令值運算單元64運算的磁通指令值Φ2/和第三轉矩指令值τ'由電流指令值運算(頂)561運算各電流指令值ild'i1(；這一點。
[0017]其中，66表示加法單元，67表示積分單元。
[0018]圖10是表示圖8、圖9中的轉矩限制器55的結構的框圖。
[0019]如圖10所示，轉矩限制器55中，進行利用轉矩限制器設定值(正側)55a和轉矩限制器設定值(負側)55b來限制第二轉矩指令值τ **的處理(限制器處理)，輸出第三轉矩指令值τ
[0020]對轉矩限制器設定值(正側)55a設定轉矩限制器上限值(正側)55c，并對轉矩限制器設定值(負側)55b設定轉矩限制器上限值(負側)55d，該轉矩限制器上限值(正側)55c和轉矩限制器(負側)55d是預先設定的固定值。然后，轉矩限制器設定值55a、55b分別超過轉矩限制器上限值55c、55d的情況下，以利用該上限值55c、55d來限制轉矩限制器設定值55a、55b的方式進行動作。
[0021]現有技術文獻
[0022]專利文獻
[0023]專利文獻1:日本特開平10-243699號公報(段落[0032]，圖1等)
[0024]非專利文獻
[0025]非專利文獻1:中野孝良，“交流電動機的矢量控制”，第四章?第六章等，1996年，日刊工業新聞社

【發明內容】

[0026]發明要解決的技術問題
[0027]逆變器20能夠輸出的電壓的大小與直流輸入電壓成比例。因此，當直流電源10的電壓降低時，逆變器20的輸出電壓的上限值也降低。
[0028]PMSM30和頂40等交流電動機能夠輸出的最大轉矩由逆變器20的輸出電壓的上限值決定，因此，當直流電源電壓降低時，交流電動機能夠輸出的最大轉矩也降低。因此，在給出了超過交流電動機能夠輸出的最大轉矩的轉矩指令值的情況下，存在交流電動機不能夠產生符合指令值的轉矩，發生失步或失速而不能夠使交流電動機正常運轉的問題。
[0029]于是，本發明的目的在于提供一種交流電動機的控制裝置，其通過與直流電源電壓的降低相應地限制轉矩指令值而能夠防止交流電動機的失步或失速。
[0030]用于解決技術問題的手段[0031]為了解決上述技術問題，本發明以下述控制裝置為對象，該控制裝置通過基于PMSM和IM等交流電動機的轉矩指令值和一次頻率指令值運算電壓指令值，使用該電壓指令值對逆變器進行脈沖寬度調制控制，由此控制交流電動機的轉矩。
[0032]然后，本發明的控制裝置包括:轉矩限制器，其利用轉矩限制器上限值，對限制轉矩指令值用的轉矩限制器設定值的上限值進行限制；和降低系數運算單元，其運算與轉矩限制器上限值相乘的降低系數。
[0033]此處，降低系數運算單元，具有在逆變器的直流電壓為規定值以下并且電壓指令值的振幅為規定值以上時，或者在逆變器的直流電壓為規定值以下并且一次頻率指令值的絕對值為規定值以上時，運算0.0?1.0的范圍內的降低系數的功能。
[0034]具體說明，降低系數運算單元包括:直流電壓模式(pattern)運算單元,其輸出根據逆變器的直流電壓與第一、第二直流電壓設定值的大小關系成為0.0?1.0的模式(pattern);電壓振幅模式運算單元，其輸出根據電壓指令值的振幅與第一、第二電壓振幅設定值的大小關系成為0.0?1.0的模式；和從1.0中減去對這兩個模式運算單元的輸出的相乘結果乘以規定的降低率設定值而得到的結果，從而求出0.0?1.0的范圍內的降低系數的單元。
[0035]其他例子有，降低系數運算單元包括:上述直流電壓模式運算單元；一次頻率圖案運算單元，其輸出根據一次頻率的絕對值與第一、第二頻率設定值的大小關系成為
0.0?1.0的模式；和從1.0中減去對這兩個模式運算單元的輸出的相乘結果乘以規定的降低率設定值而得到的結果，從而求出0.0?1.0的范圍內的降低系數的單元。
[0036]此外，對轉矩限制器輸入的轉矩指令值，選擇將從外部輸入的速度指令值與速度檢測值或速度推測值的偏差輸入速度調節單元而得到的信號、和從外部輸入的轉矩指令值中的任意一個。
[0037]在交流電動機是PMSM的情況下，使用由轉矩限制器限制的轉矩指令值和PMSM的速度檢測值或速度推測值，運算電流指令值，并基于該電流指令值運算電壓指令值。
[0038]此外，交流電動機是IM的情況下，使用由轉矩限制器限制的轉矩指令值，和根據IM的速度檢測值或速度推測值運算的磁通指令值，運算電流指令值，并基于該電流指令值運算電壓指令值。
[0039]通過按照這些電壓指令值對逆變器進行PWM控制，從而在直流電源電壓降低時適當地限制交流電動機的輸出轉矩。
[0040]發明效果
[0041]根據本發明，在逆變器的直流電源電壓降低時，通過將轉矩限制器限制值設定為交流電動機能夠輸出的最大轉矩以下，能夠防止交流電動機的失步或失速而使其繼續正常的運轉。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0042]圖1是表示本發明的第一實施方式的框圖。
[0043]圖2是表示本發明的第二實施方式的框圖。
[0044]圖3是表示第一實施方式和第二實施方式中的限制器值降低系數運算單元的結構的框圖。[0045]圖4是表示第一實施方式?第四實施方式中的轉矩限制器的結構的框圖。
[0046]圖5是表示本發明的第三實施方式的框圖。
[0047]圖6是表示本發明的第四實施方式的框圖。
[0048]圖7是表示第三實施方式和第四實施方式中的限制器值降低系數運算單元的結構的框圖。
[0049]圖8是表示將PMSM作為驅動對象的現有技術的框圖。
[0050]圖9是表示將頂作為驅動對象的現有技術的框圖。
[0051]圖10是表示圖8、圖9中的轉矩限制器的結構的框圖。
[0052]附圖標記的說明
[0053]10:直流電源
[0054]20:PWM 逆變器
[0055]30 =PMSM
[0056]40:頂
[0057]41:直流電壓檢測單元
[0058]42:電流檢測單元
[0059]43:位置/速度檢測器
[0060]44:速度檢測器
[0061]51:減法單元
[0062]52:速度調節單元
[0063]53:切換單元
[0064]54A，54B:限制器值降低系數運算單元
[0065]541，542，547:模式運算單元
[0066]543，544:乘法單元
[0067]545:減法單元
[0068]546:絕對值運算單元
[0069]55A:轉矩限制器
[0070]55a, 55b:轉矩限制器設定值
[0071]55c，55d:轉矩限制器上限值
[0072]551，552:乘法單元
[0073]56S:電流指令值運算單元(PMSM)
[0074]561:電流指令值運算單元(IM)
[0075]57:電流調節單元
[0076]58:電壓振幅運算單元
[0077]59:電壓坐標轉換單元
[0078]60:P麗運算單元
[0079]61:相位角檢測單元
[0080]62:速度檢測單元
[0081]63:電流坐標轉換單元
[0082]64:磁通指令值運算單元[0083]65:滑差頻率運算單元
[0084]66:加法單元
[0085]67:積分單元
【具體實施方式】
[0086]以下按照【專利附圖】

【附圖說明】本發明的實施方式。首先，圖1是表示本發明的第一實施方式的框圖，涉及用于驅動PMSM30的控制裝置。
[0087]圖1中，對于具有與圖8相同的功能的模塊附加與圖8相同的符號并省略說明，以下以與圖8不同的部分為中心進行說明。
[0088]圖1中，54A是限制器值降低系數運算單元，58是電壓振幅運算單元。電壓振幅運算單元58使用從電流調節單元57輸出的d軸電壓指令值V1/和q軸電壓指令值v1(；，通過數學式I運算電壓振幅指令值V:。
[0089]【數學式I】
【權利要求】
1.一種交流電動機的控制裝置，其特征在于: 其基于交流電動機的轉矩指令值和一次頻率指令值運算電壓指令值，并使用所述電壓指令值對逆變器進行脈沖寬度調制控制，由此控制交流電動機的轉矩， 所述交流電動機的控制裝置包括: 轉矩限制器，其利用轉矩限制器上限值，對限制所述轉矩指令值用的轉矩限制器設定值的上限值進行限制；和 降低系數運算單元，其運算與所述轉矩限制器上限值相乘的降低系數。
2.如權利要求1所述的交流電動機的控制裝置，其特征在于: 在所述逆變器的直流電壓為規定值以下，并且所述電壓指令值的振幅為規定值以上時，所述降低系數運算單元運算0.0?1.0的范圍的降低系數。
3.如權利要求1所述的交流電動機的控制裝置，其特征在于: 在所述逆變器的直流電壓為規定值以下，并且所述一次頻率指令值的絕對值為規定值以上時，所述降低系數運算單元運算0.0?1.0的范圍的降低系數。
4.如權利要求2所述的交流電動機的控制裝置，其特征在于: 所述降低系數運算單元包括: 直流電壓模式運算單元，其輸出在所述直流電壓<第一直流電壓設定值時為1.0，在第一直流電壓設定值<所述直流電壓<第二直流電壓設定值時為1.0?0.0，在所述直流電壓>第二直流電壓設定值時 為0.0的模式； 電壓振幅模式運算單元，其輸出在所述電壓指令值的振幅 < 第一電壓振幅設定值時為0.0,在第一電壓振幅設定值<所述電壓指令值的振幅<第二電壓振幅設定值時為0.0?1.0，在所述電壓指令值的振幅>第二電壓振幅設定值時為1.0的模式； 乘法單元，其將所述直流電壓模式運算單元的輸出與所述電壓振幅模式運算單元的輸出相乘；和 從1.0減去對該乘法單元的輸出乘以規定的降低率設定值而得到的結果從而運算所述降低系數的單元。
5.如權利要求3所述的交流電動機的控制裝置，其特征在于: 所述降低系數運算單元包括: 直流電壓模式運算單元，其輸出在所述直流電壓<第一直流電壓設定值時為1.0，在第一直流電壓設定值<所述直流電壓<第二直流電壓設定值時為1.0?0.0，在所述直流電壓>第二直流電壓設定值時為0.0的模式； 一次頻率模式運算單元，其輸出在所述一次頻率的絕對值<第一頻率設定值時為0.0,在第一頻率設定值<所述一次頻率的絕對值<第二頻率設定值時為0.0?1.0，在所述一次頻率的絕對值>第二頻率設定值時為1.0的模式； 乘法單元，其將所述直流電壓模式運算單元的輸出與所述一次頻率模式運算單元的輸出相乘；和 從1.0減去對該乘法單元的輸出乘以規定的降低率設定值而得到的結果從而運算所述降低系數的單元。
6.如權利要求1?5中任一項所述的交流電動機的控制裝置，其特征在于: 對所述轉矩限制器輸入的轉矩指令值是，將從外部輸入的速度指令值與速度檢測值的偏差輸入速度調節單元而得到的信號和從外部輸入的轉矩指令值中的任一個。
7.如權利要求1?5中任一項所述的交流電動機的控制裝置，其特征在于: 對所述轉矩限制器輸入的轉矩指令值是，將從外部輸入的速度指令值與速度推測值的偏差輸入速度調節單元而得到的信號和從外部輸入的轉矩指令值中的任一個。
8.如權利要求1?7中任一項所述的交流電動機的控制裝置，其特征在于: 所述交流電動機是永磁鐵同步電動機， 所述交流電動機包括: 使用從所述轉矩限制器輸出的轉矩指令值和永磁鐵同步電動機的速度檢測值或速度推測值，運算電流指令值的單元；和 根據所述電流指令值運算所述電壓指令值的單元。
9.如權利要求1?7中任一項所述的交流電動機的控制裝置，其特征在于: 所述交流電動機是感應電動機， 所述交流電動機包括: 使用從所述轉矩限制器輸出的轉矩指令值和根據感應電動機的速度檢測值或速度推測值運算出的磁通指令值，運算電流指令值的單元；和根據所述電流指令值運算所述電壓`指令值的單元。
【文檔編號】H02P21/00GK103427745SQ201310174304
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2013年5月13日 優先權日:2012年5月22日
【發明者】田島宏一 申請人:富士電機株式會社