專利名稱：交流電動(dòng)機(jī)的矢量控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行矢量控制的交流電動(dòng)機(jī)的矢量控制裝置。
背景技術(shù)：
使用逆變器對(duì)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行矢量控制的技術(shù)在產(chǎn)業(yè)界被廣泛應(yīng)用。該技術(shù)從以往起就被廣泛應(yīng)用于電氣化鐵路，但已知在直流電的電氣化鐵路使用上述系統(tǒng)時(shí)，在由配置在逆變器的直流側(cè)的高次諧波吸收用的電抗器和電容器形成的LC濾波器電路會(huì)產(chǎn)生電振蕩，電容器的兩端電壓(電容器電壓)會(huì)振蕩，電動(dòng)機(jī)的控制會(huì)不穩(wěn)定，用于抑制該不穩(wěn)定的阻尼控制方法在非專利文獻(xiàn)1、非專利文獻(xiàn)2中有所揭示。非專利文獻(xiàn)1 木村彰等人著《關(guān)于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)車輛控制系統(tǒng)的穩(wěn)定化的考察》、電氣學(xué)會(huì)論文志D、110卷3號(hào)、平成2年、第291 300頁(yè)非專利文獻(xiàn)2 近藤圭一郎等人著《關(guān)于鐵路車輛驅(qū)動(dòng)時(shí)的無(wú)IM速度傳感器的控制系統(tǒng)的磁通的考察》，電氣學(xué)會(huì)半導(dǎo)體電力轉(zhuǎn)換研究會(huì)資料，SPC03-100.2003年、第69 74頁(yè)非專利文獻(xiàn)1、非專利文獻(xiàn)2都是采用附加檢測(cè)電容器的電壓，利用帶通濾波器 (以下稱作BPF)提取振蕩分量，調(diào)整相位，將乘以增益得到的阻尼操作量與差頻指令(非專利文獻(xiàn)1)或者轉(zhuǎn)矩指令(非專利文獻(xiàn)幻相加的構(gòu)成的阻尼控制部，抑制LC濾波器電路的電振蕩的結(jié)構(gòu)。另外，非專利文獻(xiàn)1是在使用差頻控制的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的使用例，非專利文獻(xiàn)2 是在使用矢量控制的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的使用例。

發(fā)明內(nèi)容
上述以往的阻尼控制部由BPF和增益形成的控制系統(tǒng)構(gòu)成。關(guān)于BPF的設(shè)定，只需設(shè)定其常數(shù)，使得可以沒(méi)有相位延遲地檢測(cè)出電抗器和電容器的諧振頻率分量即可，但關(guān)于增益的設(shè)定，若增益低于最佳值太多，則抑制電振蕩的效果不夠好，若太高，則會(huì)繼續(xù)產(chǎn)生高于上述諧振頻率的高頻電振蕩，所以增益必須設(shè)定為其中間的最佳值。然而，如非專利文獻(xiàn)1所示，能夠有效抑制LC濾波器電路的電振蕩實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定化的最佳增益范圍極窄，不容易調(diào)整。在非專利文獻(xiàn)1中，嘗試了以頻域分析控制系統(tǒng)，算出最佳的增益設(shè)定，但其算出過(guò)程比較復(fù)雜，而且依然需要將算出的增益設(shè)定于控制系統(tǒng)中的操作。另外，如非專利文獻(xiàn)1所示，由于在算出過(guò)程的式中使用電動(dòng)機(jī)的常數(shù)，所以若與逆變器連接的電動(dòng)機(jī)的種類改變，則必須再次算出與其對(duì)應(yīng)的增益進(jìn)行設(shè)定。這樣，以往的阻尼控制部的增益設(shè)定非常耗費(fèi)工夫。
本發(fā)明為解決上述問(wèn)題而作，其目的是提供一種交流電動(dòng)機(jī)的矢量控制裝置，該裝置可以簡(jiǎn)化用于抑制LC濾波器電路的電振蕩的控制系統(tǒng)的調(diào)整操作。本發(fā)明是在直流電源側(cè)具有由電抗器和電容器形成的LC濾波器電路，通過(guò)將上述電容器的兩端電壓(電容器電壓)轉(zhuǎn)換為任意頻率的交流電壓的逆變器，對(duì)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行矢量控制的交流電動(dòng)機(jī)的矢量控制裝置，包括根據(jù)電流指令或者轉(zhuǎn)矩指令，對(duì)上述交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行矢量控制的矢量控制部；以及算出抑制上述電容器電壓的變動(dòng)的阻尼操作量的阻尼控制部，上述阻尼控制部算出上述電容器電壓的變動(dòng)比例，根據(jù)與該變動(dòng)比例相應(yīng)的上述阻尼操作量操作上述矢量控制部的上述電流指令或者上述轉(zhuǎn)矩指令，控制上述逆變器，使得對(duì)于上述電容器電壓的變動(dòng)，流過(guò)上述逆變器的電流向抑制該變動(dòng)的方向變化。根據(jù)本發(fā)明所涉及的交流電動(dòng)機(jī)的矢量控制裝置，可以簡(jiǎn)化抑制LC濾波器電路的電振蕩用的控制系統(tǒng)的調(diào)整操作。


圖1是表示本發(fā)明實(shí)施方式1的交流電動(dòng)機(jī)的矢量控制裝置的結(jié)構(gòu)的方框圖。圖2是表示在與直流電源連接的LC濾波器上連接有被控制為恒功率的逆變器的電路的說(shuō)明圖。圖3是表示圖2的系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的方框圖。圖4是表示在與直流電源連接的LC濾波器上連接有由電阻構(gòu)成的負(fù)載的電路的說(shuō)明圖。圖5是表示圖4的系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的方框圖。圖6是說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施方式1的阻尼控制部各部的信號(hào)的關(guān)系的說(shuō)明圖。圖7表示本發(fā)明實(shí)施方式1的交流電動(dòng)機(jī)的矢量控制裝置的動(dòng)作模擬結(jié)果。標(biāo)號(hào)說(shuō)明1 直流電源2 電抗器3 電容器4 逆變器fe 5c 電流檢測(cè)器6 交流電動(dòng)機(jī)7 速度檢測(cè)器8 :q軸電流指令生成部9 :d軸電流指令生成部10、11:減法器12 :q軸電流控制器13 :d軸電流控制器14 電壓非干涉計(jì)算部17、18:加法器19 差頻指令生成部
20 加法器21 積分器22 :dq軸-三相坐標(biāo)變換器23 三相-dq軸坐標(biāo)變換器24 乘法器30矢量控制部40阻尼控制部41高通濾波器42低通濾波器43低通濾波器44加法器45除法器46減法器47開(kāi)關(guān)48平方計(jì)算器
49限幅器(Iimiter)50矢量控制裝置60電阻
具體實(shí)施例方式實(shí)施方式1圖1是表示本發(fā)明實(shí)施方式1的交流電動(dòng)機(jī)的矢量控制裝置的結(jié)構(gòu)的方框圖。如圖1所示，主電路具有直流電源1、以及為了抑制高次諧波電流流出至電源側(cè)， 由電抗器2和電容器3形成的LC濾波器電路；具有利用轉(zhuǎn)換為任意頻率的交流電壓的逆變器4將上述電容器3的兩端電壓(電容器電壓)Efc轉(zhuǎn)換為交流，對(duì)交流電動(dòng)機(jī)6進(jìn)行矢量控制的矢量控制裝置50。矢量控制裝置50由矢量控制部30和阻尼控制部40構(gòu)成，輸入來(lái)自檢測(cè)交流電動(dòng)機(jī)6的旋轉(zhuǎn)速度的速度檢測(cè)器7的信號(hào)ωι·、來(lái)自檢測(cè)電動(dòng)機(jī)電流的電流檢測(cè)器fe 5c的信號(hào)Iu、Iv、Iw、電容器3的電壓Efc。另外，由于電流檢測(cè)器最少只要設(shè)置2相，剩余1相就可以經(jīng)計(jì)算算出，所以也可以這樣構(gòu)成。另外，不設(shè)置速度檢測(cè)器7，計(jì)算交流電動(dòng)機(jī)6的旋轉(zhuǎn)速度并算出的無(wú)速度傳感器矢量控制方式也得到實(shí)際應(yīng)用，在這種情況下不需要速度檢測(cè)器7。并且，作為交流電動(dòng)機(jī)6，下面以使用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)例進(jìn)行說(shuō)明，但本發(fā)明揭示的阻尼控制部40在使用同步電動(dòng)機(jī)作為交流電動(dòng)機(jī)6時(shí)也是有用的。接下來(lái)說(shuō)明矢量控制部30的結(jié)構(gòu)。矢量控制部30在以與交流電動(dòng)機(jī)6的二次磁通軸一致的軸作為d軸，以與上述d 軸正交的軸作為q軸進(jìn)行定義的dq軸旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中進(jìn)行交流電動(dòng)機(jī)的控制，進(jìn)行所謂的矢量控制。
向矢量控制部30輸入由上位的控制部(未圖示)生成的轉(zhuǎn)矩基本指令TmO*、二次磁通指令Φ 2*、被電流檢測(cè)器fe 5c檢測(cè)出的U相電流Iu、V相電流Iv、W相電流Iw，控制交流電動(dòng)機(jī)6產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩Tm，使其與由轉(zhuǎn)矩基本指令TmO*生成的轉(zhuǎn)矩指令Tm* (生成方法在下面說(shuō)明)一致。接下來(lái)說(shuō)明矢量控制部30內(nèi)部的各功能塊的結(jié)構(gòu)。在q軸電流指令生成部8、d軸電流指令生成部9中，由將從外部的控制部(未圖示)輸入的轉(zhuǎn)矩基本指令TmO*與阻尼操作量DAMPCN(后述)相乘的轉(zhuǎn)矩指令Tm*、二次磁通指令Φ2*、交流電動(dòng)機(jī)6的電路常數(shù)，根據(jù)下式⑴和⑵計(jì)算d軸(勵(lì)磁分量)電流指令I(lǐng)d*、q軸(轉(zhuǎn)矩分量)電流指令I(lǐng)q*。其中，在式(1)和⑵中，L2是電動(dòng)機(jī)的二次自感，由L2 = M+12表達(dá)。M是互感、 12是二次漏感、s是微分算子，PP是交流電動(dòng)機(jī)6的極對(duì)數(shù)，R2是交流電動(dòng)機(jī)6的二次電阻。Iq*= (Tm*/(Φ 2* · PP)) · (L2/M) ......(1)Id* = Φ2*/M+L2/(Μ · R2) ·......(2)在轉(zhuǎn)差角頻率指令生成部19，由d軸電流指令I(lǐng)d*、q軸電流指令I(lǐng)q*與交流電動(dòng)機(jī)6的電路常數(shù)，根據(jù)下式(3)計(jì)算提供給交流電動(dòng)機(jī)6的轉(zhuǎn)差角頻率指令cos*。cos* = (Iq*/Id*) · (R2/L2)......(3)將通過(guò)該式C3)算出的轉(zhuǎn)差角頻率指令ω s*、安裝在交流電動(dòng)機(jī)6的軸端的速度檢測(cè)器7的輸出即旋轉(zhuǎn)角頻率ω r經(jīng)加法器20相加的結(jié)果，作為逆變器4輸出的逆變器角頻率ω，將逆變器角頻率ω經(jīng)積分器21積分的結(jié)果作為坐標(biāo)變換的相位角θ，輸入至dq 軸-三相坐標(biāo)變換器22、三相-dq軸坐標(biāo)變換器23。在三相-dq軸坐標(biāo)變換器23中，將電流檢測(cè)器fe 5c檢測(cè)出的U相電流Iu、V 相電流Iv、W相電流Iw變換為由下式(4)算出的dq坐標(biāo)上的d軸電流Id和q軸電流Iq。[數(shù)1]
權(quán)利要求
1.一種交流電動(dòng)機(jī)的矢量控制裝置，在直流電源側(cè)具有由電抗器和電容器形成的LC 濾波器電路，通過(guò)將所述電容器的兩端電壓，即電容器電壓轉(zhuǎn)換為任意頻率的交流電壓的逆變器來(lái)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行矢量控制，該矢量控制裝置的特征在于，包括根據(jù)電流指令或者轉(zhuǎn)矩指令來(lái)對(duì)所述交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行矢量控制的矢量控制部；以及算出抑制所述電容器電壓的變動(dòng)的阻尼操作量，基于算出的所述阻尼操作量來(lái)操作所述矢量控制部的所述電流指令或者所述轉(zhuǎn)矩指令，控制所述逆變器，使得對(duì)于所述電容器電壓的變動(dòng)，流過(guò)所述逆變器的電流向抑制所述變動(dòng)的方向變化的阻尼控制部，所述阻尼控制部將基于所述電容器電壓的變動(dòng)比例的平方值生成的信號(hào)作為阻尼操作量。
2.如權(quán)利要求1所述的交流電動(dòng)機(jī)的矢量控制裝置，其特征在于，所述阻尼操作量在所述交流電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，所述電容器電壓增加時(shí)流過(guò)所述逆變器的電流增加，所述電容器電壓減小時(shí)流過(guò)所述逆變器的電流減小。
3.如權(quán)利要求1或2所述的交流電動(dòng)機(jī)的矢量控制裝置，其特征在于，所述阻尼操作量在所述交流電動(dòng)機(jī)的再生運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，所述電容器電壓增加則再生功率減小，所述電容器電壓減小則再生功率增加。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠得到自動(dòng)算出最佳阻尼操作量，不需要增益的設(shè)定本身的阻尼控制部，以此簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)的調(diào)整操作的交流電動(dòng)機(jī)的矢量控制裝置。該裝置包括根據(jù)電流指令或者轉(zhuǎn)矩指令，對(duì)交流電動(dòng)機(jī)(6)進(jìn)行矢量控制的矢量控制部(30)；以及算出抑制電容器電壓Efc的變動(dòng)的阻尼操作量的阻尼控制部(40)，阻尼控制部(40)算出電容器電壓Efc的變動(dòng)比例，通過(guò)與該變動(dòng)比例相應(yīng)的阻尼操作量操作矢量控制部(30)的電流指令或者轉(zhuǎn)矩指令，控制逆變器(4)，使得對(duì)于電容器電壓Erc的變動(dòng)，流過(guò)逆變器(4)的電流向抑制該變動(dòng)的方向變化。
文檔編號(hào)H02P27/06GK102299678SQ20111025390
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2006年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月29日
發(fā)明者北中英俊 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社