專利名稱：矢量控制用參數(shù)運(yùn)算方法及電壓型變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在對(duì)提供給交流電動(dòng)機(jī)電功率的電壓型變換裝置進(jìn)行矢量控制時(shí)，用于預(yù)先將此矢量控制中所用的參數(shù)求出的矢量控制用參數(shù)運(yùn)算方法、和使用利用此運(yùn)算方法求出的參數(shù)來實(shí)行矢量控制的矢量控制用電壓型變換裝置。
由于近來的變換裝置矢量控制技術(shù)的發(fā)展，使得以極高的精度和速度對(duì)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行速度控制成為可能。然而，為了實(shí)施此控制，必需預(yù)先將交流電動(dòng)機(jī)的各種參數(shù)求出。
例如，

圖10所示為交流電動(dòng)機(jī)的等效電路，如此圖所示，必需將如下參數(shù)求出定子側(cè)電阻R1、轉(zhuǎn)子側(cè)電阻R2、定子側(cè)電感L1、轉(zhuǎn)子側(cè)電感L2、互感Lm以及漏電感Lσ，再有，圖中未示出的轉(zhuǎn)子側(cè)時(shí)間常數(shù)T2等。
以往，為了預(yù)先求出這些參教，曾采用以下的方法。即，建立“自動(dòng)測量設(shè)置模型”，作為正式變換運(yùn)行之前的模型。在此自動(dòng)測量設(shè)置模型上，實(shí)施空載實(shí)驗(yàn)、單相實(shí)驗(yàn)以及直流實(shí)驗(yàn)等，利用規(guī)定的計(jì)算式用各個(gè)實(shí)驗(yàn)檢測到的電壓以及電流值對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。
例如，交流電動(dòng)機(jī)是3相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的情況下，曾實(shí)行如下等方法為了求出互感Lm，在空載下將3相交流電壓加在變換器上，以80％的額定頻率一邊加速，一邊讓V/f比變化，再進(jìn)行額定勵(lì)磁及80％的勵(lì)磁的實(shí)驗(yàn)(空載實(shí)驗(yàn))。另外，為了求出漏電感Lσ及轉(zhuǎn)子側(cè)電阻R2，在停止的電動(dòng)機(jī)的2相之間加上30Hz的單相交流電壓使其產(chǎn)生額定電流，而另一相不通電(單相實(shí)驗(yàn))。并且，為了求出定子側(cè)電阻R1，在停止的電動(dòng)機(jī)的2相之間加上直流電壓使其產(chǎn)生額定電流(直流實(shí)驗(yàn))。
然而，在上述的以往的方法中，實(shí)施空載實(shí)驗(yàn)、單相實(shí)驗(yàn)以及直流實(shí)驗(yàn)等各個(gè)實(shí)驗(yàn)，需要在一定程度的時(shí)間上讓電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行實(shí)際的運(yùn)轉(zhuǎn)。而且，在電動(dòng)機(jī)上已經(jīng)被安裝了負(fù)載的情況下，則必須先將負(fù)載拆卸下來，使其成為空載的狀態(tài)下才能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。另外，為了進(jìn)行單相實(shí)驗(yàn)以及直流實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)還必須改變電源的連接。因此，用以往的方法，為了獲得矢量控制用參數(shù)，要花費(fèi)不少的時(shí)間和人力才能得到結(jié)果。
本發(fā)明是鑒于上述問題所進(jìn)行的，目的是提供一種能夠花費(fèi)時(shí)間短而且容易地得到矢量控制用參數(shù)的矢量控制用參數(shù)運(yùn)算方法，以及提供一種能夠?qū)嵤┐朔椒ǖ氖噶靠刂朴秒妷盒妥儞Q裝置。
作為解決上述問題的途徑，本申請第1方面中記載的發(fā)明的特征在于在對(duì)提供給交流電動(dòng)機(jī)電功率的電壓型變換裝置進(jìn)行矢量控制時(shí)，在用于預(yù)先將此矢量控制中所用的參數(shù)求出的矢量控制用參數(shù)運(yùn)算方法上，上述交流電動(dòng)機(jī)的額定電流值被設(shè)定之后，將矩形波電壓脈沖指令信號(hào)輸入給上述變換裝置，在上述變換裝置的輸出電流達(dá)到上述額定電流值之前的期間，僅對(duì)各輸出電流值進(jìn)行規(guī)定抽樣次數(shù)N的測量，利用將此測量的各輸出電流值代入規(guī)定的運(yùn)算式，對(duì)于作為上述參數(shù)的上述交流電動(dòng)機(jī)的漏電感Lσ進(jìn)行計(jì)算。
本申請第2方面中記載的發(fā)明的特征在于在第1方面記載的發(fā)明中，上述交流電動(dòng)機(jī)為3相交流電動(dòng)機(jī)，其繞組為星形接法，將此繞組的3個(gè)輸入端子之中的任意2個(gè)一同連接，在此一同連接的端子與余下的另一端子之間加上直流電壓，以此實(shí)行上述矩形波電壓脈沖信號(hào)的輸入，再設(shè)抽樣次數(shù)為N；第n次抽樣的輸出電流值為iun；運(yùn)算系數(shù)為K；在上述連接狀態(tài)下的總漏電感為Lσ0時(shí)，上述規(guī)定的運(yùn)算式由下式表示
本申請第3方面中記載的發(fā)明的特征在于在對(duì)提供給交流電動(dòng)機(jī)電功率的電壓型變換裝置進(jìn)行矢量控制時(shí)，在用于預(yù)先將此矢量控制中所用的參數(shù)求出的矢量控制用參數(shù)運(yùn)算方法上，對(duì)于上述變換裝置，在輸入第1及第2電壓指令信號(hào)、以使電流電平各不相同的矩形波第1及第2電流輸出信號(hào)被輸出的同時(shí)，對(duì)此第1及第2電壓指令信號(hào)的、各自達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的值V1、V2進(jìn)行測定，利用將上述第1及第2電流輸出信號(hào)的值I1、I2和上述第1及第2電壓指令信號(hào)各自達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的值V1、V2代入規(guī)定的運(yùn)算式，對(duì)作為上述參數(shù)的上述交流電動(dòng)機(jī)的定子側(cè)電阻R1進(jìn)行計(jì)算。
本申請第4方面記載的發(fā)明的特征在于在第3方面記載的發(fā)明中，上述交流電動(dòng)機(jī)為3相交流電動(dòng)機(jī)，其繞組為星形接法，將此繞組的3個(gè)輸入端子之中的任意2個(gè)一同連接，在此一同連接的端子與余下的另一端子之間加上直流電壓，以此實(shí)行上述矩形波電壓脈沖信號(hào)的輸入，在設(shè)上述連接狀態(tài)下的定子側(cè)總電阻為R10時(shí)，上述規(guī)定的運(yùn)算式由下式表示
本申請第5方面記載的發(fā)明其特征在于在對(duì)提供給交流電動(dòng)機(jī)電功率的電壓型變換裝置進(jìn)行矢量控制時(shí)，在用于預(yù)先將此矢量控制中所用的參數(shù)求出的矢量控制用參數(shù)運(yùn)算方法上，對(duì)于上述變換裝置，在輸入電壓指令信號(hào)、以使矩形波電流輸出信號(hào)被輸出的同時(shí)，在此電壓指令信號(hào)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)之前的期間，僅對(duì)各電壓指令信號(hào)的值進(jìn)行規(guī)定抽樣次數(shù)N的測量，利用將此測量的各電壓指令信號(hào)的值代入規(guī)定的運(yùn)算式，對(duì)作為上述參數(shù)的上述交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)時(shí)間常數(shù)T2及轉(zhuǎn)子側(cè)電阻R2進(jìn)行計(jì)算。
本申請第6方面記載的發(fā)明其特征在于在第5方面記載的發(fā)明中，上述交流電動(dòng)機(jī)為3相交流電動(dòng)機(jī)，其繞組為星形接法，將此繞組的3個(gè)輸入端子之中的任意2個(gè)一同連接，在此一同連接的端子與余下的另一端子之間加上直流電壓，以此實(shí)行上述矩形波電壓脈沖信號(hào)的輸入，在設(shè)抽樣次數(shù)為N；第j次抽樣的電壓指令信號(hào)的值為Vj；運(yùn)算系數(shù)為K1時(shí)，用來求上述轉(zhuǎn)子側(cè)時(shí)間常數(shù)T2的規(guī)定運(yùn)算式由下式表示
本申請第7方面記載的發(fā)明其特征在于在第5方面記載的發(fā)明中，上述交流電動(dòng)機(jī)為3相交流電動(dòng)機(jī)，其繞組為星形接法，將此繞組的3個(gè)輸入端子之中的任意2個(gè)一同連接，在此一同連接的端子與余下的另一端子之間加上直流電壓，利用此，實(shí)行上述矩形波電壓脈沖信號(hào)的輸入，在設(shè)抽樣次數(shù)為N；第j次抽樣的電壓指令信號(hào)的值為Vj；運(yùn)算系數(shù)為K2；在上述連接狀態(tài)下的轉(zhuǎn)子側(cè)總電阻為R20時(shí)，用來求上述轉(zhuǎn)子側(cè)電阻R2的規(guī)定運(yùn)算式由下式表示
本申請第8方面記載的發(fā)明是在根據(jù)矢量控制提供給交流電動(dòng)機(jī)可變電壓、可變頻率電功率的矢量控制用電壓型變換裝置中，具有參教運(yùn)算電路，用于在運(yùn)轉(zhuǎn)開始實(shí)行之前，對(duì)關(guān)于變換器輸出電流其規(guī)定抽樣次數(shù)的輸出電流值進(jìn)行測量，上述變換器輸出電流是根據(jù)規(guī)定的矩形波變換器電壓脈沖指令信號(hào)的輸入而產(chǎn)生的，根據(jù)此測量，對(duì)上述交流電動(dòng)機(jī)的漏電感Lσ進(jìn)行計(jì)算，另外，對(duì)關(guān)于變換器指令電壓信號(hào)其規(guī)定抽樣次數(shù)的值進(jìn)行測量，上述變換器指令電壓信號(hào)用以使規(guī)定的矩形波變換器電流輸出信號(hào)輸出，根據(jù)此測量，對(duì)上述交流電動(dòng)機(jī)的定子側(cè)電阻R1、上述轉(zhuǎn)子側(cè)時(shí)間常數(shù)T2及上述轉(zhuǎn)子側(cè)電阻R2進(jìn)行計(jì)算，利用由此參數(shù)運(yùn)算電路計(jì)算得到的參數(shù)Lσ、R1、T2、R2之中所需的參數(shù)，實(shí)行上述根據(jù)矢量控制的運(yùn)轉(zhuǎn)。
圖1是表示本發(fā)明實(shí)施例的變換裝置概略構(gòu)成的方框圖。
圖2是表示圖1中變換電路6的構(gòu)成的電路圖。
圖3是表示圖2的3相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)3在參數(shù)測定時(shí)各相連接狀態(tài)的說明圖。
圖4是為了求漏電感Lσ的信號(hào)波形圖。
圖5是為了求定子側(cè)電阻R1、轉(zhuǎn)子側(cè)時(shí)間常數(shù)T2以及轉(zhuǎn)子側(cè)電阻R2的信號(hào)波形圖。
圖6是為了求漏電感Lσ的信號(hào)的部分波形圖。
圖7是為了求定子側(cè)電阻R1、轉(zhuǎn)子側(cè)時(shí)間常數(shù)T2以及轉(zhuǎn)子側(cè)電阻R2的信號(hào)的部分波形圖。
圖8是關(guān)于漏電感Lσ的計(jì)算方法的流程圖。
圖9是關(guān)于定子側(cè)電阻R1、轉(zhuǎn)子側(cè)時(shí)間常數(shù)T2以及轉(zhuǎn)子側(cè)電阻R2的計(jì)算方法的流程圖。
圖10是包含矢量控制所需各種參數(shù)成分的交流電動(dòng)機(jī)等效電路圖。
以上附圖中各標(biāo)號(hào)的意義如下1交流電源2變換裝置3交流電動(dòng)機(jī)4參數(shù)運(yùn)算電路5變換控制電路6變換電路7二極管Lσ漏電感R1定子側(cè)電阻T2轉(zhuǎn)子側(cè)時(shí)間常數(shù)R2轉(zhuǎn)子側(cè)電阻以下，根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明。圖1為表示關(guān)于本發(fā)明實(shí)施例的變換裝置概略構(gòu)成的方框圖。首先利用本圖，先對(duì)本發(fā)明內(nèi)容的概略進(jìn)行說明。
在圖1中，來自交流電源1的交流電供給到變換裝置2，變換裝置2可對(duì)交流電動(dòng)機(jī)3輸出可變電壓及可變頻率的交流電。變換裝置2具有參數(shù)運(yùn)算電路4、變換控制電路5及變換電路6。
在正式實(shí)行變換運(yùn)轉(zhuǎn)之前，首先，由參數(shù)運(yùn)算電路4將參數(shù)運(yùn)算開始指令信號(hào)輸出給變換控制電路5。其后，為了計(jì)算漏電感Lσ，變換控制電路5將矩形波的變換電壓指令信號(hào)輸出給變換電路6。據(jù)此，變換電路6將變換電流輸出信號(hào)輸出給交流電動(dòng)機(jī)3。由參數(shù)運(yùn)算電路4對(duì)此時(shí)的變換電壓指令信號(hào)及變換電流輸出信號(hào)進(jìn)行測量。并且，用規(guī)定的計(jì)算式，根據(jù)測量的結(jié)果，對(duì)漏電感Lσ進(jìn)行計(jì)算。
接著，變換控制電路5將為了計(jì)算定子側(cè)電阻R1的變換電壓指令信號(hào)輸出給變換電路6，此變換電壓指令信號(hào)是為了得到電流電平各不相同的矩形波第1及第2電流輸出信號(hào)的第1及第2電壓指令信號(hào)。由參數(shù)運(yùn)算電路4對(duì)此時(shí)的變換電壓指令信號(hào)及變換電流輸出信號(hào)進(jìn)行測量。并且，用規(guī)定的計(jì)算式，根據(jù)測量的結(jié)果，對(duì)定子側(cè)電阻R1進(jìn)行計(jì)算。
進(jìn)一步，變換控制電路5將為了計(jì)算轉(zhuǎn)子側(cè)時(shí)間常數(shù)T2及轉(zhuǎn)子側(cè)電阻R2的變換電壓指令信號(hào)輸出給變換電路6，此變換電壓指令信號(hào)是為了得到矩形波的電流輸出信號(hào)的電壓指令信號(hào)。由參數(shù)運(yùn)算電路4對(duì)此時(shí)的變換電壓指令信號(hào)及變換電流輸出信號(hào)進(jìn)行測量。并且，用規(guī)定的計(jì)算式，根據(jù)測量的結(jié)果，對(duì)轉(zhuǎn)子側(cè)時(shí)間常數(shù)T2及轉(zhuǎn)子側(cè)電阻R2進(jìn)行計(jì)算。
上述情況中，輸入給變換電路6的變換電壓指令信號(hào)僅僅是為了進(jìn)行參數(shù)運(yùn)算所必需的信號(hào)，不是為了讓交流電動(dòng)機(jī)3轉(zhuǎn)動(dòng)所必需的信號(hào)。即，此變換電壓指令信號(hào)及變換電流輸出信號(hào)是瞬時(shí)發(fā)生的信號(hào)，因此，參數(shù)運(yùn)算電路4能夠在極其短的時(shí)間內(nèi)對(duì)參數(shù)Lσ、R1、T2、R2進(jìn)行計(jì)算。而且，由于關(guān)于本發(fā)明的變換裝置能夠在如此短的時(shí)間內(nèi)對(duì)參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，無需專門建立以往那樣的自動(dòng)測量設(shè)置模型，因此，能夠在每次實(shí)行變換運(yùn)行時(shí)都自動(dòng)地對(duì)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。
接著，對(duì)關(guān)于本發(fā)明實(shí)施例的參數(shù)運(yùn)算方法進(jìn)行具體的說明。在本實(shí)施例中，作為交流電動(dòng)機(jī)3，所使用的是繞組為星型連接的3相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。圖2為表示在此實(shí)施例上所使用的變換電路6的構(gòu)成的電路圖。如此圖所示，變換電路6由IGBT等6個(gè)開關(guān)器件G1～G6構(gòu)成，在兩個(gè)輸入端之間加有直流電壓Ed。再有，7為與各個(gè)開關(guān)器件相并聯(lián)連接的、用于防止施加反向電壓的二極管。
圖3(a)、(b)、(c)為根據(jù)電壓指令信號(hào)Vu、Vv、Vw，產(chǎn)生電流輸出信號(hào)iu、iv、iw時(shí)的各相的連接狀態(tài)。在圖3(a)的情況下，開關(guān)器件G1、G2、G6為導(dǎo)通狀態(tài)，在圖3(b)的情況下，開關(guān)器件G3、G4、G2為導(dǎo)通狀態(tài)，在圖3(c)的情況下，開關(guān)器件G5、G4、G6為導(dǎo)通狀態(tài)。在本實(shí)施例中，雖只對(duì)圖3(a)的情況的參數(shù)運(yùn)算進(jìn)行說明，但實(shí)際上是就圖3(a)、(b)、(c)各情況的參數(shù)都進(jìn)行運(yùn)算，然后采用其計(jì)算值的平均值。
圖4是表示為了求漏電感Lσ的U相電壓指令信號(hào)Vu和電流輸出信號(hào)iu的對(duì)應(yīng)關(guān)系的波形圖。電壓指令信號(hào)Vu及電流輸出信號(hào)iu是按照(a)、(b)、(c)的順序進(jìn)行變化。
這里，將圖4(a)的電壓指令信號(hào)Vu及電流輸出信號(hào)iu的波形改畫為圖6(a)、(b)那樣，再根據(jù)圖8的流程圖對(duì)漏電感Lσ的計(jì)算方法進(jìn)行說明。首先，參數(shù)運(yùn)算電路4對(duì)交流電動(dòng)機(jī)3的額定電流ir進(jìn)行設(shè)定(步驟1)。此時(shí)的設(shè)定值雖原則上繼續(xù)使用前次使用是的設(shè)定值，但也可以由操作人員任意地進(jìn)行設(shè)定值變更。接著，由參數(shù)運(yùn)算電路4將參數(shù)運(yùn)算開始指令信號(hào)輸出給變換控制電路5，變換控制電路5將變換電路6的開關(guān)器件G1、G2、G6置為導(dǎo)通狀態(tài)，加上直流電壓Ed(步驟2)。由于圖6(a)所示施加的直流電壓Ed的作用，使圖6(b)所示的電流輸出信號(hào)iu上升，直到額定電流ir為止。此時(shí)的參數(shù)運(yùn)算電路4以規(guī)定的周期實(shí)行N次采樣，將N個(gè)采樣值iun(表示第n個(gè)采樣值)收集并存儲(chǔ)在內(nèi)部的存儲(chǔ)器中(步驟3、4)。當(dāng)采樣值iun大于額定電流ir時(shí)，變換電路6停止其輸出(步驟5)，參數(shù)運(yùn)算電路4使用規(guī)定的計(jì)算式，根據(jù)存儲(chǔ)器的值對(duì)漏電感Lσ進(jìn)行計(jì)算(步驟6)。
接著，就對(duì)漏電感Lσ進(jìn)行計(jì)算所用的計(jì)算式進(jìn)行說明，一般，在圖3所示的連接狀態(tài)下，如下式所示，總漏電感Lσ0可以用電流的變化率(diu/dt)除電壓Ed求出。Lσ0＝Ed/(diu/dt)…(1)(1)式如使用最小二乘法的原理，將K作為運(yùn)算系數(shù)，可用下面的(2)式表示。Lσ0=K·(12N+1)Σn=1Nn·ian-6Σn=1NianN(N-1)---(2)]]>并且，由于是圖3(a)、(b)、(c)那樣的連接狀態(tài)，各自的漏電感Lσ可以用下面(3)式表示。
Lσ＝(2/3)·Lσ0…(3)這里，就使用最小二乘法的原理將(1)式表示為(2)式的理由進(jìn)行說明。根據(jù)最小二乘法的原理，當(dāng)設(shè)xi、yi為實(shí)驗(yàn)值，εi為與理論值之間的誤差時(shí)，存在某種函數(shù)關(guān)系的x和y的關(guān)系可以用下面的(4)式表示。
yi＝f(xi)+εi…(4)此時(shí)的函數(shù)f(x)被看作是如下面的(5)式表示的、將a0、a1看作系數(shù)的一次函數(shù)。
f(x)＝a0+a1·x…(5)并且，誤差εi(＝y(tǒng)i-f(xi))的平方的總和S由下面的(6)式表示。S=Σn=1N{yi-(a0+a1·xi)}2---(6)]]>由于(6)式可以看作是a0、a1的函數(shù)，為了求出使(6)式的S為最小時(shí)的a0、a1，分別對(duì)a0、a1求(6)式的偏微分并令其為零，由此得到2個(gè)聯(lián)立方程式，可以進(jìn)行求解。即，對(duì)a0、a1求(6)式的偏微分，進(jìn)行整理后得到(7)式，就a0、a1進(jìn)行求解，得到(8)式。
將(Σi=1Nxi)=N(N+1)2]]>、(Σi=1Nxi)2=N(N+1)(2N+1)6]]>代入上述(8)式，求出如下的a0、a1。a0=Σi=1Nyi-{N+12(N-1)}{(12N+1)Σi=1Nxi·yi-6Σi=1Nyi}N---(9)]]>a1=12N+1(Σi=1Nxi·yi)-6Σi=1NyiN(N-1)---(10).]]>另一方面，(1)式可以表示為下面的(11)式，此(11)式可以看作是(5)式的f(x)被Ed替換、a0被零替換、ai被Lσ0替換、x被(diu/dt)替換所得到的。
Ed＝Lσ0·(diu/dt)…(11)因此，利用(10)式的結(jié)果，可以將(1)式的Lσ表示為如(2)式所示。
如上所述，參數(shù)運(yùn)算電路4在圖8的步驟4上，對(duì)給處于圖3(a)連接狀態(tài)的交流電動(dòng)機(jī)3輸出微小的電流輸出信號(hào)iu時(shí)的采樣值進(jìn)行存儲(chǔ)，根據(jù)此采樣值，在步驟6對(duì)一相的漏電感Lσ進(jìn)行計(jì)算。
接著，就定子側(cè)電阻R1、轉(zhuǎn)子側(cè)時(shí)間常數(shù)T2以及轉(zhuǎn)子側(cè)電阻R2的計(jì)算方法進(jìn)行說明。圖5是為了求此R1、T2、R2的U相電壓指令信號(hào)Vu和電流輸出信號(hào)Iu的對(duì)應(yīng)關(guān)系的波形圖。電壓指令信號(hào)Vu及電流輸出信號(hào)Iu是按照(a)、(b)、(c)的順序進(jìn)行變化。但是，圖5的電流輸出信號(hào)Iu雖是矩形波信號(hào)，然而，一般利用電壓型變換裝置得到矩形波的電流輸出信號(hào)是困難的。因此，在本實(shí)施例中，是利用對(duì)電壓指令信號(hào)Vu進(jìn)行PI控制來得到矩形波的電流輸出信號(hào)Iu。
亦即，設(shè)勵(lì)磁指令電流為Ig*、設(shè)PI控制的增益常數(shù)為Kp、KI，根據(jù)下面式(12)進(jìn)行Vu的控制，以使Iu＝Ig*。再有，圖5的電流輸出信號(hào)Iu畫為垂直的上升狀態(tài)，然而不用說，圖示的僅是理想的狀態(tài)，實(shí)際上是沿一定程度的傾斜曲線上升的。Vj=Kp·(Ig*-Iu)+Kl·∫(Ig*-Iu)dt---(12)]]>首先，就定子側(cè)電阻R1的計(jì)算方法進(jìn)行說明。如圖5所示，將為了得到電平各不相同的矩形波電流輸出信號(hào)I1、I2的電壓指令信號(hào)輸出給變換電路6。這里，若設(shè)額定電流為Ir，例如I1為Ir的2的平方根倍，I2為I1的3分之1倍。將I1、I2分別取為Ir的2的平方根倍和3分之1倍是為了對(duì)電流電平進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)定，并無其他更深的含義。
用于得到電流輸出信號(hào)I1的電壓指令信號(hào)Vu在上升之后逐漸進(jìn)行衰減，在t1時(shí)刻成為穩(wěn)定狀態(tài)，接著輸出為了得到電流輸出信號(hào)I2的電壓指令信號(hào)Vu。然后，在t2時(shí)刻成為穩(wěn)定狀態(tài)。若設(shè)t1、t2時(shí)刻的電壓指令信號(hào)Vu的值分別為V1、V2，設(shè)3相的定子側(cè)電阻為R10，則下面的(13)、(14)式成立。
…(13)V1＝R10·I1…(13)V2＝R10·I2…(14)再有，如圖10所示，由于交流電動(dòng)機(jī)除了定子側(cè)電阻R1之外，還存在轉(zhuǎn)子側(cè)電阻R2和其他的電感，因此，在施加電壓的初期，上述的(13)、(14)式不成立，然而，在進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)子側(cè)電阻R2和其他的電感可以被忽視，所以，(13)、(14)式成立。而且，實(shí)際上，由于存在因開關(guān)器件G1～G6的電壓降和靜寂時(shí)間(為了避免由開關(guān)器件的開關(guān)延遲時(shí)間所引起的正負(fù)支路短路而設(shè)置的空白時(shí)間帶)造成的的電壓誤差ΔV，(13)、(14)式可表示為(15)、(16)式。
…(15)V1+ΔV＝R10·I1…(15)V2+ΔV＝R10·I2…(16)然而，若從(15)、(16)式求R10，消去此ΔV，R10由(17)式表示。然后，一相的定子側(cè)電阻R1可以由(18)式求得。
…(17)R10＝(V1-V2)/(I1-I2)…(17)R1＝(1/3)·R10…(18) (18)如上所述，變換控制電路5將能得到電平各不相同的2個(gè)矩形波電流輸出信號(hào)I1、I2的2個(gè)電壓指令信號(hào)進(jìn)行輸出，參數(shù)運(yùn)算電路4對(duì)這些電壓指令信號(hào)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的值V1、V2進(jìn)行測量，并對(duì)定子側(cè)電阻R1進(jìn)行計(jì)算。因此，能夠回避電壓誤差ΔV的影響，正確且迅速地求出定子側(cè)電阻R1。
接著，就轉(zhuǎn)子側(cè)時(shí)間常數(shù)T2以及轉(zhuǎn)子側(cè)電阻R2的計(jì)算方法進(jìn)行說明。這里，為了使說明和圖示易于理解，不用圖5(a)，而是將圖5(b)中T2及R2的測量信號(hào)部分改為圖7(a)、(b)所示那樣，根據(jù)圖9的流程圖，對(duì)轉(zhuǎn)子側(cè)時(shí)間常數(shù)T2以及轉(zhuǎn)子側(cè)電阻R2的計(jì)算方法進(jìn)行說明。
首先，參數(shù)運(yùn)算電路4對(duì)交流電動(dòng)機(jī)3的勵(lì)磁電流Ig*進(jìn)行設(shè)定(步驟11)。此時(shí)，例如設(shè)額定電流的值為Ir，Ig*的值約為(1/3)·Ir。再有，步驟11的設(shè)定實(shí)際上是與圖8中步驟1的額定電流Ir的設(shè)定同時(shí)進(jìn)行。
前面已說明過，在用于R1測定的第2電壓指令信號(hào)被輸出之后，變換控制電路5將電壓指令信號(hào)的極性反轉(zhuǎn)(參照圖5(a)、(b)、(c))，輸出為了得到振幅為(1/3)Ir的矩形波電流輸出信號(hào)的電壓指令信號(hào)。亦即，如前面所說明過的那樣，用(12)式，對(duì)Vu進(jìn)行PI控制，以使Iu＝Ig*(步驟12)。
圖7(a)所示為此時(shí)Vu的變化狀態(tài)。V0作為初始值，在達(dá)到穩(wěn)態(tài)值V∞之前，沿曲線衰減。參數(shù)運(yùn)算電路4在對(duì)此時(shí)的Vu以規(guī)定的周期進(jìn)行采樣的同時(shí)，對(duì)Vu是否達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視(步驟13)。然后，如果還沒有達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，就將該時(shí)的采樣值Vj存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中(步驟14)。之后，在達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，將將該時(shí)的Vj作為穩(wěn)態(tài)值V∞存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中(步驟15)。接著，參數(shù)運(yùn)算電路4用規(guī)定的計(jì)算式，根據(jù)存儲(chǔ)器的值對(duì)T2及R2進(jìn)行計(jì)算。
下面，就T2及R2的計(jì)算所使用的計(jì)算式進(jìn)行說明。在圖7(a)上，在Vu從初始值V0開始衰減到穩(wěn)態(tài)值V∞之前的期間的采樣值Vj由下面(19)式表示。另外，(19)式可以表示為(20)式。這里，Δt為采樣周期，j·Δt為從第1次開始到第j次為止的采樣所需要的時(shí)間。Vj=V∞+(V0-V∞)·e-j·ΔtT2---(19)]]>ln(Vj-V∞)-ln(V0-V∞)=-j·ΔtT2---(20)]]>這里，用ln(Vj-V∞)＝Aj、ln(V0-V∞)＝B來做替換，(20)式可表示為(21)式那樣，(21)式進(jìn)一步可以表示為(22)式那樣。
…(21)Aj＝-(j·Δt/T2)+B…(21)Aj＝B+(-1/T2)·(j·Δt)…(22)此(22)式可以看作是(5)式的f(x)被Aj替換、a0被B替換、a1被(-1/T2)替換所得到的。因此，利用(10)式的結(jié)果，能夠得到下面的(23)式，另外，利用(9)式的結(jié)果，能夠得到下面的(24)式。T2=K1·N(N-1)6·Σi=1NAj-(12N+1)Σj=1N·Aj---(23)]]>B=Σj=1NAj-{N+12(N-1)}{(12N+1)Σj=1Nj·Aj-6Σj=1NAj}N---(24)]]>
然而，在圖7的衰減曲線上，若將V0～V∞的區(qū)間看作為直線，將運(yùn)算系教設(shè)做K2，能夠達(dá)到下面的(25)式。此(25)式可以表示為(26)式。
R20＝K2·(V0-V∞)/iu…(25)R20=K2·eBiu---(26)]]>由于各自的轉(zhuǎn)子側(cè)電阻R2能夠用R2＝(2/3)·R20來表示，所以，根據(jù)ln(Vj-V∞)＝Aj的式子和(26)式以及(24)式，可以對(duì)R2進(jìn)行計(jì)算。
如上所述，變換控制電路5將用于對(duì)定子側(cè)電阻R1進(jìn)行測定的電壓指令信號(hào)輸出之后，將此信號(hào)的極性進(jìn)行反轉(zhuǎn)，輸出為了求出轉(zhuǎn)子側(cè)時(shí)間常數(shù)T2以及轉(zhuǎn)子側(cè)電阻R2的電壓指令信號(hào)。然后，參數(shù)運(yùn)算電路4對(duì)根據(jù)此電壓指令信號(hào)而產(chǎn)生的電流輸出信號(hào)以規(guī)定的周期進(jìn)行采樣，對(duì)T2及R2進(jìn)行計(jì)算。
根據(jù)以上所述各方法以及采用了此方法的變換裝置，無需讓交流電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)，只需流過微小的脈沖電流即可將矢量控制上所用的各種參數(shù)簡便迅速地求出。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)可以快速且簡便地得到矢量控制用參數(shù)的矢量控制用參數(shù)運(yùn)算方法、和可以實(shí)施此方法的矢量控制用電壓型變換裝置。
權(quán)利要求
1.一種矢量控制用參數(shù)運(yùn)算方法，該方法在對(duì)提供給交流電動(dòng)機(jī)電功率的電壓型變換裝置進(jìn)行矢量控制時(shí)，預(yù)先將此矢量控制中所用的參數(shù)求出，其特征在于上述交流電動(dòng)機(jī)的額定電流值被設(shè)定之后，將矩形波電壓脈沖指令信號(hào)輸入給上述變換裝置，在上述變換裝置的輸出電流達(dá)到上述額定電流值之前的期間，僅對(duì)各輸出電流值進(jìn)行規(guī)定抽樣次數(shù)N的測量，利用將此測量的各輸出電流值代入規(guī)定的運(yùn)算式，對(duì)作為上述參數(shù)的上述交流電動(dòng)機(jī)的漏電感Lσ進(jìn)行計(jì)算。
2.如權(quán)利要求1記載的矢量控制用參數(shù)運(yùn)算方法，其特征在于上述交流電動(dòng)機(jī)為3相交流電動(dòng)機(jī)，其繞組為星形接法，將此繞組的3個(gè)輸入端子之中的任意2個(gè)一同連接，在此一同連接的端子與余下的另一端子之間加上直流電壓，利用此，實(shí)行上述矩形波電壓脈沖信號(hào)的輸入，在設(shè)抽樣次數(shù)為N；第n次抽樣的輸出電流值為iun；運(yùn)算系數(shù)為K；在上述連接狀態(tài)下的總漏電感為Lσ0時(shí)，上述規(guī)定的運(yùn)算式由下式表示
3.一種矢量控制用參數(shù)運(yùn)算方法，該方法在對(duì)提供給交流電動(dòng)機(jī)電功率的電壓型變換裝置進(jìn)行矢量控制時(shí)，用于預(yù)先將此矢量控制中所用的參數(shù)求出，其特征在于對(duì)于上述變換裝置，在輸入第1及第2電壓指令信號(hào)、以使電流電平各不相同的矩形波第1及第2電流輸出信號(hào)被輸出的同時(shí)，對(duì)此第1及第2電壓指令信號(hào)的、各自達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的值V1、V2進(jìn)行測定，利用將上述第1及第2電流輸出信號(hào)的值I1、I2和上述第1及第2電壓指令信號(hào)各自達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的值V1、V2代入規(guī)定的運(yùn)算式，對(duì)作為上述參數(shù)的上述交流電動(dòng)機(jī)的定子側(cè)電阻R1進(jìn)行計(jì)算。
4.如權(quán)利要求3記載的矢量控制用參數(shù)運(yùn)算方法，其特征在于；上述交流電動(dòng)機(jī)為3相交流電動(dòng)機(jī)，其繞組為星形接法，將此繞組的3個(gè)輸入端子之中的任意2個(gè)一同連接，在此一同連接的端子與余下的另一端子之間加上直流電壓，利用此，實(shí)行上述矩形波電壓脈沖信號(hào)的輸入，在設(shè)上述連接狀態(tài)下的定子側(cè)總電阻為R10時(shí)，上述規(guī)定的運(yùn)算式由下式表示
5.一種矢量控制用參數(shù)運(yùn)算方法，該方法在對(duì)提供給交流電動(dòng)機(jī)電功率的電壓型變換裝置進(jìn)行矢量控制時(shí)，用于預(yù)先將此矢量控制中所用的參數(shù)求出，其特征在于對(duì)于上述變換裝置，在輸入電壓指令信號(hào)、以使矩形波電流輸出信號(hào)被輸出的同時(shí)，在此電壓指令信號(hào)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)之前的期間，僅對(duì)各電壓指令信號(hào)的值進(jìn)行規(guī)定抽樣次數(shù)N的測量，利用將此測量的各電壓指令信號(hào)的值代入規(guī)定的運(yùn)算式，對(duì)作為上述參數(shù)的上述交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)時(shí)間常數(shù)T2及轉(zhuǎn)子側(cè)電阻R2進(jìn)行計(jì)算。
6.如權(quán)利要求5記載的矢量控制用參數(shù)運(yùn)算方法，其特征在于上述交流電動(dòng)機(jī)為3相交流電動(dòng)機(jī)，其繞組為星形接法，將此繞組的3個(gè)輸入端子之中的任意2個(gè)一同連接，在此一同連接的端子與余下的另一端子之間加上直流電壓，利用此，實(shí)行上述矩形波電壓脈沖信號(hào)的輸入，在設(shè)抽樣次數(shù)為N；第j次抽樣的電壓指令信號(hào)的值為Vj；此電壓指令信號(hào)的穩(wěn)態(tài)值為V∞；運(yùn)算系數(shù)為K1時(shí)，用來求上述轉(zhuǎn)子側(cè)時(shí)間常數(shù)T2的規(guī)定運(yùn)算式由下式表示
7.如權(quán)利要求5記載的矢量控制用參數(shù)運(yùn)算方法，其特征在于上述交流電動(dòng)機(jī)為3相交流電動(dòng)機(jī)，其繞組為星形接法，將此繞組的3個(gè)輸入端子之中的任意2個(gè)一同連接，在此一同連接的端子與余下的另一端子之間加上直流電壓，利用此，實(shí)行上述矩形波電壓脈沖信號(hào)的輸入，在設(shè)抽樣次數(shù)為N；第j次抽樣的電壓指令信號(hào)的值為Vj；此電壓指令信號(hào)的穩(wěn)態(tài)值為V∞；運(yùn)算系數(shù)為K2；在上述連接狀態(tài)下的轉(zhuǎn)子側(cè)總電阻為R20時(shí)，用來求上述轉(zhuǎn)子側(cè)電阻R2的規(guī)定運(yùn)算式由下式表示
8.一種矢量控制用電壓型變換裝置，該裝置通過矢量控制向交流電動(dòng)機(jī)提供可變電壓、可變頻率的交流電力，其特征在于具有參數(shù)運(yùn)算電路，用于在運(yùn)轉(zhuǎn)開始實(shí)行之前，對(duì)關(guān)于變換器輸出電流其規(guī)定抽樣次數(shù)的輸出電流值進(jìn)行測量，上述變換器輸出電流是根據(jù)規(guī)定的矩形波變換器電壓脈沖指令信號(hào)的輸入而產(chǎn)生的，根據(jù)此測量，對(duì)上述交流電動(dòng)機(jī)的漏電感Lσ進(jìn)行計(jì)算，另外，對(duì)關(guān)于變換器指令電壓信號(hào)其規(guī)定抽樣次數(shù)的值進(jìn)行測量，上述變換器指令電壓信號(hào)用以使規(guī)定的矩形波變換器電流輸出信號(hào)輸出，根據(jù)此測量，對(duì)上述交流電動(dòng)機(jī)的定子側(cè)電阻R1、上述轉(zhuǎn)子側(cè)時(shí)間常數(shù)T2及上述轉(zhuǎn)子側(cè)電阻R2進(jìn)行計(jì)算，利用由此參數(shù)運(yùn)算電路計(jì)算得到的參數(shù)Lσ、R1、T2、R2之中所需的參數(shù)，實(shí)行上述根據(jù)矢量控制的運(yùn)轉(zhuǎn)。
全文摘要
本發(fā)明旨在提供可以快速且簡便地得到矢量控制用參數(shù)的矢量控制用參數(shù)運(yùn)算方法和可以實(shí)施此方法的電壓型變換裝置。在正式實(shí)行變換運(yùn)轉(zhuǎn)之前,由參數(shù)運(yùn)算電路將參數(shù)運(yùn)算開始指令信號(hào)輸出給變換控制電路。為了計(jì)算漏電感,變換控制電路將矩形波的變換電壓指令信號(hào)輸出給變換電路。變換電路將變換電流輸出信號(hào)輸出給交流電動(dòng)機(jī)。由參數(shù)運(yùn)算電路對(duì)此時(shí)的變換電壓指令信號(hào)及變換電流輸出信號(hào)進(jìn)行測量。然后,用規(guī)定的計(jì)算式,根據(jù)測量的結(jié)果,對(duì)漏電感進(jìn)行計(jì)算。
文檔編號(hào)H02M5/00GK1194492SQ9810569
公開日1998年9月30日 申請日期1998年3月24日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月24日
發(fā)明者楊耕, 余功軍, 川由紀(jì)夫 申請人:春日電機(jī)株式會(huì)社