專(zhuān)利名稱(chēng)：感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，尤其涉及可不依賴(lài)于負(fù)載狀態(tài)地保持感應(yīng)機(jī)最大效率的控制裝置。


圖1是日本專(zhuān)利特開(kāi)昭62-89493號(hào)公報(bào)公開(kāi)的現(xiàn)有的控制裝置結(jié)構(gòu)圖。圖中，1a為反相器，2是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，3是電流檢測(cè)器，21是順變換部，22為電容器，23是逆變換部，24是整流器，25是低流濾波器，26是A/D轉(zhuǎn)換器，27是微電腦控制電路，28是PWM電路。其中，反相器1a是具有電容器22和PWM電路28的公知電壓型PWM反相器，用來(lái)向感應(yīng)電動(dòng)機(jī)2供給電壓可變、頻率可變的三相交流電壓。
圖2是現(xiàn)有感應(yīng)電動(dòng)機(jī)控制裝置中的高效控制方式的動(dòng)作原理說(shuō)明圖。下面參照?qǐng)D2說(shuō)明其動(dòng)作原理首先，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的輸出電流(一次電流)振幅和輸出電壓(一次電壓)振幅的關(guān)系，在負(fù)載轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，如圖2的特性曲線A所示。換言之，若輸入電壓太高，則因勵(lì)磁電流增加導(dǎo)致的一次銅損及鐵損增加而使感應(yīng)電動(dòng)機(jī)效率降低。相反地，若輸出電壓過(guò)度降低，則因轉(zhuǎn)差率增大而增加二次電流，使一次銅損和二次銅損增加降低感應(yīng)電動(dòng)機(jī)效率。且感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的一次電流用勵(lì)磁電流和二次電流的向量和表示，所以在該一次電流最小的部位(圖的B點(diǎn))損失最小。所以，通過(guò)控制一次電壓的振幅，使一次電流的振幅顯示為最小值，就可以以最大效率運(yùn)轉(zhuǎn)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。
下面，對(duì)動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。
首先，若把電流檢測(cè)器3檢測(cè)的一次電流向低通濾波器25輸出，則可輸出一次電流的平均值。然后，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器26將該平均值取入到控制電路27?？刂齐娐?7根據(jù)上述動(dòng)作原理，計(jì)算使一次電流平均值減少的一次電壓指令值，輸出到PWM電路28。結(jié)果，由PWM電路28和反相器1構(gòu)成的電壓型PWM反相器，將與控制電路27輸出的一次電壓指令值一致的一次電壓提供給感應(yīng)電動(dòng)機(jī)2。
現(xiàn)有的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，如上所述，是檢測(cè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的一次電流，以控制一次電壓振幅使其振幅為最小，所以用于控制的信息僅僅是一次電流，所以可用廉價(jià)裝置實(shí)現(xiàn)控制。但是，在可變速運(yùn)轉(zhuǎn)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的情況下，在可變速運(yùn)轉(zhuǎn)中，一次電壓振幅應(yīng)相應(yīng)于電壓型PWM反相器的頻率指令值變化，無(wú)法以使一次電流振幅為最小的方式進(jìn)行控制一次電壓振幅。因此，在現(xiàn)有的控制裝置中，存在在可變速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無(wú)法以最大效率運(yùn)轉(zhuǎn)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的問(wèn)題。
而且，即使在恒速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，也會(huì)因一次電壓振幅變化過(guò)快，使感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的發(fā)生轉(zhuǎn)距變?yōu)榈陀谪?fù)載轉(zhuǎn)矩，而感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速開(kāi)始下降時(shí)，感應(yīng)電壓也與轉(zhuǎn)速成比例減少。結(jié)果，在減小一次電壓振幅時(shí)一次電流振幅也下降，最嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)停機(jī)的問(wèn)題。因此，必須使一次電壓振幅緩慢變化。但是，在恒定旋轉(zhuǎn)時(shí)，如果有頻繁的負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化用途時(shí)，存在無(wú)法跟隨負(fù)載轉(zhuǎn)矩變動(dòng)以最大效率運(yùn)轉(zhuǎn)的問(wèn)題。
本發(fā)明正是為了解決上述問(wèn)題而提出的。其目的在于提供一種檢測(cè)一次電流、以廉價(jià)裝置構(gòu)成，不僅在恒速運(yùn)轉(zhuǎn)而且在加減速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)也能以高效率控制感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，且在負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化劇烈的用途中，也可在無(wú)損控制穩(wěn)定性的狀態(tài)下以高效率運(yùn)轉(zhuǎn)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置。
根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，包括輸出電壓可變頻率可變的交流一次電壓以驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電力轉(zhuǎn)換電路；檢測(cè)從上述電力轉(zhuǎn)換電路向上述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)提供的一次電流的電流檢測(cè)器；根據(jù)上述一次電流和預(yù)先設(shè)定的上述交流一次電壓的頻率指令值計(jì)算第一及第二電流成分的電流成分計(jì)算電路；計(jì)算磁通量指令值，以使上述第一電流成分的二次方與上述第二電流成分的二次方的振幅比為預(yù)定值的磁通量指令計(jì)算電路；根據(jù)上述頻率指令值和上述磁通量指令值計(jì)算一次電壓成分指令值的電壓成分指令計(jì)算電路；以及根據(jù)上述頻率指令值和上述一次電壓成分指令值計(jì)算上述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的一次電壓指令值，并輸出到上述電力轉(zhuǎn)換電路的一次電壓指令計(jì)算電路，上述電流成分計(jì)算電路構(gòu)成為計(jì)算與上述一次電壓成分指令值同相位的第一電流成分以及與其相位偏離90°的第二電流成分。
根據(jù)上述構(gòu)成，不僅在恒速運(yùn)轉(zhuǎn)而且在加減速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)也能以高效率控制感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，且在負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化劇烈的用途中，也可在無(wú)損控制穩(wěn)定性的狀態(tài)下以高效率運(yùn)轉(zhuǎn)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置。并且，因?yàn)榭刂扑璧男畔⒅惶峁┙o感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的一次電流，所以具有能廉價(jià)地構(gòu)成控制裝置的效果。
根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，包括輸出電壓可變頻率可變的交流一次電壓以驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電力轉(zhuǎn)換電路；檢測(cè)從上述電力轉(zhuǎn)換電路向上述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)提供的一次電流的電流檢測(cè)器；根據(jù)上述一次電流和預(yù)先設(shè)定的上述交流一次電壓的頻率指令值計(jì)算第一及第二電流成分的電流成分計(jì)算電路；基于磁束指令指和該磁束指令值的微分來(lái)計(jì)算磁通量微分指令值，以使上述第一電流成分的二次方與上述第二電流成分的二次方的振幅比為預(yù)定值的磁通量指令計(jì)算電路；根據(jù)上述頻率指令值和上述磁通量指令值和上述磁通量微分指令值計(jì)算一次電壓成分指令值的電壓成分指令計(jì)算電路；以及根據(jù)上述頻率指令值和上述一次電壓成分指令值計(jì)算上述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的一次電壓指令值，并輸出到上述電力轉(zhuǎn)換電路的一次電壓指令計(jì)算電路，上述電流成分計(jì)算電路構(gòu)成為計(jì)算與上述一次電壓成分指令值同相位的第一電流成分以及與其相位偏離90°的第二電流成分。
根據(jù)上述構(gòu)成，不僅在恒速動(dòng)轉(zhuǎn)時(shí)而且在加減速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)也能高效率控制感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。而且，在負(fù)載轉(zhuǎn)矩急速變化的用途中，也能提高對(duì)磁通量指令的磁通量響應(yīng)性，以抑制負(fù)載轉(zhuǎn)矩急劇變化時(shí)的過(guò)大的一次電流，而進(jìn)行穩(wěn)定控制，故能以高速率運(yùn)轉(zhuǎn)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。并且，因?yàn)榭刂扑璧男畔⒅惶峁┙o感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的一次電流，所以具有能廉價(jià)地構(gòu)成控制裝置的效果。
根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其中，在上述磁通量指令計(jì)算電路中，設(shè)置有用來(lái)限制磁通量指令值振幅的最大值和最小值中的至少一個(gè)的限制電路。
根據(jù)上述構(gòu)成，在限制其最大值時(shí)，負(fù)載增加時(shí)在最大效率點(diǎn)的一次磁通量振幅增加結(jié)果，因磁性飽和使感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的一次磁通量不能依指定值增加，所以一次電流增加使鐵損增加，因而有防止效率下降的效果。且有限制最小值時(shí)，若在輕負(fù)載使一次磁通量振幅為最小，在負(fù)載轉(zhuǎn)矩急劇變化時(shí)，一次磁通量的變化無(wú)法跟隨負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化，具有防止過(guò)大的一次電流過(guò)渡性流通的效果。
圖1為表示現(xiàn)有感應(yīng)電動(dòng)機(jī)控制裝置的構(gòu)成的框圖；圖2為現(xiàn)有感應(yīng)電動(dòng)機(jī)控制裝置的高效率控制方式的動(dòng)作原理說(shuō)明圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案1的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)控制裝置的整體結(jié)構(gòu)框圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案1的電流成分計(jì)算電路的構(gòu)成框圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案1的磁通量指令計(jì)算電路的構(gòu)成框圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案1的電壓成分指令計(jì)算電路的構(gòu)成框圖；圖7為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案1的一次電壓指令值計(jì)算電路的構(gòu)成框圖；圖8為根據(jù)本發(fā)明的高效率控制方式的動(dòng)作原理說(shuō)明圖；圖9為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案1的和現(xiàn)有控制方式的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)效率特性說(shuō)明圖；圖10為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案1的高效率控制系的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的階段變化響應(yīng)波形示意圖；圖11為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案2的電壓成分指令計(jì)算電路的構(gòu)成框圖；圖12為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案2的高效率控制系的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的階段變化響應(yīng)波形示意圖；圖13為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案3的高效率控制系的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的階段變化響應(yīng)波形示意圖；圖14為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案3的磁通量指令計(jì)算電路的構(gòu)成框圖15為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案3的電壓成分指令計(jì)算電路的構(gòu)成框圖；圖16為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案4的一次電壓指令值計(jì)算電路的構(gòu)成框圖。
下面，為詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施本發(fā)明的最佳方案進(jìn)行描述。
圖3中，1是在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)2前段設(shè)置的輸出電壓可變頻率可變的交流電壓用電力轉(zhuǎn)換電路，該電路由現(xiàn)有裝置中的反相器1和PWM電路28構(gòu)成。2是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，3是電流檢測(cè)器，它們與現(xiàn)有裝置中的完全相同。8是輸出例如由使用者預(yù)先設(shè)定的頻率指令值的頻率指令發(fā)生器。4是根據(jù)頻率指令發(fā)生器8輸出的頻率指令值和向感應(yīng)電動(dòng)機(jī)2提供的一次電流計(jì)算第一和第二電流成分的電流成分計(jì)算電路。5是與電流成分計(jì)算電路4相連、且根據(jù)第一和第二電流成分計(jì)算磁通量指令值的磁通量指令計(jì)算電路。6是與磁通量指令計(jì)算電路5和頻率指令發(fā)生器8相連、以計(jì)算一次電壓成分指令值的電壓成分指令計(jì)算電路。7是與電壓成分指令計(jì)算電路6和頻率指令發(fā)生器8相連、以計(jì)算一次電壓指令值的一次電壓指令計(jì)算電路。
圖4表示上述電流成分計(jì)算電路4的詳細(xì)構(gòu)成框圖。在圖4中，電流成分計(jì)算電路4由連接于電流傳感器3的輸入端子40，41；連接于頻率指令發(fā)生器8的輸入端子42；系數(shù)器43～45；加法器46，55；V/F轉(zhuǎn)換器47；計(jì)數(shù)器48；ROM49；乘法型D/A轉(zhuǎn)換器50，51，53，54及分別連接于減法器52及加法器55的輸出端子56和57的構(gòu)成。
另外，圖51是表示上述磁通量指令計(jì)算電路5的詳細(xì)構(gòu)成的框圖。在圖5中，磁通量指令計(jì)算電路5由連接于電流成分計(jì)算電路4的輸入端子60，61；乘法器62，63；系數(shù)器64；減法器65；積分器66；限制器67及連接于限制器67的輸出端子68構(gòu)成。
另外，圖6是表示上述電壓成分指令計(jì)算電路6的詳細(xì)構(gòu)成的框圖。在圖6中，電壓成分指令計(jì)算電路6由連接于頻率指令發(fā)生器8的輸入端子70；連接于磁通量指令計(jì)算電路5的輸入端子71；系數(shù)器72；乘法器73及連接于乘法器73的輸出端子74構(gòu)成。
另外，圖7是表示上述一次電壓指令計(jì)算電路7的詳細(xì)構(gòu)成的框圖。在圖7中，一次電壓指令值計(jì)算電路7由連接于電壓成分指令計(jì)算電路6的輸入端子75；連接于頻率指令發(fā)生器8的輸入端子76；V/F轉(zhuǎn)換器77；計(jì)數(shù)器78；ROM79；乘法型D/A轉(zhuǎn)換器80，81；系數(shù)器82，83，85，87；加法器84；減法器86；系數(shù)器83；連接于系數(shù)器83的輸出端子88；連接于系數(shù)器85的輸出端子89及連接于系數(shù)器87的輸出端子90構(gòu)成。
在說(shuō)明實(shí)施方案1的動(dòng)作前，先就本發(fā)明的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)高效率控制方式說(shuō)明如下首先，公知的不用檢測(cè)器的可變速控制方式有已知的V/F恒定控制方式。在本控制方式中，用式(1)所示的關(guān)系式控制感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的一次電壓振幅V1V1=φ1·ω1．(1)式中，φ1為一次磁通量振幅，ω1為一次角頻率(=2λf1，f1為一次頻率)。
也就是說(shuō)，如果能使一次電壓振幅V1與一次角頻率W1成正比，就能控制感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的一次磁通量振幅φ1。
下面，說(shuō)明本發(fā)明的電流成分計(jì)算方式。
眾所周知，向感應(yīng)電動(dòng)機(jī)2供應(yīng)的一次電流I1u、I1v、I1w是由直角坐標(biāo)系(a-b坐標(biāo)軸)上的成分I1a、I1b以式(2)的關(guān)系式進(jìn)行變換得到的 而且，還知道a-b坐標(biāo)軸上的電流成分I1a、I1b是一次角頻率ω1旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸(d-q坐標(biāo)軸)上的成分I1d、I1q以式(3)的關(guān)系式變換得到的
I1d=I1acosθ1+I1bsinθ1I1q=-I1asinθ1+I1bcosθ1(其中，θ1=∫ω1dt)(3)另一方面，電壓也有同樣的關(guān)系成立，如以(2)式從(a-b坐標(biāo)軸上的電壓成分V1a、V1b來(lái)求一次電壓V1u、V1v、V1w時(shí)，可導(dǎo)出(4)式 同樣地，利用(3)式從d-q坐標(biāo)上的電壓成分V1d、V1q導(dǎo)出求a-b坐標(biāo)軸上的電壓成分V1a、V1b的關(guān)系式時(shí)，可獲得(5)式V1a= V1dcosθ1-V1qsinθ1(5)V1b= V1dsinθ1+V1qcosθ1因此，從電壓成分指令計(jì)算電路6輸出的一次電壓成分指令值，為q軸上的電壓成分指令值V1q*時(shí)，一次電流的q軸成分I1q就是與一次電壓成分指令值相位相同的電流成分，稱(chēng)為第一電流成分。另外，d軸成分與q軸成分的相位差90°，所以一次電流的d軸成分I1d就是與一次電壓成分指令值相位相差90°的電流成分，稱(chēng)為第二電流成分。
在這里，一次電流的d軸成分I1d和q軸成分I1q可由(2)和(3)式中的一次電流I1u、I1v和一次頻率f1計(jì)算出來(lái)。
另外，已知感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的銅損和電流的三次方成正比。在圖8(a)、(b)中分別示出設(shè)定感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的一次頻率f1為60Hz(恒定)、發(fā)生轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的20％(恒定)，研究一次磁通量振幅φ1變化時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)效率和第一、第二電流成分的二次方的關(guān)系的計(jì)算例。計(jì)算時(shí)，僅考慮了銅損和鐵損。另外，一次電壓成分指令值V1q*可用式(1)求得，且假定由式(4)和(5)求得的一次電壓V1u，V1v和V1w施加在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)上。其中設(shè)V1d*=0。
從圖8可了解，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的效率最大時(shí)，第1電流成分I1q的二次方與第2電流成分I1d的二次方的關(guān)系也可確定。換言之，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的效率在圖中的A點(diǎn)為最大，但此時(shí)，I1q2=62A，I1d2=21A，I1d之二次方對(duì)I1d之二次方振幅比K(=I1d2/I1q2)為0.34(=21/62)。因此，控制一次磁通量振幅φ1使振幅比K為0.34，即可使感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的效率為最大。
如上述，若知一次頻率與發(fā)生轉(zhuǎn)矩，就可求得感應(yīng)電動(dòng)機(jī)效率為最大時(shí)的振幅比K值。而且，從圖8中可知該最大效率點(diǎn)(A點(diǎn))附近的效率變化較為緩和，故K值稍偏離于最大效率點(diǎn)的數(shù)值，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的效率并無(wú)多大變化。從計(jì)算研究一次頻率與發(fā)生轉(zhuǎn)矩變化時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)效率為最大時(shí)的振幅比K值變化結(jié)果，可知K值變化較小。由上所述，可認(rèn)為假定振幅比K值為一定時(shí)在實(shí)用中沒(méi)有問(wèn)題。
振幅比K值為一定(0.34)時(shí)，一次效率f1或發(fā)生轉(zhuǎn)矩變化時(shí)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的效率計(jì)算結(jié)果，如圖9中的實(shí)線表示。圖中，以虛線表示現(xiàn)有的以一次磁通量之振幅φ1為一定額定值的V/F控制時(shí)的效率特性，以供比較。從該圖可知，雖使振幅比K值為一定，但與現(xiàn)有的V/F控制比較，可大幅度改善其輕負(fù)載時(shí)的效率。
另外，根據(jù)本控制方式，因輕負(fù)載時(shí)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的一次磁通量振幅減少，使一次電流減少，故銅損及鐵損減少而提高效率。相反地，負(fù)載增加則使最大效率點(diǎn)的一次磁通量振幅增加。其結(jié)果，由于磁性飽和而感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的一次磁通量未能依指令值增加時(shí)，將使一次電流增加而增加銅損，故發(fā)生效率下降問(wèn)題。因此，最好對(duì)一次磁通量振幅Φ1設(shè)立限制。在圖9中，是把用本發(fā)明控制時(shí)的一次磁通量振幅Φ1*的最大值作為額定值。其結(jié)果，使感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷增加，可在本發(fā)明的控制和現(xiàn)有的V/F控制顯示同樣的效率特性。另外，因后述理由，設(shè)一次磁通量振幅Φ1*為最小值。因此，根據(jù)本發(fā)明控制時(shí)，在極輕負(fù)載時(shí)，使感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的效率下降。
下面，圖10示出負(fù)載轉(zhuǎn)矩以臺(tái)階狀急速變化時(shí)，響應(yīng)波應(yīng)的一例。圖10中，(a)是效率，(b)是轉(zhuǎn)矩，(c)是轉(zhuǎn)速隨時(shí)間變化的關(guān)系。圖中示出的是轉(zhuǎn)速為1760rmp，負(fù)載轉(zhuǎn)矩在10％～30％之間以臺(tái)階狀急劇變化時(shí)的情形。從圖中，可知本發(fā)明的控制方式在負(fù)載轉(zhuǎn)矩急速變化時(shí)也不損害其控制穩(wěn)定性?？蓪?shí)現(xiàn)高效率運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)應(yīng)一次電壓變化的一次磁通量的響應(yīng)，有因感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電感所導(dǎo)致的遲延。因此，在輕負(fù)載時(shí)，若使一次磁通量振幅過(guò)小，則在負(fù)載轉(zhuǎn)矩急速變化時(shí)，因一次磁通量的變化無(wú)法跟隨負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化，存在過(guò)渡性的過(guò)大一次電流流通的問(wèn)題。此時(shí)，可將一次磁通量振幅Φ1*設(shè)定為最小值。
下面，參考圖4至圖7，將上述實(shí)施方案1的動(dòng)作說(shuō)明如下首先，如圖4所示，由電流成分計(jì)算電路4輸出第1及第2電流成分，即，一次電流的q軸成分I1q及d軸成分I1d從電流成分計(jì)算電路4輸出。也就是說(shuō)，由電流檢測(cè)器3經(jīng)輸入端子40及41分別輸入一次電流I1u及I1v時(shí)，由系數(shù)器43～45及加法器46進(jìn)行(2)式的計(jì)算，再?gòu)南禂?shù)器43及加法器46分別輸出一次電流的a軸成分I1a及b軸成分I1b。
另一方面，將頻率指令發(fā)生器8輸出的類(lèi)比量一次頻率指令值f1*經(jīng)輸入端子42輸?shù)絍/F轉(zhuǎn)換器47時(shí)，可獲得頻率與一次頻率指令值f1*成正比的脈沖列信號(hào)，而由計(jì)數(shù)器48求得一次頻率指令值f1*的時(shí)間積分值的數(shù)位量角度θ1，作為存儲(chǔ)sinθ1及cosθ1數(shù)值的RPM49的地址。于是，可從RPM49輸出sinθ1及cosθ1的數(shù)位量。
接著，從系數(shù)器43與加法器46分別輸出的一次電流a軸成分I1a，及b軸成分1b，以及從ROM49輸出的sinθ1及cosθ1數(shù)位量輸?shù)匠朔ㄐ虳/A轉(zhuǎn)換器50，51，53，54進(jìn)行乘法和類(lèi)比轉(zhuǎn)換后，輸?shù)綔p法器52及加法器55，進(jìn)行(3)式計(jì)算，可從輸出端子56及57分別輸出第1及第2電流成分I1q及d軸成分I1d。
接著，如圖5所示，從磁通量指令計(jì)算電路5輸出一次磁通量振幅Φ1*。換言之，從電流成分計(jì)算電路4經(jīng)輸入端子60及61輸入第1及第2電流成分I1q及I1d時(shí)，從乘法器62及63輸出各電流成分的二次方。接著，從乘法器62輸出第1電流成分I1q的二次方值輸?shù)较禂?shù)器64而乘以K倍后，由減法器65求得與第2電流成分I1d二次方值的偏差。再將該偏差輸?shù)椒e分器66輸出一次磁通量指令值Φ1*，由限制器67限制為預(yù)定最小值以下且不是最大值以上值之后，從輸出端子68輸出一次磁通量指令值Φ1*。
接著，如圖6所示，從電壓成分指令計(jì)算電路6輸出一次電壓成分指令值V1q*。換言之，從頻率指令發(fā)生器8經(jīng)輸入端子70輸出的一次頻率指令值f1*輸入系數(shù)值為2π的系數(shù)器72時(shí)，可輸出一次角頻率指令ω1*。接著，從磁通量指令計(jì)算電路5通過(guò)輸入端子71輸出的一次磁通量指令Φ1*及上述一次角頻率指令ω1*，由乘法器74進(jìn)行(1)式的計(jì)算后，從輸出端子74輸出一次電壓成分指令值V1q。
其次，如圖7所示，從一次電壓指令值計(jì)算電路7輸出一次電壓指令值值V1u*，V1v*，V1w*。換言之，從電壓成分指令計(jì)算電路6經(jīng)由輸入端子75將一次電壓成分指令值V1q*輸入。另一方面，從頻率指令發(fā)生電路8經(jīng)輸入端子76輸入一次頻率指令值f1*時(shí)，可由與上述電流成分計(jì)算電路4一樣動(dòng)作，從ROM79輸出sinθ1及cosθ1的數(shù)位值。
然后，將一次電壓成分指令值V1q*，sinθ1及cosθ1的數(shù)位值輸入乘法型D/A轉(zhuǎn)換器80，81進(jìn)行乘法計(jì)算、類(lèi)比變換，則可進(jìn)行(5)式計(jì)算輸出一次電壓之a(chǎn)軸及b軸成分指令值V1a*，V1b*。此時(shí)，一次電壓的d軸成分指令值V1d*之值為0。接著，由系數(shù)器82，83，85，87，加法器84，減法器86進(jìn)行(4)式計(jì)算，從輸出端子88至90分別輸出一次電壓指令值V1u*，V1v*，V1w*。
接著，將該一次電壓指令值V1u*，V1v*，V1w*輸入電力轉(zhuǎn)換電路1，則可由常規(guī)操作進(jìn)行控制使施加于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)2的一次電壓實(shí)際值分別跟隨一次電壓指令。
由上述動(dòng)作，得以控制為使感應(yīng)電動(dòng)機(jī)2的一次磁通量振幅Φ1跟隨于磁通量指令計(jì)算電路5輸出的指令值Φ1*。其結(jié)果，可將第1電流成分I1q的二次方和第2電流成分I1d的二次方振幅比控制為可滿足(6)式的關(guān)系。I1d2I1q2=K--------------(6)]]>實(shí)施方案2
另外，在一次頻率f1低的范圍內(nèi)，存在因感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的一次卷線電阻R1的電壓降低，無(wú)法按指令值控制一次磁通量振幅Φ1，從而不能獲得所希望的效率改善的效果的問(wèn)題。在這種情況下，可把電壓指令計(jì)算電路6的構(gòu)成改變成如圖11所示，由電流成分計(jì)算電路4輸出的第一和第二電流成分I1q和I1d補(bǔ)償上述電壓降低部分。
換言之，在圖11所示框圖的電壓成分指令計(jì)算電路6a中，從電流成分計(jì)算電路4經(jīng)輸入端子91，92輸出的第1及第2電流成分I1q及I1d，被分別輸入具有與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)2的一次卷線電阻R1相等系數(shù)值的系數(shù)器93，94，求得一次卷線電阻R1導(dǎo)致的電壓低減量R1I1q，R1I1d。然后，從乘法器73輸出的q軸電壓成分指令值(與圖6中電壓成分指令計(jì)算電路輸出的一次電壓成分指令值相同的電壓)及系數(shù)器93輸出的一次線圈電阻R1的電壓下降量R1I1q，由加法器95相加為q軸一次電壓成分指令值V1q，由輸出端子96輸出。另一方面，由一次線圈電阻R1導(dǎo)致的電壓下降量R1I1d作為d軸一次電壓成分指令值V1d*從輸出端子97輸出。
另外，該q軸及d軸的一次電壓成分指令值V1q*，V1d*輸?shù)揭淮坞妷褐噶钣?jì)算電路7，用(4)式及(5)式的關(guān)系式變換為一次電壓指令值V1u*，V1v*，V1w*，輸?shù)诫娏D(zhuǎn)換電路1。實(shí)施方案3下面，對(duì)本發(fā)明實(shí)施方案3的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)控制裝置進(jìn)行說(shuō)明。圖12為在實(shí)施方案1中負(fù)載轉(zhuǎn)矩以較大幅度急速變換時(shí)的響應(yīng)波形的一例，其中(a)是效率，(b)是轉(zhuǎn)矩，(c)是轉(zhuǎn)速，(d)是一次電流隨時(shí)間的變化。圖中表示的是轉(zhuǎn)速900rpm時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩以臺(tái)階狀從0％快速增至80％時(shí)的情形。
若一次磁通量指令值Φ1*的最小值過(guò)小，則如上所述有過(guò)渡性的過(guò)大電流流過(guò)。因此，負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化幅度較大時(shí)，為改善過(guò)渡響應(yīng)，可從磁通量指令計(jì)算電路5輸出磁通量指令值Φ1*加上磁通量微分指令值SΦ1*，電壓成分指令計(jì)算電路6根據(jù)一次頻率指令值f1*及上述Φ1*及SΦ1*補(bǔ)償該微分項(xiàng)磁通量即可。在同步于磁通量Φ1*旋轉(zhuǎn)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)座標(biāo)軸上，有下式成立
V1d=R1I1d+SΦ1V1q=R1I1q+ωΦ1(7)其中S是微分計(jì)算子(拉普拉斯計(jì)算子)。
對(duì)一次電壓的d軸成分指令值V1d*考慮磁通量微分指令值，即可提高磁通量Φ1的響應(yīng)。因此，能抑制負(fù)載轉(zhuǎn)矩急速變化時(shí)的過(guò)大一次電流，提高旋轉(zhuǎn)速度的響應(yīng)性。
圖13表示與圖12同樣的負(fù)載變動(dòng)時(shí)的d軸一次電壓成分指令值V1d*，考慮磁通量微分指令值后的本發(fā)明實(shí)施方案3的裝置中的響應(yīng)波形的一例。圖13中，(a)是效率，(b)是轉(zhuǎn)矩，(c)是轉(zhuǎn)速，(d)是一次電流隨時(shí)間的變化。與圖12比較可知，若考慮d軸一次電壓成分指令值V1d*磁通量微分指令值，可抑制負(fù)載轉(zhuǎn)矩快速變化時(shí)的過(guò)大一次電流，還可提高轉(zhuǎn)速的響應(yīng)性。
圖14是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案3的磁通量指令計(jì)算電路5b的框圖，圖14中，101是一次遲延計(jì)算器，102是磁通量微分指令值輸出端子。其它構(gòu)成與實(shí)施方案1相同，不再贅述。
若磁通量微分指令值SΦ1*處于未由限制器67限制的范圍內(nèi)時(shí)，積分器66的輸入和磁通量指令值Φ1*的微分值成正比。因此，依積分器66的輸入(即減法器65的輸出)可求出磁通量微分指令值。
由一次遲延計(jì)算器101輸入乘以K倍后的第1之電流成分I1q的二次方值和第2電流成分I1d的二次方的偏差，進(jìn)行下式所示的一次遲延計(jì)算。
SΦ1*=Kx/(1+TxS)U1(8)式中U1為減法器65的輸出Kx為增益設(shè)定值Tx為時(shí)間常數(shù)設(shè)定值然后，將一次遲延計(jì)算器101的計(jì)算結(jié)果，作為磁通量微分指令值SΦ1*從輸出端子102輸出。
圖15表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案3的電壓成分指令計(jì)算電路6b的框圖。在圖15中，110為磁通量微分指令值輸入端子，111是d軸一次電壓成分指令值輸出端子。其他構(gòu)成都和實(shí)施方案1相同，因此省略其說(shuō)明。
如上所述，d軸及q軸的一次電壓成分指令值V1d*，V1q*從輸出端子111，74輸出。然后，該q軸及d軸一次電壓成分指令值V1d*，V1q*與上述實(shí)施形態(tài)2一樣變換為一次電壓指令值V1u*，V1v*，V1w*，輸向電力變換電路1。
由此，可提高對(duì)磁通量指令的磁通量響應(yīng)性，以抑制負(fù)載轉(zhuǎn)矩急速變化時(shí)的過(guò)大一次電流。實(shí)施方案4另外，若一次頻率指令值f1在較低范圍內(nèi)，在因感應(yīng)電動(dòng)機(jī)一次線圈電阻R1的電壓下降導(dǎo)致一次磁通量振幅Φ1*無(wú)法根據(jù)指令值控制，而不能獲得所希望的效率改善的效果時(shí)，可將上述實(shí)施方案3的電壓成分指令計(jì)算電路6b的構(gòu)成變成如圖16所示，則可與實(shí)施方案2一樣，由電流成分計(jì)算電路4輸出的第1及第2電流成分I1q及1d補(bǔ)償上述電壓下降部分。在圖16中，120為連接于磁通量指令計(jì)算電路5b的輸入端子，121、122為加法器，123為q軸一次電壓成分指令值輸出端子，124為d軸一次電壓成分指令值輸出端子。其他構(gòu)成都和實(shí)施方案2的圖11相同，因此省略其說(shuō)明。
可由加法器121修正(8)式中因一次電阻導(dǎo)致的q軸電壓下降R1I1q，也可用加法器122修正(7)式中，因一次電阻導(dǎo)致的q軸電壓下降量R1I1d。
由此可修正感應(yīng)電動(dòng)機(jī)因一次電阻R1導(dǎo)致的電壓下降量，因此，若一次頻率指令值f1*在低范圍內(nèi)，可依指令值控制一次磁通量振幅Φ1*以獲得希望的效率改善效果，同時(shí)，也可抑制負(fù)載轉(zhuǎn)矩急速變化時(shí)的過(guò)大一次電流。
另外，在上述各實(shí)施方案中，都是對(duì)將本發(fā)明用于V/F恒定控制的場(chǎng)合進(jìn)行說(shuō)明的，但本發(fā)明也可適用于其它控制，如控制感應(yīng)電動(dòng)機(jī)馬達(dá)的磁通量的向量控制或一次磁通量恒定控制等。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)控制裝置，是在加速運(yùn)轉(zhuǎn)和負(fù)載轉(zhuǎn)矩急速變化等時(shí)，也能適于將其效率保持為最大的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)控制裝置。
權(quán)利要求
1．一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，包括輸出電壓可變頻率可變的交流一次電壓以驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電力轉(zhuǎn)換電路；檢測(cè)從上述電力轉(zhuǎn)換電路向上述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)提供的一次電流的電流檢測(cè)器；根據(jù)上述一次電流和預(yù)先設(shè)定的上述交流一次電壓的頻率指令值計(jì)算第一及第二電流成分的電流成分計(jì)算電路；計(jì)算磁通量指令值，以使上述第一電流成分的二次方與上述第二電流成分的二次方的振幅比為預(yù)定值的磁通量指令計(jì)算電路；根據(jù)上述頻率指令值和上述磁通量指令值計(jì)算一次電壓成分指令值的電壓成分指令計(jì)算電路；以及根據(jù)上述頻率指令值和上述一次電壓成分指令值計(jì)算上述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的一次電壓指令值，并輸出到上述電力轉(zhuǎn)換電路的一次電壓指令計(jì)算電路，上述電流成分計(jì)算電路構(gòu)成為計(jì)算與上述一次電壓成分指令值同相位的第一電流成分以及與其相位偏離90°的第二電流成分。
2．如權(quán)利要求1所述的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其中，在上述磁通量指令計(jì)算電路中，設(shè)置有用來(lái)限制磁通量指令值振幅的最大值和最小值中的至少一個(gè)的限制電路。
3．一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，包括輸出電壓可變頻率可變的交流一次電壓以驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電力轉(zhuǎn)換電路；檢測(cè)從上述電力轉(zhuǎn)換電路向上述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)提供的一次電流的電流檢測(cè)器；根據(jù)上述一次電流和預(yù)先設(shè)定的上述交流一次電壓的頻率指令值計(jì)算第一及第二電流成分的電流成分計(jì)算電路；基于磁束指令指和該磁束指令值的微分來(lái)計(jì)算磁通量微分指令值，以使上述第一電流成分的二次方與上述第二電流成分的二次方的振幅比為預(yù)定值的磁通量指令計(jì)算電路；根據(jù)上述頻率指令值、上述磁通量指令值和上述磁通量微分指令值計(jì)算一次電壓成分指令值的電壓成分指令計(jì)算電路；以及根據(jù)上述頻率指令值和上述一次電壓成分指令值計(jì)算上述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的一次電壓指令值，并輸出到上述電力轉(zhuǎn)換電路的一次電壓指令計(jì)算電路，上述電流成分計(jì)算電路構(gòu)成為計(jì)算與上述一次電壓成分指令值同相位的第一電流成分以及與其相位偏離90°的第二電流成分。
4.如權(quán)利要求3所述的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其中，在上述磁通量指令計(jì)算電路中，設(shè)置有用來(lái)限制磁通量指令值振幅的最大值和最小值中的至少一個(gè)的限制電路。
全文摘要
一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置,包括:電力轉(zhuǎn)換電路1、電流檢測(cè)器3、計(jì)算第一和第二電流成分的電流成分計(jì)算電路4、計(jì)算磁通量指令值以使第一電流成分的二次方與第二電流成分的二次方的振幅比為預(yù)定值的磁通量指令計(jì)算電路5、計(jì)算一次電壓成分指令值的電壓成分指令計(jì)算電路6、以及一次電壓指令計(jì)算電路7、且上述電流成分計(jì)算電路4構(gòu)成為用來(lái)計(jì)算與上述一次電壓成分指令值同相位的第一電流成分、以及與其相位偏離90°的第二電流成分。
文檔編號(hào)H02P27/06GK1287709SQ99801935
公開(kāi)日2001年3月14日 申請(qǐng)日期1999年9月27日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月29日
發(fā)明者金原義彥, 奧山美保, 小山正人, 桜井壽夫 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社