專(zhuān)利名稱(chēng)：電動(dòng)機(jī)控制裝置以及采用它的產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)電動(dòng)機(jī)的電流來(lái)進(jìn)行向量控制的交流電流檢測(cè)、控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
一般，進(jìn)行向量控制的帶有變換器的電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速控制的方法是首先，決定與負(fù)載相對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，計(jì)算出與該轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的輸出電壓，對(duì)這樣計(jì)算出的輸出電壓以及根據(jù)檢測(cè)電流而計(jì)算出的輸出電壓進(jìn)行比較，再根據(jù)該比較結(jié)構(gòu)，進(jìn)行控制，使根據(jù)檢測(cè)電流而計(jì)算出的輸出電壓達(dá)到與轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的輸出電壓。
而且，這時(shí)，檢測(cè)出電動(dòng)機(jī)的各相電流，根據(jù)該檢測(cè)結(jié)果，來(lái)計(jì)算輸出電壓，根據(jù)該計(jì)算結(jié)果來(lái)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行向量控制。
所以，如上所述，為了準(zhǔn)確地進(jìn)行控制，必須精密地檢測(cè)出電動(dòng)機(jī)的相電流值。
以下說(shuō)明根據(jù)該檢測(cè)電流來(lái)進(jìn)行向量控制的過(guò)去的交流電流檢測(cè)裝置以及采用它的系統(tǒng)。
首先，說(shuō)明過(guò)去的一個(gè)例子，由利用霍爾效應(yīng)的昂貴的電流檢測(cè)器來(lái)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的電流值，根據(jù)該檢測(cè)結(jié)果來(lái)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行向量控制。
但是，這種電流檢測(cè)器雖然能適應(yīng)從低頻到高頻的大幅度頻率變化，但必須具有用霍爾效應(yīng)進(jìn)行檢測(cè)所需的基板電路，因此，由于該基板電路的影響而產(chǎn)生雜波，由于雜波而產(chǎn)生各種故障。
并且，其他的過(guò)去的交流電流檢測(cè)裝置，如圖16所示，有特開(kāi)2001-33494號(hào)公報(bào)，該裝置因采用商用電源頻率變流器(ACCT)，所以，在該變流器的初級(jí)線圈上產(chǎn)生的磁通對(duì)次級(jí)線圈產(chǎn)生影響。
因此，為了消除這種影響，在結(jié)構(gòu)上輔助線圈與次級(jí)線圈串聯(lián)連接，而且，通過(guò)鐵心與初級(jí)線圈相并聯(lián)，并且，用運(yùn)算放大器(ICI)對(duì)該輔助線圈的電壓進(jìn)行放大后加到次級(jí)線圈上，利用因加在該次級(jí)線圈上而產(chǎn)生的次級(jí)線圈線磁通來(lái)消除初級(jí)線圈的磁通，防止初級(jí)線圈的磁通影響。
但是，盡管采用這種結(jié)構(gòu)，若頻率徐徐下降，電流增大，則磁通變化比例下降，接近磁飽和狀態(tài)，于是不能準(zhǔn)確地檢測(cè)出電流，所以，不能進(jìn)行精密控制。例如，盡管也與電動(dòng)機(jī)和變流器的規(guī)格有關(guān)，但在10Hz以下若出現(xiàn)超過(guò)10A的大電流，則如上所述，幾乎沒(méi)有磁通變化，達(dá)到磁飽和狀態(tài)，由于這種磁性影響，而不能準(zhǔn)確地檢測(cè)出馬達(dá)電流，所以，其結(jié)果是不能進(jìn)行精密的控制。
因此，這種裝置，為了在控制頻率范圍內(nèi)，尤其在低頻范圍內(nèi)也能精確地進(jìn)行檢測(cè)，如前所述，需要在變流器內(nèi)設(shè)置輔助線圈，還需要昂貴的運(yùn)算放大器(ICI)，以便放大變流器的輸出電壓。
如上所述，過(guò)去的交流電流檢測(cè)、控制系統(tǒng)，存在的問(wèn)題是結(jié)構(gòu)零件多，成本高。并且，由于基板電路雜波而產(chǎn)生故障。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于取得結(jié)構(gòu)零件少，能精密地檢測(cè)出電流，進(jìn)行向量控制的經(jīng)濟(jì)型交流電流檢測(cè)、控制系統(tǒng)。
其目的還在于取得即使在低頻范圍內(nèi)也能精密地檢測(cè)出電流進(jìn)行控制的可靠性高的交流電流檢測(cè)、控制系統(tǒng)。
其目的還在于取得消除初始?xì)埩舻拇磐?，進(jìn)行向量控制的可靠性高的交流電流檢測(cè)控制系統(tǒng)。
本發(fā)明裝置，包括變換裝置；電動(dòng)機(jī)，其與該變換裝置相連接，根據(jù)該裝置的輸出電壓進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；變流器，其設(shè)置在該電動(dòng)機(jī)和上述變換裝置之間，用于檢測(cè)上述電動(dòng)機(jī)的電流；以及微型計(jì)算機(jī)，它連接在該變流器的次級(jí)側(cè)從該次級(jí)側(cè)，電流中預(yù)測(cè)出該初級(jí)側(cè)電流，根據(jù)該預(yù)測(cè)結(jié)果來(lái)控制上述輸出電壓。
上述微型計(jì)算機(jī)，根據(jù)來(lái)自已變換裝置的決定上述電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)位置的電流值，以及供給到該電動(dòng)機(jī)內(nèi)的電流波形的波形回折點(diǎn)的基準(zhǔn)電流值，對(duì)上述次級(jí)側(cè)電流進(jìn)行校正，根據(jù)該校正結(jié)果來(lái)預(yù)測(cè)上述初級(jí)側(cè)電流。
并且，當(dāng)上述微機(jī)對(duì)上述次級(jí)側(cè)電流進(jìn)行校正時(shí)，對(duì)上述電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)位置進(jìn)行決定的電流值，以及供給到該電動(dòng)機(jī)內(nèi)的電流波形的初始回折點(diǎn)的基準(zhǔn)電流值，二者相連結(jié)的直線被用于進(jìn)行校正。
并且，當(dāng)上述微機(jī)對(duì)上述次級(jí)側(cè)電流進(jìn)行校正時(shí)，對(duì)上述電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)位置進(jìn)行決定的電流值，以及供給到該電動(dòng)機(jī)內(nèi)的電流波形的初始回折點(diǎn)的基準(zhǔn)電流值，二者沿著供給到上述電動(dòng)機(jī)內(nèi)的電流波形進(jìn)行連結(jié)，根據(jù)該連結(jié)線來(lái)進(jìn)行校正。
并且，上述次級(jí)線圈的電感(mH)大于該次級(jí)線圈的繞線電阻(Ω)。
并且，本發(fā)明裝置，包括，變換裝置；電動(dòng)機(jī)，其與該變換裝置相連接，根據(jù)該裝置的輸出電壓進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；變流器，其設(shè)置在該電動(dòng)機(jī)和上述變換裝置之間，用于檢測(cè)上述電動(dòng)機(jī)的電流；以及微型計(jì)算機(jī)，它連接在該變流器的次級(jí)側(cè)，用于控制上述輸出電壓。
上述微機(jī)利用上述變換裝置來(lái)使消磁電流流入到上述變流器的初級(jí)線圈內(nèi)，把上述變流器鐵心的剩余磁通消除后進(jìn)行控制。
并且，上述微機(jī)在消除了上述變流器鐵心的剩余磁通后的設(shè)定時(shí)間之后對(duì)上述輸出電壓進(jìn)行控制。
并且，上述微機(jī)對(duì)上述輸出電壓進(jìn)行控制，使上述初級(jí)電流的頻率達(dá)到20Hz以上。
并且，產(chǎn)品利用了上述各電動(dòng)機(jī)控制裝置中的某一個(gè)。
并且，上述產(chǎn)品是空調(diào)機(jī)等冷卻裝置。


圖1是涉及本發(fā)明的第1～第3實(shí)施例的概要構(gòu)成圖。
圖2是涉及本發(fā)明的第1實(shí)施例～第3實(shí)施例的變流器的概要電路圖。
圖3是涉及本發(fā)明的第1實(shí)施例的檢測(cè)電流波形、直線校正波形和實(shí)際電流波形的關(guān)系圖。
圖4是涉及本發(fā)明的第1實(shí)施例或第3實(shí)施例的正弦電流波形驅(qū)動(dòng)圖。
圖5是涉及本發(fā)明的第1實(shí)施例檢測(cè)電流波形、曲線校正波形和實(shí)際電流波形的關(guān)系圖。
圖6是涉及本發(fā)明的第1實(shí)施例的檢測(cè)電流波形的詳圖。
圖7是涉及本發(fā)明的第1實(shí)施例的檢測(cè)電流、直線校正檢測(cè)電流、檢測(cè)校正電波的波形關(guān)系圖。
圖8是涉及本發(fā)明的第1實(shí)施例的檢測(cè)電流、曲線校正電流、檢測(cè)校正電波的波形關(guān)系圖。
圖9是涉及本發(fā)明的第2實(shí)施例的采用變換裝置驅(qū)動(dòng)時(shí)的程序圖。
圖10是涉及本發(fā)明的第2實(shí)施例的變流器的實(shí)用區(qū)域圖。
圖11是涉及本發(fā)明的第2實(shí)施例的消磁程序的一例圖。
圖12是涉及本發(fā)明的第2實(shí)施例的變流器的磁通變化圖。
圖13是涉及本發(fā)明的第3實(shí)施例的頻率變化圖。
圖14是涉及本發(fā)明的第3實(shí)施例的變流器的鐵心材料的導(dǎo)磁率、相位偏差和成本的關(guān)系圖。
圖15是涉及本發(fā)明的第3實(shí)施例的變流器電感L2(mH)和線圈電阻R2(Ω)的關(guān)系圖。
圖16是現(xiàn)有技術(shù)的頻率變化圖。
圖17是現(xiàn)有技術(shù)的頻率變化圖。
具體實(shí)施例方式以下說(shuō)明本發(fā)明的第1實(shí)施例。
而且，圖1是該第1實(shí)施例的電路概要結(jié)構(gòu)圖。圖2是該圖1的商用電源變流器的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。
在該圖1和圖2中，1是變換裝置，2是商用變流器，該變流器2由以下3部分構(gòu)成由變換裝置1的輸出電壓驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)的實(shí)際電流(被檢測(cè)電流)所流過(guò)的初級(jí)線圈2a、用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的鐵心2b、以及、通過(guò)該鐵心2b而與初級(jí)線圈2a進(jìn)行磁性耦合的次級(jí)線圈2c，該變流器用于預(yù)測(cè)電動(dòng)機(jī)的電流。
并且，3是次級(jí)線圈2c并聯(lián)連接的檢測(cè)電阻(Rf)，4是微機(jī)(包括DSP)，它被連接在該檢測(cè)電阻3任一邊的一端上，對(duì)該檢測(cè)電阻的電流進(jìn)行檢測(cè)，從檢測(cè)電流中計(jì)算出由變換裝置控制的電動(dòng)機(jī)的電流(實(shí)際電流)，即該被檢測(cè)電流，根據(jù)該計(jì)算結(jié)果，來(lái)控制壓縮機(jī)等的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，5是電動(dòng)機(jī)。
其次，在該圖1中，若設(shè)被檢測(cè)電流、即流過(guò)初級(jí)線圈1的電流為In，設(shè)初級(jí)線圈2a的匝數(shù)為L(zhǎng)1，次級(jí)線圈2C的匝數(shù)為L(zhǎng)2，檢測(cè)電阻3的阻值為Rf，從該檢測(cè)電阻3中輸出后又輸入到微機(jī)4內(nèi)的檢測(cè)電流的檢測(cè)電壓信號(hào)為Out1，該檢測(cè)電壓Out1經(jīng)微機(jī)4進(jìn)行校正后的檢測(cè)校正電壓信號(hào)為Out2，則它們的相互關(guān)系如下所示。
也就是說(shuō)，在沒(méi)有漏電感和鐵損等的理想變流器的情況下，Out1是對(duì)初級(jí)側(cè)的被檢測(cè)電流In，乘上初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)的匝數(shù)比L1/L2后的輸出的電流值，再乘上檢測(cè)電阻Rf后而輸出的兩端電壓，所以由下式表示。
Out1＝In×(L1/L2)×Rf………(1)所以，這時(shí)，Rf、L1、L2、的值取決于變流器2和檢測(cè)電阻3的技術(shù)規(guī)格，是已知的，因此，若檢測(cè)出對(duì)檢測(cè)電阻3的電壓Out1，則通過(guò)上式(1)能求出被檢測(cè)電流In。
而且，這時(shí)，由于變流器2用于檢測(cè)50Hz或60Hz的商用電源線路的輸入電流，所以對(duì)50Hz或60Hz左右(±10％以內(nèi))的商用電源電流，沒(méi)有磁性影響，實(shí)際電流值和檢測(cè)電流值之間沒(méi)有差別，因此，能精密地求出被檢測(cè)電流。
但是，對(duì)于頻率低于50Hz的電流，鐵心產(chǎn)生磁飽和，受其影響，使電流相位和電平在輸入側(cè)(初級(jí)側(cè))和輸出側(cè)(次級(jí)側(cè))產(chǎn)生差異，不能精密地檢測(cè)電流，所以，其結(jié)果不能求出準(zhǔn)確的被檢測(cè)電流，因此必須采取措施。
而且，以下在說(shuō)明措施之前先詳細(xì)說(shuō)明不能精密檢測(cè)出檢測(cè)電流和被檢測(cè)電流的動(dòng)作。
首先，為了根據(jù)轉(zhuǎn)速和負(fù)載來(lái)對(duì)變換裝置1的輸出電壓的向量進(jìn)行控制，如圖3所示，在時(shí)刻0到t0之間，為固定馬達(dá)位置所需的直流電流通過(guò)，但是，在通過(guò)該直流電流期間，電流值是不變的，是一定的，所以，其結(jié)果檢測(cè)電流為零，檢測(cè)電阻3的兩端電壓也為零伏。
但是，實(shí)際上，如上所述，為了固定電動(dòng)機(jī)的位置，流過(guò)了I0安培的直流電流，所以，檢測(cè)電流和被檢測(cè)電流檢測(cè)出零安培值是一種錯(cuò)誤，因此，不能準(zhǔn)確地檢測(cè)出檢測(cè)電流和被檢測(cè)電流。
并且，如果在該時(shí)刻t0以后仍會(huì)使切換后的交流電流頻率變化到商用電源頻率以上，那么，一般，檢測(cè)電流從切換時(shí)(t0以后)起逐漸接近實(shí)際電流(被檢測(cè)電流)，如圖3所示，雖然，基準(zhǔn)電流值的零安培(t0)通過(guò)后的下降時(shí)的最大值(時(shí)刻t2)或者上升時(shí)的最小值，幾乎與實(shí)際電流(被檢測(cè)電流)相同，但在此之前的從時(shí)刻t0到t2之間，檢測(cè)電流和實(shí)際電流(被檢測(cè)電流)進(jìn)行不同的動(dòng)作，所以，不能準(zhǔn)確地從檢測(cè)電流中求出被檢測(cè)電流。
也就是說(shuō)，即使在時(shí)刻t0從直流切換到交流電流上，從檢測(cè)電流中檢出實(shí)際電流(被檢測(cè)電流)，也是如前所述，檢測(cè)電流，并非立即與被檢測(cè)電流相一致，所以不能準(zhǔn)確地從檢測(cè)電流中求出被檢測(cè)電流，因此，如下所述，對(duì)檢測(cè)電流進(jìn)行校正，從該被校正的電流值中求出被檢測(cè)電流，根據(jù)已求出的結(jié)果，來(lái)控制變換器的輸出電壓，控制電動(dòng)機(jī)5的轉(zhuǎn)速。
換言之，在該第1實(shí)施例中，首先使預(yù)先設(shè)定的直流電流按規(guī)定時(shí)間通過(guò)馬達(dá)線圈，把馬達(dá)強(qiáng)制性地固定在與該直流電流相對(duì)應(yīng)的角度上，決定馬達(dá)的位置，在該初始位置決定后，從該固定角度起按任意的設(shè)定頻率開(kāi)始控制運(yùn)轉(zhuǎn)。
而且，這時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)電流波形，如圖4所示，形成了3相中各個(gè)相位分別偏移120度的正弦波，即如果電動(dòng)機(jī)的現(xiàn)在角度位置是已知的，那么電流波形即可決定的3相電流波形的理想圖形。所以，很容易預(yù)測(cè)檢出。
并且，若設(shè)這時(shí)的馬達(dá)線圈阻值為R，馬達(dá)電感成分為L(zhǎng)，初始固定用的輸出電壓為V，則這時(shí)固定馬達(dá)的直流電流值能從V/R中求出，因?yàn)殡姼谐煞挚梢院雎圆挥?jì)。
而且，這時(shí)，如上所述，從直流切換到交流電流時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率和初始固定角度是已知的，并且，t0時(shí)的直流電流值I0安培(圖5中I0＜0)，換言之，初始的被檢測(cè)電流(實(shí)際電流值)也是已知的，再者，到起動(dòng)后的最大電流值或最小電流值為止的時(shí)刻(從圖3的t0到t2的時(shí)間)也可以算出，所以，其結(jié)果如圖5所示，對(duì)各檢測(cè)電流的各個(gè)校正值也可以求出。
也就是說(shuō)，例如，若初始角度為0度，運(yùn)轉(zhuǎn)頻率為1Hz，則1秒為一個(gè)周期，在1個(gè)周期內(nèi)從0度變化到360度，所以，若從圖4的3相電流的U相來(lái)看，則通過(guò)電流零后的最大值或最小值(圖4的U相中為最小值)為180度，達(dá)到該角度的時(shí)間，換言之，實(shí)際電流達(dá)到和檢測(cè)電流大體一致的時(shí)間，計(jì)算出為0.5秒，而且，如前所述，為決定馬達(dá)位置而施加的初始電流值I0也是已知的，所以，如圖5所示，能求出對(duì)各檢測(cè)電流的各個(gè)校正電流值h。
而且，以上的說(shuō)明在其他相內(nèi)也是一樣，所以同樣，可分別求出各相的校正值h。
所以，當(dāng)把該圖的任意坐標(biāo)設(shè)定為(t，I)時(shí)，從直流向交流的切換定時(shí)點(diǎn)為(t0，I0)，通過(guò)電流零后的最大值或最小值點(diǎn)為(t2，0)，所以，把連結(jié)這些點(diǎn)的直線的電流值(校正值)加到檢測(cè)電流上，進(jìn)行校正，使其大致接近實(shí)際電流(被檢測(cè)電流)，大體上能準(zhǔn)確地求出實(shí)際電流(被檢測(cè)電流)，對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。
也就是說(shuō)，如圖7所示，若把校正電流h加在檢測(cè)電流Ik(相當(dāng)于圖2的Out1)上后所得的電流值作為校正檢測(cè)電流Ih，則Ih＝IK+h，把已知的檢測(cè)電流IK和校正電流h代入該式內(nèi)，求出校正檢測(cè)電流Ih，根據(jù)該求出的結(jié)果，利用下式(2)，求出大致接近于實(shí)際電流Ir的被檢測(cè)電流In，進(jìn)行控制。
也就是說(shuō)，在上述式(1)中，代入校正檢測(cè)電流Ih，以取代檢測(cè)電流IK(圖2的Out1)，作為式(2)，從該式(2)中求出被檢測(cè)電流In，根據(jù)該結(jié)果進(jìn)行控制。
Ih＝In×(L1/L2)×Rf……(2)而且，圖7的IK是檢測(cè)電流，Ir是實(shí)際電流(被檢測(cè)電流)，h是校正電流，Ih是校正檢測(cè)電流。
如上所述，從對(duì)電動(dòng)機(jī)位置進(jìn)行固定的直流向交流電流切換時(shí)的各相的切換電流，預(yù)先進(jìn)行設(shè)定，是已知的，而且，檢測(cè)電流與被檢測(cè)電流大體相一致的時(shí)刻(各相的最大或最小電流值)，換言之，不需要校正的時(shí)刻是可以預(yù)測(cè)的，不需要該校正的基準(zhǔn)電流(零電流值)是已知的，所以，根據(jù)這些設(shè)定電流值以及檢測(cè)電流大體上與被檢測(cè)電流相一致，不需要校正的基準(zhǔn)電流(零電流值)，求出校正電流值，把這樣求出的校正電流值加到檢測(cè)電流上，即可基本上準(zhǔn)確地求出被檢測(cè)電流，所以，能獲得一種成本低，可靠性高的電動(dòng)機(jī)控制裝置，它用較少的結(jié)構(gòu)零件就能很精密地從檢測(cè)電流中檢出實(shí)際電流(被檢測(cè)電流)并對(duì)其進(jìn)行控制。
再者，在以上的說(shuō)明中，對(duì)次級(jí)電流進(jìn)行校正的方法是利用對(duì)以下兩種電流值進(jìn)行連結(jié)的直線；一種是來(lái)自變換裝置的決定電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)位置的電流值；另一種是供給到該電動(dòng)機(jī)內(nèi)的電流波形的波形回折點(diǎn)的基準(zhǔn)電壓值，也就是說(shuō)是連結(jié)點(diǎn)1(t0、I0)和點(diǎn)2(t2、0)的直線。下面進(jìn)一步說(shuō)明精密地預(yù)測(cè)和檢出電流所用的方法。
首先，如圖5所示，在時(shí)刻0到t0為了把電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子固定到規(guī)定的角度上而施加了電流I0。
而且，若這時(shí)的電流I0是圖4的V相0度的電流，則與其相對(duì)應(yīng)的U相的電流為最大值，這時(shí)的角度為0度。
然后，若一邊對(duì)比圖4和圖5，一邊觀察V相的動(dòng)作，則時(shí)刻t0時(shí)的轉(zhuǎn)子的角度為0度，在電流零的零交叉點(diǎn)時(shí)刻t1時(shí)，移動(dòng)到30度，在電流峰值點(diǎn)的時(shí)刻t2時(shí)，移動(dòng)到120度。
而且，該詳細(xì)波形示于圖6。
以下用該圖6來(lái)說(shuō)明詳細(xì)動(dòng)作。
首先，若設(shè)波形的峰值為1，則如前所述，校正線端點(diǎn)上的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的角度是已知的，所以，可以計(jì)算出圖6的I0(圖中I0＜0)，根據(jù)該計(jì)算結(jié)果I0求出ΔI(ΔI＝1-I0)。
以下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速按指令規(guī)定進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，該轉(zhuǎn)速f是已知的，所以，任意時(shí)刻t的轉(zhuǎn)子角度θ，可以根據(jù)θ＝∫fdt進(jìn)行預(yù)測(cè)。
所以，根據(jù)該預(yù)測(cè)的角度，可以求出圖6的任意時(shí)刻t的電流大小I(t)、即電流波形。
以下利用該已求出的電流波形，從下式(3)中求出校正電流h。(而且，這時(shí)-1＜I＜1)h＝I(I0|/ΔI)+I0……(3)下面把這樣求出的式(3)的h代入到Ih＝Ik+h的式中，求出校正后的電流Ih，把這樣求出的電流Ih代入到上述式2中，求出被檢測(cè)電流Ir(實(shí)際電流)，根據(jù)這樣求出的結(jié)果來(lái)進(jìn)行控制。
而且，其結(jié)果，如圖8所示，校正后的電流Ih大體上和實(shí)際電流Ir值相同，所以能使控制達(dá)到很高的可靠性。
而且，在以上的說(shuō)明中、把電流零交叉后的電流峰值點(diǎn)時(shí)刻t2(參見(jiàn)圖3)的電流值零(電流標(biāo)準(zhǔn)值)作為校正函數(shù)的終點(diǎn)(t2、0)。但是，如圖5所示，在電流零交叉通過(guò)前出現(xiàn)峰值電流的情況下，也可以把第1電流峰值點(diǎn)時(shí)刻t2作為校正函數(shù)的終點(diǎn)(t2、0)。
并且，這在用直線進(jìn)行校正的情況下也是一樣。
如以上說(shuō)明那樣，使校正函數(shù)從直線向曲線，即沿著向電動(dòng)機(jī)供應(yīng)的電流波形來(lái)連結(jié)決定電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)位置的檢測(cè)電流值和向該電動(dòng)機(jī)供應(yīng)的電流波形的波形回折點(diǎn)的基準(zhǔn)電流值，若根據(jù)該連結(jié)線如圖8所示進(jìn)行校正，則能更精密地檢出實(shí)際電流(初級(jí)電流)進(jìn)行控制，所以，能獲得可靠性高的電動(dòng)機(jī)控制裝置。
現(xiàn)用圖9來(lái)說(shuō)明第2實(shí)施例。
而且，圖7是第2實(shí)施例的時(shí)間圖，如該圖所示，在第2實(shí)施例中，增加了消磁程序，用于消除第1實(shí)施例的圖1的變流器的剩磁。
并且，圖中的通常程序是指在消磁程序以后，即起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)以后通過(guò)交流電流的初始運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。
以下利用圖10～圖12，詳細(xì)說(shuō)明該消磁程序，即在通常運(yùn)轉(zhuǎn)前使變流器的剩磁通消掉的動(dòng)作。
首先，一般，若使電流通過(guò)變流器2的線圈，則產(chǎn)生磁化力H，該磁化力H使鐵心的磁通密度B發(fā)生變化，而且，該磁通密度B的變化如圖10的實(shí)線所示，不與磁化力H成比例，而是根據(jù)鐵心特性(導(dǎo)磁率)，沿磁滯曲線變化，如果該變化在變流器的額定范圍內(nèi)，那么，在圖中的實(shí)際使用區(qū)域內(nèi)，一邊保持一定磁滯，一邊進(jìn)行變化。
所以，如圖1或圖16所示，在變換系統(tǒng)內(nèi)的變換器輸出和馬達(dá)輸出之間布置了變流器的裝置內(nèi)，使變換裝置1停止，使變流器內(nèi)流過(guò)的電流為零，與停止時(shí)的電流相對(duì)應(yīng)的磁通仍然作為磁滯殘留下來(lái)，在此殘留狀態(tài)下若進(jìn)入通常程序中，則造成各種問(wèn)題。
換言之，如圖10甲所示，由于變換器的誤動(dòng)作而產(chǎn)生超過(guò)額定范圍的過(guò)電流I-over，若在此狀態(tài)下，即殘留磁通量超過(guò)實(shí)際使用范圍，殘留磁通量跳升到甲點(diǎn)的狀態(tài)下進(jìn)入通常程序，則受到該大的殘留磁通的磁飽和影響，檢測(cè)電流大幅度偏離被檢測(cè)電流值。其結(jié)果，不能從檢測(cè)電流中精密地檢測(cè)出被檢測(cè)電流。
因此，為了即使在發(fā)生過(guò)電流時(shí)，仍能精密地檢測(cè)電流，在運(yùn)轉(zhuǎn)起動(dòng)前設(shè)置消磁程序，進(jìn)行以下殘留磁通處理。
首先，如圖11所示，使從變換裝置1流入到各變流器2內(nèi)的電流在正/負(fù)之間變化，慢慢減小，一邊描繪圖12所示的磁滯，一邊使磁通變化，最終衰減到電流為零，使磁滯減小，使殘留磁通量接近零。
也就是說(shuō)，要消除殘留磁通，也與初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)的匝數(shù)比和消磁周期數(shù)有關(guān)，當(dāng)消磁周期數(shù)為5時(shí)，一般使電流能級(jí)A/頻率Hz＝0.25以上進(jìn)行消磁。
所以，現(xiàn)假定，當(dāng)電流為10A時(shí)，為了達(dá)到0.25以上在40Hz下的例如20Hz下，進(jìn)行消磁周期約為5的消磁動(dòng)作，一邊減少無(wú)用的消磁時(shí)間，一邊進(jìn)行控制。
并且，這樣能使各變流器的殘留磁通衰減到零，其原因是，如圖4所示，當(dāng)3相中的某一相的交流電流為零時(shí)，其他2相不能變成零，因?yàn)槟芡瑫r(shí)消磁。
而且，這時(shí)的消磁程序的波形，如圖11所示，也可以采用程序1和程序2相結(jié)合的消磁程序，也可以采用僅有程序2的消磁程序。
如上所述，可以獲得這樣一種成本低的電動(dòng)機(jī)控制裝置，即在具有變換裝置1的系統(tǒng)中，為了用微機(jī)4很容易在變換裝置1中形成為進(jìn)行消磁所需的電流波形，即慢慢衰減的電流波形，不必設(shè)置編制消磁程序的特別裝置，能防止鐵心的殘留磁通和磁飽和的影響。
再者，在壓縮機(jī)等的電動(dòng)機(jī)中，當(dāng)執(zhí)行消磁程序時(shí)，即使壓縮機(jī)停止工作，也不能使噴出壓力(高壓)和吸入壓力(低壓)的壓力差馬上平衡，而是產(chǎn)生壓力差，在起動(dòng)時(shí)需要有與該壓力差相對(duì)應(yīng)的負(fù)荷(力矩)力，起動(dòng)性能下降。
因此，在這種電動(dòng)機(jī)中，若在消磁程序和通常程序之間設(shè)定非工作時(shí)間t(例如3分鐘非工作時(shí)間)使壓力差大致消失，則起動(dòng)性改善，效果良好。
并且，在這種電動(dòng)機(jī)以外，例如在轉(zhuǎn)子慣性大的電動(dòng)機(jī)中，在殘留磁通消磁結(jié)束，消磁程序結(jié)束后，仍有可能由于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生磁性影響。若在消磁程序和通常程序之間設(shè)定非工作時(shí)間t，防止轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)造成磁性影響，則能改善控制性。
現(xiàn)用圖13來(lái)說(shuō)明第3實(shí)施例。
而且，圖12是表示電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)步的起動(dòng)步圖，如該圖所示，在該第3實(shí)施例中，增加了從第1、第2實(shí)施例的規(guī)定頻率(例如20H2)起進(jìn)行步進(jìn)起動(dòng)的起動(dòng)步裝置，利用該起動(dòng)步裝置來(lái)控制直流電流后(時(shí)刻t。以后)的速度(頻率)。
以下說(shuō)明該動(dòng)作。
首先，過(guò)去的時(shí)刻t0以后的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，如圖17所示，為了從零開(kāi)始慢慢提高旋轉(zhuǎn)速度，進(jìn)行加速，在這種電動(dòng)機(jī)中，通過(guò)變流器2來(lái)檢測(cè)控制運(yùn)轉(zhuǎn)速度用的電達(dá)電流，根據(jù)該檢測(cè)結(jié)果來(lái)控制轉(zhuǎn)速，所以，如現(xiàn)有技術(shù)中也已說(shuō)明的那樣，尤其在低頻區(qū)內(nèi)檢測(cè)電流和實(shí)際電流不同，精密變壞，所以出現(xiàn)不能控制，或者系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定的問(wèn)題。
因此，在第3實(shí)施例中，如圖13所示，在控制運(yùn)轉(zhuǎn)開(kāi)始速度時(shí)，利用步進(jìn)裝置來(lái)進(jìn)行步進(jìn)控制，使馬達(dá)從規(guī)定轉(zhuǎn)速f0(例如20Hz)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，換言之，不在太低的頻率上開(kāi)始，使得不受磁飽和的影響，使精度高，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定。
而且，該f0從下式(4)中也可以看出，變流器的規(guī)格性能，尤其隨次級(jí)側(cè)線圈的電感L2(mH)和線圈電阻R2(Ω)的比的不同而異，或者也隨鐵心導(dǎo)磁率的不同而異。若從能精密檢測(cè)電流的速度，例如20Hz以上開(kāi)始，則如圖14所示，不太多地提高鐵心導(dǎo)磁率等級(jí)，就能以低成本獲得大致良好的結(jié)果。θ=π2-tan-1(2πfL2R2+Rf)]]>…(式4)并且，一般，初級(jí)電流和次級(jí)電流的相位差隨鐵心材料和匝數(shù)比等而變化，而且，該相位偏差越大，變流器越容易磁飽和，所以，如圖15所示，為了在低頻(f0以下)下使相位偏差減小，對(duì)匝數(shù)比也必須考慮。
并且，如該圖所示，若次級(jí)側(cè)變流器的電感L2(mH)和線圈電阻R2(Ω)之比增大，換言之，若電感L2(mH)大于線圈電阻R2(Ω)，則不易受磁飽和的影響，能精密地檢測(cè)出低頻區(qū)的電流并進(jìn)行控制，所以能獲得可靠性高的控制裝置。
而且，大體上若選擇L2/R2＞1，則能獲得性能價(jià)格比良好的電動(dòng)機(jī)控制裝置。
并且，從該20Hz開(kāi)始的步進(jìn)控制，在考慮向壓縮機(jī)的油返回時(shí)，相當(dāng)于保持油返回的冷媒速度的大體下限值，再者，壓縮機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，除起動(dòng)時(shí)外也不會(huì)在20Hz以下運(yùn)轉(zhuǎn)，所以，尤其若用于冷凍機(jī)方面，則能獲得成本低可靠性高的交流電流檢測(cè)系統(tǒng)。
如果按照本發(fā)明的優(yōu)良實(shí)施例，那么能獲得這樣一種電動(dòng)機(jī)控制裝置，即其中具有變換裝置、與該變換裝置相連接，根據(jù)該裝置的輸出電壓進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)、設(shè)置在該電動(dòng)機(jī)和上述變換裝置之間，用于檢測(cè)上述電動(dòng)機(jī)的電流的變流器、以及連接在該變流器的次級(jí)側(cè)，從該次級(jí)側(cè)電流中預(yù)測(cè)該初級(jí)側(cè)電流，根據(jù)該預(yù)測(cè)結(jié)果來(lái)控制上述輸出電壓的微機(jī)，上述微機(jī)根據(jù)來(lái)自上述變換裝置的決定上述電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置的電流值、以及向該電動(dòng)機(jī)內(nèi)供給的電流波形的波形回折點(diǎn)的基準(zhǔn)電流值來(lái)校正上述次級(jí)側(cè)電流，根據(jù)該校正結(jié)果來(lái)預(yù)測(cè)上述初級(jí)側(cè)電流，所以該電動(dòng)機(jī)控制裝置可靠性高，能以較少的結(jié)構(gòu)零件，較高的精度根據(jù)檢測(cè)電流來(lái)預(yù)測(cè)和檢測(cè)實(shí)際電流(被檢測(cè)電流)并對(duì)其進(jìn)行控制。
并且，上述微機(jī)在校正上述次級(jí)側(cè)電流時(shí)，校正的方法是利用連結(jié)以下2種電流值的直線；一種是決定上述電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置的電流值；另一種是向該電動(dòng)機(jī)內(nèi)供給的電流波形的初始回折點(diǎn)的基準(zhǔn)電流值，所以，很容易從檢測(cè)電流中預(yù)測(cè)和檢測(cè)出實(shí)際電流(被檢測(cè)電流)，因此，能獲得高速預(yù)測(cè)、檢測(cè)并控制的電動(dòng)機(jī)控制裝置。
并且，上述微機(jī)在校正上述次級(jí)側(cè)電流時(shí)，沿著向上述電動(dòng)機(jī)供給的電流波形來(lái)連結(jié)決定上述電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置的電流值、以及向該電動(dòng)機(jī)內(nèi)供給的電流波形的初始回折點(diǎn)的基準(zhǔn)電流值，根據(jù)該連結(jié)線進(jìn)行校正，所發(fā)，能更精密地檢測(cè)并控制實(shí)際電流(初級(jí)電流)，因此，能進(jìn)一步獲得可靠性高的電動(dòng)機(jī)控制裝置。
并且，上述次級(jí)線圈的電感(mH)大于該次級(jí)線圈的電阻(Ω)，所以，不太受磁飽和的影響，即使在低頻范圍內(nèi)也能從檢測(cè)電流中精密地檢測(cè)出實(shí)際電流，因此，能獲得應(yīng)用范圍廣的電動(dòng)機(jī)控制裝置。
并且，因?yàn)榫哂凶儞Q裝置、與該變換裝置相連接，根據(jù)該裝置的輸出電壓進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)、設(shè)置在該電動(dòng)機(jī)和上述變換裝置之間，用于檢測(cè)上述電動(dòng)機(jī)的電流的變流器、以及連接在該變流器的次級(jí)側(cè)上，對(duì)上述輸出電壓進(jìn)行控制的微機(jī)，上述微機(jī)通過(guò)上述變換裝置使消磁電流流入到上述變流器的初級(jí)線圈內(nèi)，消除上述變流器鐵心的殘留磁通后進(jìn)行控制，所以，不必設(shè)置編制消磁程序的特別裝置，即可獲得能防止鐵心殘留磁通和磁性飽和的影響，進(jìn)行控制的、成本低、可靠性高的電動(dòng)機(jī)控制裝置。
再者，上述微機(jī)在消除上述變流器鐵心的殘留磁通之后的設(shè)定時(shí)間以后，對(duì)上述輸出電壓進(jìn)行控制，所以是在切實(shí)消除鐵心殘留磁通和磁性飽和的影響之后進(jìn)行控制的，尤其是能防止轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)所造成的磁性飽和的影響，因此，能進(jìn)一步獲得可靠性高的電動(dòng)機(jī)控制裝置。
并且，上述微機(jī)對(duì)上述輸出電壓進(jìn)行控制，使上述初級(jí)電流的頻率達(dá)到20H2以上，所以，即使在低頻范圍內(nèi)也能不太受磁性飽和的影響，能精密地從檢測(cè)電流中檢測(cè)出實(shí)際電流，所以，利用范圍也廣，尤其若用于空調(diào)機(jī)等冷裝置內(nèi)時(shí)，也能確保向壓縮機(jī)內(nèi)的油返回的下限值冷媒速度，并且，不必太多地提高鐵心導(dǎo)磁率等級(jí)，即可獲得成本低、控制性能良好的經(jīng)濟(jì)型電動(dòng)機(jī)控制裝置。
再者，因?yàn)楫a(chǎn)品利用上述權(quán)利要求1～7中的任一項(xiàng)，所以，制成的產(chǎn)品，利用較少的結(jié)構(gòu)零件，即可精密地從檢測(cè)電流中預(yù)測(cè)和檢測(cè)出實(shí)際電流(被檢測(cè)電流)并進(jìn)行控制，或者，能防止鐵心的殘留磁通和磁性飽和的影響，進(jìn)行控制，成本低，可靠性高。
再者，因?yàn)樯鲜霎a(chǎn)品是空調(diào)機(jī)等冷卻裝置，所以能制成既能確保向壓縮機(jī)內(nèi)的油返回的下限冷媒速度，又能精密控制的冷卻裝置。
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于包括變換裝置；電動(dòng)機(jī)，其與該變換裝置相連接，根據(jù)該裝置的輸出電壓進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；變流器，其設(shè)置在該電動(dòng)機(jī)和上述變換裝置之間，用于檢測(cè)上述電動(dòng)機(jī)的電流；以及微型計(jì)算機(jī)，它連接在該變流器的次級(jí)側(cè)，從該次級(jí)側(cè)電流中預(yù)測(cè)出該初級(jí)側(cè)電流，根據(jù)該預(yù)測(cè)結(jié)果來(lái)控制上述輸出電壓。上述微型計(jì)算機(jī)，根據(jù)來(lái)自上述變換裝置的決定上述電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)位置的電流值，以及供給到該電動(dòng)機(jī)內(nèi)的電流波形的波形回折點(diǎn)的基準(zhǔn)電流值，對(duì)上述次級(jí)側(cè)電流進(jìn)行校正，根據(jù)該校正結(jié)果來(lái)預(yù)測(cè)上述初級(jí)側(cè)電流。
2.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于當(dāng)上述微機(jī)對(duì)上述次級(jí)側(cè)電流進(jìn)行校正時(shí)，對(duì)上述電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)位置進(jìn)行決定的電流值，以及供給到該電動(dòng)機(jī)內(nèi)的電流波形的初始回折點(diǎn)的基準(zhǔn)電流值，二者相連結(jié)的直線被用于進(jìn)行校正。
3.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于當(dāng)上述微機(jī)對(duì)上述次級(jí)側(cè)電流進(jìn)行校正時(shí)，對(duì)上述電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)位置進(jìn)行決定的電流值，以及供給到該電動(dòng)機(jī)內(nèi)的電流波形的初始回折點(diǎn)的基準(zhǔn)電流值，二者沿著供給到上述電動(dòng)機(jī)內(nèi)的電流波形進(jìn)行連結(jié)，根據(jù)該連結(jié)線來(lái)進(jìn)行校正。
4.如權(quán)利要求1～3中的任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于上述次級(jí)線圈的電感(mH)大于該次級(jí)線圈的繞線電阻(Ω)。
5.一種電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于包括變換裝置；電動(dòng)機(jī)，其與該變換裝置相連接，根據(jù)該裝置的輸出電壓進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；變流器，其設(shè)置在該電動(dòng)機(jī)和上述變換裝置之間，用于檢測(cè)上述電動(dòng)機(jī)的電流；以及微型計(jì)算機(jī)，它連接在該變流器的次級(jí)側(cè)，用于控制上述輸出電壓。上述微機(jī)使消磁電流通過(guò)上述變換裝置而流入到上述變流器的初級(jí)線圈內(nèi)，把上述變流器鐵心的殘余磁通消除后對(duì)輸出電壓進(jìn)行控制。
6.如權(quán)利要求5所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于上述微機(jī)在消除上述變流器鐵心的殘留磁通后的設(shè)定時(shí)間之后對(duì)上述輸出電壓進(jìn)行控制。
7.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于微機(jī)對(duì)上述輸出電壓進(jìn)行控制，使上述初級(jí)電流的頻率為20Hz以上。
8.一種產(chǎn)品，其特征在于該產(chǎn)品采用上述權(quán)利要求1。
9.如權(quán)利要求8所述的產(chǎn)品，其特征在于上述產(chǎn)品是空調(diào)機(jī)等冷卻裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電動(dòng)機(jī)控制裝置，使用部件少，不受殘留磁通及磁飽和的影響，精確地檢測(cè)控制電動(dòng)機(jī)電流，包括變換裝置；與變換裝置相連接的電動(dòng)機(jī)，變流器，設(shè)置在電動(dòng)機(jī)和變換裝置之間，用于檢測(cè)上述電動(dòng)機(jī)的電流；以及連接在變流器次級(jí)側(cè)的微型計(jì)算機(jī)。上述微型計(jì)算機(jī)，根據(jù)來(lái)自上述變換裝置的決定電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)位置的電流值，以及供給到該電動(dòng)機(jī)內(nèi)的電流波形的波形回折點(diǎn)的基準(zhǔn)電流值，對(duì)上述次級(jí)側(cè)電流進(jìn)行校正，根據(jù)該校正結(jié)果來(lái)預(yù)測(cè)上述初級(jí)側(cè)電流。
文檔編號(hào)H02P21/00GK1417939SQ02150220
公開(kāi)日2003年5月14日 申請(qǐng)日期2002年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月6日
發(fā)明者平野誠(chéng), 天野勝之 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社