專利名稱：交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置，特別涉及不用對(duì)交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)安裝 速度傳感器的無速度傳感器矢量控制型的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置。
背景技術(shù)：
在無速度傳感器矢量控制中，在交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的速度非常小的極低速區(qū)域 的情況下，從功率轉(zhuǎn)換器向交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)輸出的交流輸出電壓的電壓值成為非 常小的值。另外，在無速度傳感器矢量控制中，會(huì)產(chǎn)生使用的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的 旋轉(zhuǎn)電機(jī)常數(shù)的設(shè)定誤差、構(gòu)成功率轉(zhuǎn)換器的半導(dǎo)體元件的上下橋臂的防短路 期間帶來的交流輸出電壓的電壓值誤差、以及構(gòu)成功率轉(zhuǎn)換器的半導(dǎo)體元件的 導(dǎo)通電壓降帶來的交流輸出電壓的電壓值誤差。所以，在交流輸出電壓的電壓 值變小的極低速區(qū)域中，該交流輸出電壓的電壓值誤差的影響變得非常大。另 一方面，在無速度傳感器矢量控制中，交流輸出電壓作為與電壓指令值一致的 電壓，來計(jì)算交流輸出電壓的角頻率的推定值即角頻率推定值，若上述原因引 起的電壓值誤差增大，則交流輸出電壓的角頻率推定輸出的誤差也會(huì)增大，控 制就不穩(wěn)定。因此，在無速度傳感器矢量控制中，穩(wěn)定在極低速區(qū)域，計(jì)算交 流輸出電壓的角頻率推定輸出成為一個(gè)問題。
與此問題相對(duì)應(yīng)，下面的專利文獻(xiàn)1設(shè)有基于q軸電流指令值Iq'和q 軸電流檢測值Iq、生成從功率轉(zhuǎn)換器向交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)輸出的交流輸出電壓的角 頻率推定值的第1推定單元；以及基于q軸電流指令值Iq'和d軸電流指令值 Icf、生成交流輸出電壓的角頻率推定值的第2推定單元，若通過第1推定單元 得到的交流電壓的角頻率推定值位于規(guī)定值以下，則切換到第2推定單元進(jìn)行 控制。該專利文獻(xiàn)1的第2推定單元通過d軸電流指令值I(T和q軸電流指令 值Iq'的積求出加速度指令值，通過將即將切換前的角頻率推定值作為初始值 對(duì)加速度指令值進(jìn)行積分，求出角頻率推定值。另外，下面的專利文獻(xiàn)2中具有監(jiān)視單元，該監(jiān)視單元將角頻率推定部的輸出的角頻率推定值與預(yù)先設(shè)定的 下限水平設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)角頻率推定值位于下限水平設(shè)定值以下的時(shí)候， 通過開關(guān)單元進(jìn)行切換，以便使用函數(shù)發(fā)生單元的輸出信號(hào)的設(shè)定角頻率來替 代角頻率推定值。
專利文獻(xiàn)l:日本專利特開2001—238497號(hào)公報(bào)，特別是其段落0005 專利文獻(xiàn)2:日本專利特開平8 —80098號(hào)公報(bào)，特別是其摘要

發(fā)明內(nèi)容
但在專利文獻(xiàn)l中，在交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的速度提高到某種程度的時(shí)候，雖然 需要從第2推定單元切換至第1推定單元，但此時(shí)第1推定單元和第2推定單 元的角頻率推定輸出不一定一致，難以決定從第2推定單元切換至第1推定單 元的時(shí)間，需要復(fù)雜的算法。另外，由于第2推定單元是基于q軸電流指令值 Icf和d軸電流指令值Id'生成角頻率推定值，因此雖然角頻率推定值的運(yùn)算的 穩(wěn)定性較高，但是無法跟蹤功率轉(zhuǎn)換器的直流側(cè)的電壓變動(dòng)以及電車等發(fā)生的 空轉(zhuǎn)等的速度變動(dòng)的擾動(dòng)等。由于對(duì)電壓、速度的變動(dòng)的應(yīng)對(duì)能力較差，因此 使用第2推定單元的時(shí)候，作為控制裝置的穩(wěn)定性以及可靠性下降。
另外，在專利文獻(xiàn)2中，角頻率推定輸出為下限水平設(shè)定值以下的時(shí)候， 雖然設(shè)定函數(shù)發(fā)生單元的輸出來代替角頻率推定輸出，但難以設(shè)定該函數(shù)發(fā)生 單元，另外由于一旦交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)改變，就需要改變函數(shù)發(fā)生單元的設(shè)定，所 以交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)每次改變都需要花費(fèi)時(shí)間調(diào)整函數(shù)發(fā)生單元。
本發(fā)明提供了能改善這樣的專利文獻(xiàn)1、 2的問題的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制 裝置。
本發(fā)明的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置是控制交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置，其特 征是具備產(chǎn)生與三相電壓指令值一致的可變電壓與可變頻率的三相交流輸出 電壓、提供給所述交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的功率轉(zhuǎn)換器；檢測出所述交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的三 相電流的電流檢測單元；輸出所述三相交流輸出電壓的角頻率的推定值即角頻 率推定值的角頻率推定輸出單元；在旋轉(zhuǎn)雙軸坐標(biāo)系中基于電流指令值和所述 角頻率推定值計(jì)算電壓指令值的電壓指令計(jì)算單元；從所述角頻率推定值計(jì)算
所述旋轉(zhuǎn)雙軸坐標(biāo)系的相位e的相位計(jì)算單元；基于所述相位、將旋轉(zhuǎn)雙軸坐標(biāo)系的所述電壓指令值轉(zhuǎn)換為所述三相電壓指令值的dq軸/三相轉(zhuǎn)換單元；基 于所述相位、將所述電流檢測單元檢測出的三相電流轉(zhuǎn)換為所述旋轉(zhuǎn)雙軸坐標(biāo) 系的電流檢測值的三相/dq軸轉(zhuǎn)換單元；以及在所述旋轉(zhuǎn)雙軸坐標(biāo)系中基于所 述電壓指令值和所述電流檢測值和所述角頻率推定值、計(jì)算所述交流旋轉(zhuǎn)電機(jī) 的旋轉(zhuǎn)角頻率的推定值即旋轉(zhuǎn)角頻率推定值的旋轉(zhuǎn)角頻率推定計(jì)算單元，所述 角頻率推定輸出單元具有輸出下限常數(shù)值的下限常數(shù)值輸出單元；將基于所 述旋轉(zhuǎn)角頻率推定值計(jì)算的角頻率計(jì)算值和所述下限常數(shù)值比較的比較單元； 以及根據(jù)該比較單元的比較的結(jié)果來切換所述角頻率計(jì)算值和所述下限常數(shù) 值中的某較大的一方并作為所述角頻率推定值輸出的切換單元。
在本發(fā)明的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置中，由于角頻率推定值為下限常數(shù)值 以上，所以具有的效果是交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)即使在極低速區(qū)域也能被穩(wěn)定控制。
本發(fā)明的目的、特征、觀點(diǎn)以及效果從下面參照附圖的本發(fā)明詳細(xì)說明可 以進(jìn)一步明確。


圖1是表示本發(fā)明的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置的實(shí)施形態(tài)1的方框圖。 圖2是表示實(shí)施形態(tài)1中的角頻率推定輸出單元的詳細(xì)的方框圖。 圖3是表示實(shí)施形態(tài)1的旋轉(zhuǎn)角頻率推定值和交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)矩的 關(guān)系的特性圖。
圖4是表示以往裝置的旋轉(zhuǎn)角頻率推定值和交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)矩的關(guān) 系的特性圖。
圖5是表示本發(fā)明的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置的實(shí)施形態(tài)2的方框圖。
具體實(shí)施例方式
下面使用

本發(fā)明的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置的實(shí)施形態(tài)。 實(shí)施形態(tài)1
首先，參照?qǐng)D1說明本發(fā)明的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置的實(shí)施形態(tài)l。圖 1表示的實(shí)施形態(tài)1的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置是控制交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1的控制 裝置IOA。交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1具體講是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1A，該感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1A安裝在例如電車上，驅(qū)動(dòng)該電車?？刂蒲b置10A也與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1A—起安裝在電車 上，控制感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1A。
控制裝置IOA包括功率轉(zhuǎn)換器11、電壓指令計(jì)算單元12、 dq軸/三相轉(zhuǎn) 換單元13、電流檢測單元14、三相/dq軸轉(zhuǎn)換單元15、轉(zhuǎn)差角頻率指令計(jì)算單 元16、加法計(jì)算單元17、角頻率推定輸出單元20、相位計(jì)算單元18、和旋轉(zhuǎn) 角頻率推定計(jì)算單元19。
功率轉(zhuǎn)換器11是已知的VVVF(變壓變頻)型的功率轉(zhuǎn)換器，該功率轉(zhuǎn)換器 11將來自直流線路2的直流功率PDC轉(zhuǎn)換為可變電壓且可變頻率的三相交流 輸出功率PAC，將該三相交流輸出功率PAC通過三相供電線路3提供給感應(yīng) 電動(dòng)機(jī)1A。直流線路2通過電車的集電靴與沿著電車的行駛線路配置的直流 供電線路連接。功率轉(zhuǎn)換器11的構(gòu)成為在與直流線路2連接的一對(duì)直流電 路間，配置U相、V相、W相的各交流開關(guān)電路，這些各交流開關(guān)電路分別 連接半導(dǎo)體元件的上下橋臂，與各交流開關(guān)電路連接三相供電線路3。在該功 率轉(zhuǎn)換器ll中，通過三相電壓指令值Vu'、 Vv'、 Vw+控制各交流開關(guān)電路的 各半導(dǎo)體元件為導(dǎo)通的相位，將直流功率PDC轉(zhuǎn)換為三相交流輸出功率PAC。 該三相交流輸出功率PAC的三相交流電壓為三相交流輸出電壓VAC。該三相 交流輸出電壓VAC是可變電壓且可變頻率的三相交流電壓。
電壓指令計(jì)算單元12基于旋轉(zhuǎn)雙軸坐標(biāo)系的d軸電流指令值IcT和q軸電 流指令值Iq'和角頻率推定值coi，計(jì)算旋轉(zhuǎn)雙軸坐標(biāo)系的d軸電壓指令值Vd' 和q軸電壓指令值Vq*，將這些d軸電壓指令值VcT和q軸電壓指令值V^提 供給dq軸/三相轉(zhuǎn)換單元12。 d軸電流指令值IcT和q軸電流指令值I礦從控制 裝置10A的外部提供給電壓指令計(jì)算單元12。角頻率推定值o)i從角頻率推定 輸出單元20提供給電壓指令計(jì)算單元12。 dq軸/三相轉(zhuǎn)換單元13基于d軸電 壓指令值VcT和q軸電壓指令值V礦產(chǎn)生三相電壓指令值ViT、 V一、 Vw'，將 該三相電壓指令值ViT、 Vv'、 Vw'提供給功率轉(zhuǎn)換器11。
d軸電流指令值IcT用下式(l)表示。
Id* = cp*/M (1)
其中，q/是對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1A的2次磁通指令值，M是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1A的
電動(dòng)機(jī)常數(shù)的互感。另外，q軸電流指令值Iq'用下式(2)表示。 Iq*=T7cp*xLr/M/p (2)
其中，V是對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1A的轉(zhuǎn)矩指令值，Lr是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1A的電動(dòng) 機(jī)常數(shù)的2次電感，p是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)lA的極對(duì)數(shù)。
d軸電壓指令值Vcf用下式(3)表示，另外，q軸電壓指令值Vq'用下式(4) 表示。電壓指令計(jì)算單元12根據(jù)這些式(3)、 (4)，計(jì)算d軸電壓指令值V(T以
及q軸電壓指令值V丫。
Vd*=RsxId* — G)ixaxLsxIq* (3)
Vq*=RsxIq* + coixLsxId* (4)
其中，Rs是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1A的電動(dòng)機(jī)常數(shù)的1次電阻，Ls是感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 1A的電動(dòng)機(jī)常數(shù)的1次電感。另外d是由感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1A的電動(dòng)機(jī)常數(shù)算出的 常數(shù)，用下式(5)表示。o=l — (M2/Lr/Ls) (5)
電流檢測單元14具有設(shè)置在三相供電線路3的各相的電流檢測器14u、 14v、 14w，這些各電流檢測器14u、 14v、 14w分別檢測出感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1A的U 相、V相、W相的三相的電流檢測值iu、 iv、 iw，將它們提供給三相/dq軸轉(zhuǎn) 換單元15。三相/dq軸轉(zhuǎn)換單元15將三相的電流檢測值iu、 iv、 iw轉(zhuǎn)換為旋 轉(zhuǎn)雙軸坐標(biāo)系的d軸電流檢測值Id和q軸電流檢測值Iq。
在電流檢測單元14的各電流檢測器14u、 14v、 14w中，使用例如電流互 感器(CT)，該電流互感器檢測出流過交流供電線路3的三相的電流檢測值iu、 iv、 iw。但是，電流檢測單元14也可以使用其他已知手段，檢測出流過功率轉(zhuǎn) 換器ll內(nèi)部的U相、V相以及W相的交流電路的三相電流而構(gòu)成。另外，由 于iu+iv + iw^O的關(guān)系成立，所以也可以從例如U相、V相這2相的電流檢 測值iu、 iv求出W相的電流檢測值iw。
轉(zhuǎn)差角頻率指令計(jì)算單元16在旋轉(zhuǎn)雙軸坐標(biāo)系中基于d軸電流指令值Id* 和q軸電流指令值Iq 計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)機(jī)lA的轉(zhuǎn)差角頻率指令值o^。該轉(zhuǎn)差 角頻率指令值cos'用下式(6)表示。轉(zhuǎn)差角頻率指令計(jì)算單元16通過該式(6)， 計(jì)算轉(zhuǎn)差角頻率指令值a^。
cos* = (Iq*xRr)/(Id*xLr) (6)其中，Rr是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)lA的電動(dòng)機(jī)常數(shù)的2次電阻。
加法計(jì)算單元17將來自轉(zhuǎn)差角頻率指令計(jì)算單元16的轉(zhuǎn)差角頻率指令值 cos'和來自旋轉(zhuǎn)角速度推定計(jì)算單元19的角頻率推定值①e相加計(jì)算的角頻率 計(jì)算值col輸出，將該角頻率計(jì)算值col提供給角頻率推定輸出單元20。該角 頻率計(jì)算值tol用下式(7)表示。
col=cos +a>e (7)
對(duì)角頻率推定輸出單元20從加法計(jì)算單元17輸入角頻率計(jì)算值col，角 頻率推定輸出單元20輸出旋轉(zhuǎn)雙軸坐標(biāo)系的角頻率推定值coi。該角頻率推定 值coi表示從功率轉(zhuǎn)換器11輸出的三相交流輸出電壓VAC的角頻率。該角頻 率推定值coi分別提供給電壓指令計(jì)算單元12、相位計(jì)算單元18以及旋轉(zhuǎn)角頻 率推定值推定計(jì)算單元19。
相位計(jì)算單元18基于角頻率推定值coi，計(jì)算旋轉(zhuǎn)雙軸坐標(biāo)系的相位e，
將該相位0分別提供給dq軸/三相轉(zhuǎn)換單元13以及三相/dq軸轉(zhuǎn)換單元15。該 相位6是將角頻率推定值coi用相位計(jì)算單元18積分的值。對(duì)旋轉(zhuǎn)角頻率推定 計(jì)算單元19提供有來自電壓指令計(jì)算單元12的d軸電壓指令值VcT和q軸電 壓指令值Vq*、來自三相/dq軸轉(zhuǎn)換單元15的d軸電流檢測值Id和q軸電流檢 測值Iq、以及來自角頻率推定輸出單元20的角頻率推定值coi。
旋轉(zhuǎn)角頻率推定計(jì)算單元19基于d軸電壓指令值V(f和q軸電壓指令值 Vq*、 d軸電流檢測值Id和q軸電流檢測值Iq、以及角頻率推定值coi，在旋轉(zhuǎn) 雙軸坐標(biāo)系中計(jì)算表示感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1A的旋轉(zhuǎn)角頻率的旋轉(zhuǎn)角頻率推定值coe， 將該旋轉(zhuǎn)角頻率推定值coe提供給加法計(jì)算單元17。另外，由于通過旋轉(zhuǎn)角頻 率推定計(jì)算單元19計(jì)算旋轉(zhuǎn)角頻率推定值coe的詳細(xì)情況是在例如日本專利特 開2003 — 302413號(hào)公報(bào)等中揭示的已有技術(shù)，因此省略對(duì)其說明。
作為本發(fā)明的特征，角頻率推定輸出單元20輸出角頻率推定值coi，使其 為下限常數(shù)值0)2以上。參照?qǐng)D2說明該角頻率推定輸出單元20的詳細(xì)情況。
角頻率推定輸出單元20如圖2所示，具有下限常數(shù)值輸出單元21、比較 單元24、和切換單元25。下限常數(shù)值輸出單元21包含常數(shù)設(shè)定單元22和乘 法計(jì)算單元23。常數(shù)設(shè)定單元22使用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1A的電動(dòng)機(jī)常數(shù)的Rs和 Ls，設(shè)定常數(shù)值Rs/Ls，將該常數(shù)值Rs/Ls提供給乘法計(jì)算單元23。乘法計(jì)算單元23將常數(shù)值Rs/Ls進(jìn)一步與乘法計(jì)算常數(shù)k相乘，輸出下限常數(shù)值co2。 設(shè)乘法計(jì)算常數(shù)k是如后述求出的正的常數(shù)。下限常數(shù)值to2用下式(8)表示。 該下限常數(shù)值co2從下限常數(shù)值輸出單元21輸出。 co2=kxRs/Ls (8)
比較單元24具有第1輸入a、第2輸入b、和輸出c。對(duì)比較單元24的第 1輸入a,從加法計(jì)算單元17提供角頻率計(jì)算值cd1。該角頻率計(jì)算值col如式 (7)表示的那樣，是將轉(zhuǎn)差角頻率指令值鵬*和旋轉(zhuǎn)角頻率推定值coe的相加計(jì) 算的輸出。對(duì)比較單元24的第2輸入b，從下限常數(shù)值輸出單元21輸入下限 常數(shù)值co2。為了切換控制切換單元25，將比較單元24的輸出c提供給切換單 元25。切換單元25具有第1輸入A、第2輸入B、和輸出C。對(duì)切換單元25 的第1輸入A，從加法計(jì)算單元17提供角頻率計(jì)算值col。對(duì)切換單元25的 第2輸入B，從下限常數(shù)值輸出單元21輸入下限常數(shù)值co2。從切換單元25 的輸出C輸出有角頻率推定值coi。
切換單元25利用比較角頻率計(jì)算值Q)l和下限常數(shù)值0)2的比較單元24 的輸出c，來切換輸入A與輸出C連接、輸出C的角頻率推定值coi與角頻率 計(jì)算值col相等的第1狀態(tài)；和輸入B與輸出C連接、輸出C的角頻率推定值 coi與下限常數(shù)值co2相等的第2狀態(tài)。在輸出c為表示col〉co2關(guān)系的值的時(shí)候， 比較單元24控制切換單元25為第l狀態(tài)。在該第l狀態(tài)下，coi = col，角頻率 計(jì)算值col作為角頻率推定值coi，從角頻率推定輸出單元25輸出。當(dāng)感應(yīng)電 動(dòng)機(jī)1A的旋轉(zhuǎn)速度下降，角頻率計(jì)算值col位于下限常數(shù)值co2以下，輸出c 為表示(Dl^co2的值的時(shí)候，比較單元24將切換單元25切換至第2狀態(tài)。在 該第2狀態(tài)下，coi = co2，下限常數(shù)值co2作為角頻率推定值coi，從角頻率推定 輸出單元20輸出。作為整體，角頻率推定值coi在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)lA的旋轉(zhuǎn)角頻 率推定值coe為不正確的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1A的極低速范圍內(nèi)，被限制為下限常數(shù) 值o)2以上，在這之外的速度范圍內(nèi)，由于旋轉(zhuǎn)角頻率推定值coe保持正確，所 以角頻率推定值o)i與對(duì)轉(zhuǎn)差角頻率指令值cos'加上旋轉(zhuǎn)角速度推定值coe得到 的角頻率計(jì)算值col相等。
在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1A的極低速范圍內(nèi)，由于通過旋轉(zhuǎn)角頻率推定計(jì)算單元19 得到的旋轉(zhuǎn)角頻率推定值o)e不正確，所以若原樣利用該旋轉(zhuǎn)角頻率推定值coe，則感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1A的控制會(huì)不穩(wěn)定。但是，在實(shí)施形態(tài)l中，下限常數(shù)值輸出
單元21在旋轉(zhuǎn)角頻率推定值coe為不正確的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1A的極低速范圍內(nèi)， 將角頻率推定值coi限制為下限常數(shù)值 2以上，穩(wěn)定了控制。
乘法計(jì)算常數(shù)k的決定如下。在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1A的實(shí)際轉(zhuǎn)矩為0、即在q 軸電流指令值1^為lq* = 0的無負(fù)載狀態(tài)下，設(shè)想感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1A的極低速區(qū)域 的旋轉(zhuǎn)角頻率推定值coe的計(jì)算最困難。此時(shí)，d軸電壓指令值Vd'以及q軸電 壓指令值Vq'在式(3)(4)中，設(shè)Iq,二O，用下式(9)(10)表示。
Vd*=RsxId* C9)
Vq* = coixLsxId* (10)
為了穩(wěn)定計(jì)算旋轉(zhuǎn)角頻率推定值coe，需要使q軸電壓指令值Vq'的大小(絕 對(duì)值)為d軸電壓指令值VcT的大小(絕對(duì)值)以上，即需要使IVd1叫Vq^成立。 這里，將fVd'i叫Vq，代入式(9)、式(IO)，加以變形，可以得到以下的式子。
Rsx|Id*|^coixLsx|Id*|
Rs^coixLs
coi^Rs/Ls (11)
式(ll)表示為了穩(wěn)定計(jì)算旋轉(zhuǎn)角頻率推定值coe，角頻率推定值coi需要在 下限值以上。式(ll)的右邊應(yīng)該成為下限常數(shù)值co2，但是比較計(jì)算下限常數(shù)值 2的式(8)和式(11)的右邊，則在式(8)有乘法計(jì)算常數(shù)k這一點(diǎn)不同。
乘法計(jì)算常數(shù)k是考慮到一次電阻值Rs隨溫度會(huì)變化而為了能穩(wěn)定計(jì)算 旋轉(zhuǎn)角頻率coe而引入的常數(shù)。式(ll)需要對(duì)設(shè)定的溫度范圍內(nèi)的所有一次電阻 值Rs成立，若設(shè)定的溫度范圍內(nèi)的一次電阻值Rs的最大值為Rsmax，則式(l 1) 如下。
coi^Rsmax/Ls二co2 (12)
嚴(yán)格來講，式(8)的一次電阻值Rs是表示標(biāo)準(zhǔn)溫度的一次電阻值Rss，若 將式(8)代入式(12)，加以變形，則得到計(jì)算乘法計(jì)算常數(shù)k的下式。 Rsmax/Ls 二 kxRss/Ls Rsmax=kxRss k=Rss/Rsmax (13)
該乘法計(jì)算常數(shù)k在標(biāo)準(zhǔn)大小的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1A中為1.5左右，在小型的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1A中為1.25等值。例如，若設(shè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1A為安裝在電車的 150[kW]的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，則在標(biāo)準(zhǔn)溫度的一次電阻值Rss為0.1173[Q]， 一次電 感為0.037[H]，若乘法計(jì)算常數(shù)k為1.5，則用式(8)計(jì)算下限常數(shù)值co2，為 4.75[rad/sec]，艮卩0.756[Hz]。
對(duì)比圖3和圖4說明由下限常數(shù)值輸出單元21產(chǎn)生的效果。圖3、圖4 是為了表示通過將旋轉(zhuǎn)角頻率推定值(oe限制為下限常數(shù)值a)2以上而可以穩(wěn)定 地推定速度這一效果，表示通過仿真求出的旋轉(zhuǎn)角頻率推定值coe和感應(yīng)電動(dòng) 機(jī)1A的實(shí)際轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的特性圖。仿真的條件是具有在旋轉(zhuǎn)電機(jī)常數(shù)中一次 電阻值大于實(shí)際的設(shè)定誤差的狀態(tài)下，將感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1A的旋轉(zhuǎn)頻率假定固定 在0.1、 0.25、 0.5、 1.0、 2.0、 3.0、 4.0[Hz]的某一個(gè)，使轉(zhuǎn)矩指令值在最大轉(zhuǎn) 矩指令值的0 100%的范圍內(nèi)變化的情況。之所以固定感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1A的旋轉(zhuǎn) 頻率，是為了易于明白對(duì)速度推定發(fā)生了怎樣程度的誤差。另外，由于感應(yīng)電 動(dòng)機(jī)1A的旋轉(zhuǎn)頻率與功率轉(zhuǎn)換器11輸出的交流電壓的頻率有關(guān)，向功率轉(zhuǎn)換 器11的三相電壓指令值的頻率與旋轉(zhuǎn)角頻率推定值coe有關(guān)，所以實(shí)際上無法 將感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1A的旋轉(zhuǎn)頻率固定為與旋轉(zhuǎn)角頻率推定值coe相差較大的值。
圖3、圖4中，橫軸表示將旋轉(zhuǎn)角頻率推定值coe換算為頻率的值[Hz]，縱 軸表示感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1A的實(shí)際轉(zhuǎn)矩[%]。圖3是實(shí)施形態(tài)1中的特性，是對(duì)角 頻率推定輸出單元20設(shè)有下限常數(shù)值輸出單元21、比較單元24、和切換單元 25并在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1A的極低速范圍內(nèi)將角頻率推定值coi限制為下限常數(shù)值 o2以上的情況的特性。與此不同的是，圖4是刪除實(shí)施形態(tài)1中的下限常數(shù) 值輸出單元21和比較單元24和切換單元25、將角頻率計(jì)算值col原樣作為角 頻率推定值coi而輸出的情況的特性。圖3、圖4中，特性C1 C7分別是與感 應(yīng)電動(dòng)機(jī)1A的旋轉(zhuǎn)頻率O.l、 0.25、 0.5、 1.0、 2.0、 3.0、 4.0[Hz]對(duì)應(yīng)的特性。
圖4表示的特性中，在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1A的旋轉(zhuǎn)頻率為O.l[Hz]的情況的極低 速范圍內(nèi)，可以確認(rèn)旋轉(zhuǎn)角頻率推定值coe不穩(wěn)定，旋轉(zhuǎn)角頻率推定值coe和實(shí) 際轉(zhuǎn)矩落到0以下。這是表示在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1A的極低速范圍內(nèi)，無法得到穩(wěn) 定的旋轉(zhuǎn)角頻率推定值we，控制不穩(wěn)定。與此不同的是，在圖3表示的特性 中，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1A的旋轉(zhuǎn)頻率即使在O.l[Hz]的情況下，旋轉(zhuǎn)角頻率推定值oe 也不落到0以下，可以得到穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)角頻率推定值coe，可以確保穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩特性。這是表示與圖4的特性不同，即使在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1A的極低速區(qū)域，
也能得到穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)角頻率推定值we，進(jìn)行穩(wěn)定的控制。
這樣，通過實(shí)施形態(tài)1，連感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1A的極低速范圍內(nèi)，都可以產(chǎn)生 穩(wěn)定的輸出轉(zhuǎn)矩，連感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1A的極低速區(qū)域都可以得到穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)角頻 率推定值coe。因此，可以提高感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1A的控制裝置的可靠性。另外，下 限常數(shù)值輸出單元21是基于電動(dòng)機(jī)常數(shù)Rs、 Ls和乘法計(jì)算常數(shù)k，將下限常 數(shù)值作為常數(shù)輸出，從而具有不用特別的調(diào)整就能容易決定下限常數(shù)值的優(yōu) 點(diǎn)。
實(shí)施形態(tài)2
圖5是表示本發(fā)明的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置的實(shí)施形態(tài)2的方框電路 圖。在該實(shí)施形態(tài)2中，交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1為同步電動(dòng)機(jī)1B，實(shí)施形態(tài)1的控 制裝置10A被替換為控制裝置IOB。在該圖5所示的控制裝置10B中，刪除 了圖1所示的控制裝置10A中的轉(zhuǎn)差角頻率指令計(jì)算裝置16和加法計(jì)算單元 17，將來自旋轉(zhuǎn)角頻率推定計(jì)算單元19的旋轉(zhuǎn)角頻率推定值coe原樣作為角頻 率計(jì)算值col提供給角頻率推定輸出單元30。除此之外，控制裝置10B與控制 裝置10A的結(jié)構(gòu)相同。
實(shí)施形態(tài)2中，由于交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1是沒有轉(zhuǎn)差的同步電動(dòng)機(jī)1B，所以 雖然旋轉(zhuǎn)角頻率推定值coe原樣成為角頻率計(jì)算值col，但是可以得到與實(shí)施形 態(tài)l相同的效果。
相關(guān)的熟練技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下可以實(shí)現(xiàn)本 發(fā)明的各種變形或者變更，應(yīng)該理解為不限于本發(fā)明記載的實(shí)施形態(tài)。
工業(yè)上的實(shí)用性
本發(fā)明的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置可以用作為安裝在電車上的交流旋轉(zhuǎn) 電機(jī)等各種交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置。
權(quán)利要求
1. 一種交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置，其特征在于，具備與三相電壓指令值一致地產(chǎn)生可變電壓與可變頻率的三相交流輸出電壓并提供給所述交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的功率轉(zhuǎn)換器；檢測出所述交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的三相電流的電流檢測單元；輸出所述三相交流輸出電壓的角頻率的推定值即角頻率推定值的角頻率推定輸出單元；在旋轉(zhuǎn)雙軸坐標(biāo)系中基于電流指令值和所述角頻率推定值計(jì)算電壓指令值的電壓指令計(jì)算單元；從所述角頻率推定值計(jì)算所述旋轉(zhuǎn)雙軸坐標(biāo)系的相位θ的相位計(jì)算單元；基于所述相位、將旋轉(zhuǎn)雙軸坐標(biāo)系的所述電壓指令值轉(zhuǎn)換為所述三相電壓指令值的dq軸/三相轉(zhuǎn)換單元；基于所述相位、將所述電流檢測單元檢測出的三相電流轉(zhuǎn)換為所述旋轉(zhuǎn)雙軸坐標(biāo)系的電流檢測值的三相/dq軸轉(zhuǎn)換單元；以及在所述旋轉(zhuǎn)雙軸坐標(biāo)系中基于所述電壓指令值和所述電流檢測值和所述角頻率推定值、計(jì)算所述交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角頻率的推定值即旋轉(zhuǎn)角頻率推定值的旋轉(zhuǎn)角頻率推定計(jì)算單元，所述角頻率推定輸出單元具有輸出下限常數(shù)值的下限常數(shù)值輸出單元；將基于所述旋轉(zhuǎn)角頻率推定值計(jì)算的角頻率計(jì)算值和所述下限常數(shù)值進(jìn)行比較的比較單元；以及根據(jù)該比較單元的比較的結(jié)果來切換到所述角頻率計(jì)算值和所述下限常數(shù)值中的較大的一方并作為所述角頻率推定值輸出的切換單元。
2. 如權(quán)利要求l所述的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置，其特征在于， 所述下限常數(shù)值是根據(jù)所述交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)常數(shù)計(jì)算的值。
3. 如權(quán)利要求2所述的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置，其特征在于， 設(shè)所述交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的一次電阻為Rs，其一次電感為Ls， 一次電阻的最大值除以標(biāo)準(zhǔn)溫度的值所得到的值為k，則所述下限常數(shù)值co2為用0)2 =kxRs/Ls計(jì)算所得的值。
4. 如權(quán)利要求l所述的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置，其特征在于，所述交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，所述控制裝置進(jìn)一步具備基于所述旋轉(zhuǎn) 雙軸坐標(biāo)系的電流指令值計(jì)算所述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差角頻率指令值的轉(zhuǎn)差角 頻率指令計(jì)算單元，將所述角頻率推定值和所述轉(zhuǎn)差角頻率指令值相加計(jì)算得 到的值作為所述角頻率計(jì)算值。
5. 如權(quán)利要求l所述的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置，其特征在于， 所述交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)是同步電動(dòng)機(jī)，將所述旋轉(zhuǎn)角頻率推定值作為所述角頻率計(jì)算值。
全文摘要
本發(fā)明提供即使在交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的極低速范圍內(nèi)也能得到穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)角頻率推定值、可以進(jìn)行穩(wěn)定的控制的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置。該控制裝置是具備角頻率推定輸出單元(20)的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置，角頻率推定輸出單元(20)基于含有旋轉(zhuǎn)角頻率推定值ωe的角頻率計(jì)算值ω1，輸出角頻率推定值ωi。該角頻率推定輸出單元(20)具有輸出下限常數(shù)值ω2的下限常數(shù)值輸出單元；比較角頻率計(jì)算值ω1和下限常數(shù)值ω2的比較單元；以及基于比較單元進(jìn)行切換動(dòng)作的切換單元，切換單元在角頻率計(jì)算值ω1位于下限常數(shù)值ω2以上的時(shí)候，輸出角頻率計(jì)算值ω1作為角頻率推定值ωi；另外在角頻率計(jì)算值ω1位于下限常數(shù)值ω2以下的時(shí)候，輸出下限常數(shù)值ω2作為角頻率推定值ωi。
文檔編號(hào)H02P21/00GK101432961SQ200680054460
公開日2009年5月13日 申請(qǐng)日期2006年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月29日
發(fā)明者根來秀人, 河野雅樹, 畠中啟太 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社