功率變換裝置制造方法
【專利摘要】在基于發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，由于功率變換器的高次諧波、直流電壓變動(dòng)的影響，由于d軸與q軸的電壓干擾引起的電流脈動(dòng)的相互增強(qiáng)現(xiàn)象，軸振動(dòng)會(huì)增加，且由于dq軸間干擾的影響，振動(dòng)或d軸電流會(huì)增加。在發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的功率變換器(105)中，按照使發(fā)電機(jī)(104)的轉(zhuǎn)子磁通量方向的d軸電流中所包含的振動(dòng)分量的相位相對(duì)于發(fā)電機(jī)(104)的旋轉(zhuǎn)電角頻率中所包含的同一頻率的振動(dòng)分量的相位超前90度以上的方式，由d軸電壓調(diào)整單元(117)對(duì)用于控制發(fā)電機(jī)(104)的d軸電壓Vd*進(jìn)行△Vd*調(diào)整，進(jìn)一步按照使q軸電流中所包含的振動(dòng)分量的相位相對(duì)于發(fā)電機(jī)(104)的旋轉(zhuǎn)電角頻率中所包含的同一頻率的振動(dòng)分量的相位超前90度以上的方式，由q軸電壓調(diào)整單元(118)對(duì)q軸的電壓Vq*進(jìn)行△Vq*調(diào)整。
【專利說明】功率變換裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)以及電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功率變換裝置，特別是涉及實(shí)現(xiàn)適于抑制發(fā)電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)之間的軸或與電動(dòng)機(jī)連接的旋轉(zhuǎn)設(shè)備的軸的振動(dòng)的控制的
功率變換裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在通過功率變換器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行可變速驅(qū)動(dòng)且經(jīng)由減速齒輪、增速齒輪等而使送風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)等旋轉(zhuǎn)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，有時(shí)在電動(dòng)機(jī)與旋轉(zhuǎn)設(shè)備間的軸上產(chǎn)生特定頻率的振動(dòng)分量。該振動(dòng)頻率是設(shè)備固有的頻率，在功率變換器驅(qū)動(dòng)中，需要進(jìn)行控制，以使該固有頻率的振動(dòng)不會(huì)對(duì)系統(tǒng)帶來惡劣影響。
[0003]因此，公知如下的技術(shù):控制功率變換器的輸出頻率，以便縮短(skip)振動(dòng)變大的特定頻率下的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間。此外，在特定頻率附近的驅(qū)動(dòng)中，為了消除所述振動(dòng)分量，例如，如專利文獻(xiàn)I記載的那樣，有如下技術(shù):推定速度變動(dòng)、扭矩變動(dòng)分量，按照施加用于消除這些脈動(dòng)的相反的電動(dòng)機(jī)扭矩的方式來控制功率變換器。 [0004]此外，在專利文獻(xiàn)2中，按照使由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)機(jī)扭矩或者電動(dòng)機(jī)扭矩電流中所包含的振動(dòng)分量的相位相對(duì)于電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)電角頻率中所包含的同一頻率的振動(dòng)分量的相位而超前90度以上的方式，控制用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電壓，從而抑制振動(dòng)分量。
[0005]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)I JP特開2007-252142號(hào)公報(bào)
[0008]專利文獻(xiàn)2 JP特開2010-259275號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明要解決的問題
[0010]在專利文獻(xiàn)I中，根據(jù)旋轉(zhuǎn)速度將驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的脈動(dòng)扭矩或電動(dòng)機(jī)的負(fù)載扭矩推定為干擾扭矩，補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)扭矩來消除那些干擾扭矩。但是，速度推定或軸振動(dòng)扭矩的推定缺乏電動(dòng)機(jī)或機(jī)械系統(tǒng)的信息。需要事先獲得這些常數(shù)或者事先測(cè)量這些常數(shù)，在這些值不同于實(shí)際值的情況下，反而有可能產(chǎn)生有助于振動(dòng)的扭矩。此外，在控制運(yùn)算變得復(fù)雜而導(dǎo)致控制延遲變得顯著的情況下，有可能產(chǎn)生有助于振動(dòng)的扭矩。
[0011]在專利文獻(xiàn)2中，按照使扭矩電流Iq或者電動(dòng)機(jī)扭矩TG中所包含的振動(dòng)分量相對(duì)于電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)角頻率ω?中所包含的振動(dòng)分量超前90度以上的方式來控制q軸電壓指令，從而抑制機(jī)械系統(tǒng)的振動(dòng)。但是，在將現(xiàn)有技術(shù)的專利文獻(xiàn)2應(yīng)用于基于發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的情況下，由于功率變換器的高次諧波的影響、電動(dòng)機(jī)負(fù)載變動(dòng)引起的直流電壓變動(dòng)的影響，產(chǎn)生d軸與q軸的電壓干擾所引起的電流脈動(dòng)相互增強(qiáng)的現(xiàn)象，有可能會(huì)增加軸振動(dòng)。此外，由于根據(jù)電動(dòng)機(jī)的電傳遞特性，僅在q軸電壓指令中設(shè)置基于電流檢測(cè)值IqFB的振動(dòng)抑制環(huán)，因此dq軸間干擾的影響所引起的振動(dòng)有可能會(huì)增加，或者d軸電流有可能會(huì)增加。
[0012]本發(fā)明的目的是鑒于上述問題而提供一種在基于發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中能夠抑制振動(dòng)分量的發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、功率變換器、發(fā)電機(jī)控制裝置以及發(fā)電機(jī)的控制方法。
[0013]此外，作為其他的目的，由于在家電、鋼鐵、普通高壓產(chǎn)業(yè)驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域中，發(fā)電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)以及電動(dòng)機(jī)等機(jī)械系統(tǒng)的各種常數(shù)精度可以比較低但期望控制方式的增益設(shè)計(jì)比較容易，因此提供一種常數(shù)強(qiáng)健性(robust)高的功率變換器以及軸振動(dòng)的抑制控制單元。
[0014]用于解決問題的手段
[0015]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的特征在于，在發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的功率變換裝置中，按照使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁通量方向的d軸電流中所包含的振動(dòng)分量的相位相對(duì)于所述發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)電角頻率中所包含的同一頻率的振動(dòng)分量的相位超前90度以上的方式來調(diào)整用于控制所述發(fā)電機(jī)的所述d軸的電壓，進(jìn)一步按照使與所述d軸正交的q軸電流中所包含的振動(dòng)分量的相位相對(duì)于所述發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)電角頻率中所包含的同一頻率的振動(dòng)分量的相位超前90度以上的方式來調(diào)整所述q軸的電壓。
[0016]具體而言，在具備發(fā)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)所述發(fā)電機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)、檢測(cè)流過所述發(fā)電機(jī)中的電流的電流檢測(cè)器、根據(jù)載波信號(hào)對(duì)三相電壓指令信號(hào)進(jìn)行脈寬調(diào)制的PWM信號(hào)控制部、由進(jìn)行了脈寬調(diào)制的選通信號(hào)驅(qū)動(dòng)的功率變換裝置、電動(dòng)機(jī)、和驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)的功率變換器的發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的功率變換裝置中，具備對(duì)控制所述發(fā)電機(jī)的功率變換器的輸出電壓進(jìn)行調(diào)整的dq軸電壓調(diào)整部，所述dq軸電壓調(diào)整部按照使所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁通量方向的d軸電流中所包含的振動(dòng)分量的相位相對(duì)于所述發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)電角頻率中所包含的同一頻率的振動(dòng)分量的相位超前90度以上的方式來調(diào)整用于控制發(fā)電機(jī)的所述d軸的電壓，進(jìn)一步按照使與所述d軸正交的q軸電流中所包含的振動(dòng)分量的相位相對(duì)于所述發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)電角頻率中所包含的同一頻率的振動(dòng)分量的相位超前90度以上的方式來調(diào)整所述q軸的電壓。
[0017]另外，在本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的功率變換裝置中，所述dq軸電壓調(diào)整部由d軸電壓調(diào)整單元和q軸電壓調(diào)整單元構(gòu)成，所述d軸電壓調(diào)整單元以及q軸電壓調(diào)整單元由比例控制部、或者由比例控制部和一次延遲控制部、或者由比例控制部、一次延遲控制部、和不完全微分控制部構(gòu)成。
[0018]此外，本發(fā)明的特征在于，在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功率變換裝置中，按照使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁通量方向的d軸電流中所包含的振動(dòng)分量的相位相對(duì)于所述電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)電角頻率中所包含的同一頻率的振動(dòng)分量的相位超前90度以上的方式來調(diào)整用于控制所述電動(dòng)機(jī)的所述d軸的電壓，進(jìn)一步按照使與所述d軸正交的q軸電流中所包含的振動(dòng)分量的相位相對(duì)于所述電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)電角頻率中所包含的同一頻率的振動(dòng)分量的相位超前90度以上的方式來調(diào)整所述q軸的電壓。
[0019]具體而言，在具備電動(dòng)機(jī)、檢測(cè)流過所述電動(dòng)機(jī)中的電流的電流檢測(cè)器、根據(jù)載波信號(hào)對(duì)三相電壓指令信號(hào)進(jìn)行脈寬調(diào)制的PWM信號(hào)控制部、和由進(jìn)行了脈寬調(diào)制的選通信號(hào)驅(qū)動(dòng)的功率變換裝置的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功率變換裝置中，具備調(diào)整對(duì)所述電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制的功率變換裝置的輸出電壓的dq軸電壓調(diào)整部，所述dq軸電壓調(diào)整部按照使所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁通量方向的d軸電流中所包含的振動(dòng)分量的相位相對(duì)于所述發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)電角頻率中所包含的同一頻率的振動(dòng)分量的相位超前90度以上的方式來調(diào)整用于控制發(fā)電機(jī)的所述d軸的電壓，進(jìn)一步按照使與所述d軸正交的q軸電流中所包含的振動(dòng)分量的相位相對(duì)于所述發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)電角頻率中所包含的同一頻率的振動(dòng)分量的相位超前90度以上的方式來調(diào)整所述q軸的電壓。
[0020]另外，在本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功率變換裝置中，所述dq軸電壓調(diào)整部由d軸電壓調(diào)整單元和q軸電壓調(diào)整單元構(gòu)成，所述d軸電壓調(diào)整單元以及q軸電壓調(diào)整單元由比例控制部、或者由比例控制部和一次延遲控制部、或者由比例控制部、一次延遲控制部、和不完全微分控制部構(gòu)成。
[0021]此外，本發(fā)明的特征在于，在具備發(fā)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)所述發(fā)電機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)、根據(jù)載波信號(hào)對(duì)基于流過所述發(fā)電機(jī)中的電流的三相電壓指令信號(hào)進(jìn)行脈寬調(diào)制的PWM信號(hào)控制部、由進(jìn)行了脈寬調(diào)制的選通信號(hào)驅(qū)動(dòng)的功率變換裝置、電動(dòng)機(jī)、和驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)的功率變換器的發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的功率變換裝置中，按照使所述發(fā)電機(jī)的交流電流中所包含的振動(dòng)分量的相位相對(duì)于所述發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)電角頻率中所包含的同一頻率的振動(dòng)分量超前90度以上的方式來調(diào)整交流電壓指令。
[0022]此外，本發(fā)明的特征在于，在具備電動(dòng)機(jī)、根據(jù)載波信號(hào)對(duì)基于流過所述電動(dòng)機(jī)中的電流的三相電壓指令信號(hào)進(jìn)行脈寬調(diào)制的PWM信號(hào)控制部、和由進(jìn)行了脈寬調(diào)制的選通信號(hào)驅(qū)動(dòng)的功率變換裝置的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功率變換裝置中，按照使所述電動(dòng)機(jī)的交流電流中所包含的振動(dòng)分量的相位相對(duì)于所述電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)電角頻率中所包含的同一頻率的振動(dòng)分量超前90度以上的方式來調(diào)整交流電壓指令。
[0023]發(fā)明效果
[0024]根據(jù)本發(fā)明，除了 q軸電壓調(diào)整單元外還設(shè)置d軸電壓調(diào)整單元，從而能夠提高抑制發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)以及電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)的d軸與q軸的電壓干擾所引起的振動(dòng)分量的效果，并且具有能夠抑制d軸電流的增加的效果。
[0025]此外，在發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)以及電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，抑制在發(fā)電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)間的軸或電動(dòng)機(jī)與旋轉(zhuǎn)設(shè)備間的軸中所產(chǎn)生的特定頻率的振動(dòng)分量時(shí)，不需要詳細(xì)的電動(dòng)機(jī)或機(jī)械系統(tǒng)的信息，能夠用簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明的實(shí)施例1的整體控制框圖。
[0027]圖2是發(fā)電機(jī)的三相定子繞組軸與轉(zhuǎn)子磁通量位置的關(guān)系圖。
[0028]圖3是考慮了 dq軸干擾環(huán)時(shí)從永磁鐵同步發(fā)電機(jī)的d軸以及q軸的電壓脈動(dòng)AV產(chǎn)生電流脈動(dòng)Λ I的框圖。
[0029]圖4是永磁鐵同步發(fā)電機(jī)的從d軸以及q軸的電壓脈動(dòng)AV至電流脈動(dòng)Λ I的傳遞特性的例子。
[0030]圖5是包括本發(fā)明的實(shí)施例1中的q軸電壓調(diào)整單元的功能框圖。
[0031]圖6是實(shí)施了 q軸電壓調(diào)整單元時(shí)的從d軸以及q軸的電壓脈動(dòng)AV至電流脈動(dòng)Δ I的傳遞特性的例子。
[0032]圖7是表示在發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中有可能產(chǎn)生的振動(dòng)源的圖。
[0033]圖8是表示了功率變換器(CNV)的高次諧波的影響所引起的電壓干擾特性的圖。[0034]圖9是表示了功率變換器(CNV)的直流電壓變動(dòng)的影響所引起的電壓干擾特性的圖。
[0035]圖10是包括本發(fā)明的實(shí)施例1中的d軸電壓調(diào)整單元的功能框圖。
[0036]圖11是同時(shí)使用了本發(fā)明的實(shí)施例1中的q軸電壓調(diào)整單元和d軸電壓調(diào)整單元時(shí)的從d軸以及q軸的電壓脈動(dòng)AV至電流脈動(dòng)Λ I的傳遞特性的例子。
[0037]圖12是本發(fā)明的實(shí)施例2中的整體控制框圖。
[0038]圖13是本發(fā)明的實(shí)施例3中的整體控制框圖。
[0039]圖14是本發(fā)明的實(shí)施例4中的整體控制框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]以下，參照附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例。另外，在所有圖中原則上對(duì)同一要素附加同一符號(hào)。
[0041]實(shí)施例1
[0042]圖1是本發(fā)明的實(shí)施例1的發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。本系統(tǒng)由作為控制對(duì)象的發(fā)電機(jī)104、與發(fā)電機(jī)104連接的發(fā)動(dòng)機(jī)101、控制發(fā)電機(jī)104的功率變換器(CNV) 105、控制功率變換器(CNV) 105的控制裝置106、電動(dòng)機(jī)109、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)109的功率變換器(INV) 108、以及控制(INV)功率變換器108的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制裝置110構(gòu)成。
[0043]控制裝置106具備dq軸電壓調(diào)整部116，該dq軸電壓調(diào)整部116用于抑制進(jìn)行發(fā)電控制時(shí)的干擾所引起的發(fā)動(dòng)機(jī)101與發(fā)電機(jī)104之間的軸(shaft) 103以及耦合部102的振動(dòng)。dq軸電壓調(diào)整部116按照相對(duì)于發(fā)電機(jī)104的旋轉(zhuǎn)電角頻率中所包含的振動(dòng)分量的相位使流過發(fā)電機(jī)104的電流中所包含的同一頻率的振動(dòng)分量的相位超前90度以上的方式來控制功率變換器(CNV) 105，從而使振動(dòng)分量衰減。
[0044]詳細(xì)說明圖1的結(jié)構(gòu)圖。在圖1中，功率變換器(CNV) 105基于相電流檢測(cè)部111檢測(cè)到的交流電流檢測(cè)值Iu、Iw和旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)部112檢測(cè)到的發(fā)電機(jī)104的旋轉(zhuǎn)電角頻率ω 1，通過控制裝置106進(jìn)行控制。另外，圖1的相電流檢測(cè)部111進(jìn)行基于2相檢測(cè)的交流電流檢測(cè)，但是也可以是3相檢測(cè)。此外，也可以不使用相電流傳感器，而使用根據(jù)流過為了功率變換器(CNV) 105的過電流保護(hù)而安裝的直流電阻的電流值而推定出的交流電流值。
[0045]由dq坐標(biāo)變換器113基于電相位角Θ d，將交流電流檢測(cè)值Iu、Iw變換為d軸(磁通量軸)上的電流檢測(cè)值Id以及與所述d軸正交的q軸(扭矩軸)上的電流檢測(cè)值Iq。將旋轉(zhuǎn)電角頻率ω I作為輸入，由相位運(yùn)算部114運(yùn)算該電相位角Θ d。在電壓指令運(yùn)算部115中，將勵(lì)磁電流指令I(lǐng)d*、扭矩電流指令I(lǐng)q*、旋轉(zhuǎn)電角頻率ω l、d軸電流檢測(cè)值Id及q軸電流檢測(cè)值Iq作為輸入，輸出d軸電壓指令Vd*和q軸電壓指令Vq*。
[0046]另外，在電壓指令運(yùn)算部115中，有時(shí)除了電流指令外還使用扭矩指令等。dq軸電壓調(diào)整部116由d軸電壓調(diào)整單元117和q軸電壓調(diào)整單元118構(gòu)成。在d軸電壓調(diào)整單元117中，將d軸電流檢測(cè)值Id作為輸入，輸出d軸電壓調(diào)整值A(chǔ)Vd*。所輸出的d軸電壓調(diào)整值Λ Vd*被相加到作為電壓指令運(yùn)算部115的輸出的d軸電壓指令Vd*上，作為電壓指令Vd**來輸出。
[0047]此外，在q軸電壓調(diào)整單元118中，將q軸電流檢測(cè)值Iq作為輸入，輸出q軸電壓調(diào)整值A(chǔ)Vq*。所輸出的q軸電壓調(diào)整值Λ Vq*被相加到作為電壓指令運(yùn)算部115的輸出的q軸電壓指令Vq*上，作為電壓指令Vq**來輸出。由dq坐標(biāo)逆變換器113’基于電相位角Θ d，將電壓指令Vd**和電壓指令Vq**變換為三相交流軸上的電壓指令Vu*、Vv*,Vw*。由脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)控制器119將電壓指令Vu*、Vv*、Vw*變換為驅(qū)動(dòng)功率變換器(CNV) 105的PWM脈沖信號(hào)。
[0048]接著，說明本實(shí)施例中的發(fā)動(dòng)機(jī)101與發(fā)電機(jī)104間的軸振動(dòng)抑制單元。首先，使用圖2來定義坐標(biāo)軸。在本實(shí)施例中，如圖2所示，將發(fā)電機(jī)104的三相定子繞組的U相設(shè)為u軸、V相設(shè)為V軸、W相設(shè)為w軸。此外，將發(fā)電機(jī)104的轉(zhuǎn)子磁通量方向設(shè)為d軸、將與d軸正交的軸設(shè)為q軸。將d軸的電相位角設(shè)為從定子u軸看到的相位角，定義為圖2所示的Θ d。在Θ d為O度時(shí)，U相繞組的交鏈磁通量最大。
[0049]在本發(fā)明中，同時(shí)使用以不完全微分提取q軸(扭矩軸)上的電流檢測(cè)值Iq的振動(dòng)分量來調(diào)整q軸電壓指令Vq*的振動(dòng)抑制控制環(huán)、和以不完全微分提取d軸(磁通量軸)上的電流檢測(cè)值Id的振動(dòng)分量來調(diào)整d軸電壓指令Vd*的振動(dòng)抑制控制環(huán)。
[0050]這是因?yàn)?，q軸電壓調(diào)整環(huán)主要在軸振動(dòng)的抑制方面有效果，而d軸電壓調(diào)整環(huán)在利用q軸電壓調(diào)整環(huán)時(shí)具有抑制d軸電流Id的增加的效果。此外，通過在q軸電壓調(diào)整環(huán)的基礎(chǔ)上還設(shè)置d軸電壓調(diào)整環(huán)，從而因電壓干擾Λ VcUAVq產(chǎn)生的d軸的電流脈動(dòng)AId以及q軸的電流脈動(dòng)△ Iq的相位變成同相位，能夠調(diào)整為不會(huì)因dq軸間干擾環(huán)而增加彼此的振動(dòng)。
[0051]圖3是表示考慮了 dq軸間干擾環(huán)時(shí)從永磁鐵同步發(fā)電機(jī)的d軸以及q軸的電壓脈動(dòng)AV(干擾AVd、干擾AVq)產(chǎn)生電流脈動(dòng)Λ I(變動(dòng)Λ Id、變動(dòng)AIq)的框圖。
[0052]此外，圖4是永 磁鐵同步發(fā)電機(jī)以任意的旋轉(zhuǎn)頻率進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)時(shí)的從d軸以及q軸的電壓脈動(dòng)AV(干擾AVd、干擾AVq)至電流脈動(dòng)Λ I ( Λ Id、Λ Iq)的傳遞特性。根據(jù)永磁鐵同步發(fā)電機(jī)的電特性，考慮了 dq軸間干擾環(huán)的傳遞函數(shù)之中，與微分算子s的一次方相比，微分算子s的平方項(xiàng)起到更支配性的作用，在如圖4所示的永磁鐵同步發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率下具有諧振特性。在該諧振頻率接近發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)的固有振動(dòng)數(shù)的情況下，振動(dòng)變大，從而會(huì)成為問題。
[0053]圖5是包括本發(fā)明的實(shí)施例1中的q軸電壓調(diào)整單元11的功能框圖。在q軸電壓調(diào)整單元118中，按照使q軸電流檢測(cè)值Iq中所包含的振動(dòng)分量相對(duì)于發(fā)電機(jī)104的旋轉(zhuǎn)角頻率ω I中所包含的振動(dòng)分量超前90度以上的方式來設(shè)定電壓指令調(diào)整值A(chǔ)Vq*。通過超前90度以上，從而能夠抑制機(jī)械系統(tǒng)的振動(dòng)。
[0054]圖6是在永磁鐵同步發(fā)電機(jī)的傳遞特性(圖4)中、設(shè)置有基于前述的基于Iq檢測(cè)值的q軸電壓調(diào)整環(huán)時(shí)的電流脈動(dòng)Λ I相對(duì)于電壓干擾的傳遞特性的變化的一例?？芍?，永磁鐵同步發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率下的諧振倍率在下降。其結(jié)果，能夠抑制諧振頻率接近了發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)的固有振動(dòng)數(shù)時(shí)的振動(dòng)。
[0055]圖7是在發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行發(fā)電控制時(shí)成為發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)間的軸振動(dòng)的加振源的電壓干擾的例子。作為進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的發(fā)電控制時(shí)假設(shè)的電壓干擾，可以考慮CNV高次諧波、直流電壓變動(dòng)等。
[0056]圖8是表示了功率變換器(CNV) 105的高次諧波的影響所引起的電壓干擾特性的圖。由前述的電壓干擾Λ VcUAVq進(jìn)行表示的情況下，一個(gè)是Λ Vd成為cos波、Λ Vq成為sin波的組合，另一個(gè)是Λ Vd成為cos波、Λ Vq成為-sin波的組合。此外，CNV高次諧波的頻率分量是由載波頻率和基波頻率的組合來決定的，因此使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)的固有振動(dòng)數(shù)與CNV高次諧波的頻率一致的基波頻率條件存在無數(shù)個(gè)。
[0057]圖9是表示了功率變換器(CNV) 105的直流電壓變動(dòng)的影響所引起的電壓干擾特性的圖。由前述的電壓干擾AVd、AVq進(jìn)行了表示時(shí)，成為具有同相關(guān)系的正弦波特性。此外，直流電壓變動(dòng)的影響所引起的電壓干擾的頻率分量產(chǎn)生發(fā)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)頻率的2倍諧波、6倍諧波的頻率分量。
[0058]由此，在發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中，進(jìn)行發(fā)電控制時(shí)成為發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)間的軸振動(dòng)的加振源的電壓干擾特性的相位關(guān)系并不相同。因此，考慮了從電壓干擾AV至電流脈動(dòng)Λ I的dq軸間干擾環(huán)的4個(gè)傳遞特性“ Λ Vd — Δ Id”、“ AVd- Δ Iq”、“ AVq- Δ Iq”以及“AVq— Aid”根據(jù)上述的電壓干擾的相位特性，引起電流脈動(dòng)的相互增強(qiáng)(和)、相互削弱(差)的現(xiàn)象。
[0059]因此，針對(duì)成為軸振動(dòng)的加振源的電壓干擾特性，除了降低發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)的固有振動(dòng)數(shù)中的從電壓脈動(dòng)至電流脈動(dòng)Λ I的增益特性，按照使電壓干擾AVd、AVq的相位差、和還增加了 q軸電壓調(diào)整控制環(huán)后的前述的4個(gè)傳遞特性“ AVd— AId”、“AVd— AIq”、“AVq— AIq”&&“AVq— Λ Id” 的相位特性之間的關(guān)系不會(huì)成為相互增強(qiáng)的條件的方式進(jìn)行控制設(shè)計(jì)，這在軸振動(dòng)的抑制中是有效的。
[0060]因此，在本發(fā)明中，為了解決上述問題，除了 q軸電壓調(diào)整單元118外，還設(shè)置d軸電壓調(diào)整單元117。
[0061]圖10是包括本發(fā)明的實(shí)施例1中的d軸電壓調(diào)整單元117的功能框圖。在d軸電壓調(diào)整單元117中,針對(duì)發(fā)電機(jī)104的旋轉(zhuǎn)角頻率ω?中所包含的振動(dòng)分量,按照使d軸電流檢測(cè)值Id中所包含的振動(dòng)分量超前90度以上的方式來設(shè)定d軸電壓調(diào)整值Λ Vd*。通過使相位超前90度以上，從而能夠抑制d軸電流的振動(dòng)的增加。此外，在從電壓干擾AV(AVd、AVq)至電流脈動(dòng)Λ I (Λ Id，Δ Iq)的傳遞特性中，能夠控制設(shè)計(jì)為使振動(dòng)的相互增強(qiáng)的條件緩和。其結(jié)果，與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠提高軸振動(dòng)抑制效果。
[0062]圖11是在永磁鐵同步發(fā)電機(jī)的傳遞特性中、設(shè)置有q軸電壓調(diào)整單元118和d軸電壓調(diào)整單元117時(shí)的電流脈動(dòng)Λ I (Aid、Λ Iq)相對(duì)于電壓干擾AV(AVcUAVq)的傳遞特性的一例。
[0063]與圖6的只有q軸電壓調(diào)整單元118時(shí)相比，可知能夠降低增益特性。此外，在發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中，相對(duì)于發(fā)電控制時(shí)的CNV高次諧波、直流電壓變動(dòng)的電壓干擾特性，成為能夠緩和從電壓干擾AV(AVd、AVq)至電流脈動(dòng)Al(AId、AIq)的dq軸的相互增強(qiáng)(同相關(guān)系)現(xiàn)象的相位特性。
[0064]接著，說明本實(shí)施例的d軸電壓調(diào)整單元117以及q軸電壓調(diào)整單元118的具體的設(shè)定方法。
[0065]如上所述，若調(diào)整q軸電壓指令，以使相對(duì)于發(fā)電機(jī)104的旋轉(zhuǎn)角頻率ω I中所包含的振動(dòng)分量，電流Iq中所包含的振動(dòng)分量超前90度以上，則能夠減少振動(dòng)。在圖5的包括q軸電壓調(diào)整單元118的系統(tǒng)的框圖中，將q軸電壓調(diào)整單元118的增益設(shè)為KM。
[0066]在Kqq的增益設(shè)定中，考慮相對(duì)于圖5的Iq的環(huán)。以Iq作為起點(diǎn)的傳遞函數(shù)Gq如式(I)所示。此時(shí)，由于僅考慮振動(dòng)分量，因此忽略感應(yīng)電壓emf的環(huán)。[0067](數(shù)學(xué)式I)
【權(quán)利要求】
1.一種功率變換裝置，是具備發(fā)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)所述發(fā)電機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)、根據(jù)載波信號(hào)對(duì)基于流過所述發(fā)電機(jī)中的電流的三相電壓指令信號(hào)進(jìn)行脈寬調(diào)制的PWM信號(hào)控制部、由進(jìn)行了脈寬調(diào)制的選通信號(hào)驅(qū)動(dòng)的功率變換裝置、電動(dòng)機(jī)、和驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)的功率變換器的發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的功率變換裝置，該功率變換裝置的特征在于， 按照使所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁通量方向的d軸的電流中所包含的振動(dòng)分量的相位相對(duì)于所述發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)電角頻率中所包含的同一頻率的振動(dòng)分量超前90度以上的方式來調(diào)整所述d軸的電壓指令，進(jìn)一步按照使與所述d軸正交的q軸的電流中所包含的振動(dòng)分量的相位相對(duì)于所述發(fā)電機(jī)的所述旋轉(zhuǎn)電角頻率中所包含的所述同一頻率的振動(dòng)分量超前90度以上的方式來調(diào)整所述q軸的電壓指令。
2.—種功率變換裝置，是具備電動(dòng)機(jī)、根據(jù)載波信號(hào)對(duì)基于流過所述電動(dòng)機(jī)中的電流的三相電壓指令信號(hào)進(jìn)行脈寬調(diào)制的PWM信號(hào)控制部、和由進(jìn)行了脈寬調(diào)制的選通信號(hào)驅(qū)動(dòng)的功率變換裝置的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功率變換裝置，該功率變換裝置的特征在于， 按照使所述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁通量方向的d軸的電流中所包含的振動(dòng)分量的相位相對(duì)于所述電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)電角頻率中所包含的同一頻率的振動(dòng)分量超前90度以上的方式來調(diào)整所述d軸的電壓指令，進(jìn)一步按照使與所述d軸正交的q軸的電流中所包含的振動(dòng)分量的相位相對(duì)于所述電動(dòng)機(jī)的所述旋轉(zhuǎn)電角頻率中所包含的所述同一頻率的振動(dòng)分量超前90度以上的方式來調(diào)整所述q軸的電壓指令。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的功率變換裝置，其特征在于， 在將所述旋轉(zhuǎn)電角頻率的振動(dòng)分量的波形的平均值與該振動(dòng)分量的波形的交點(diǎn)設(shè)為零點(diǎn)、將所述q軸的電 流以及所述d軸的電流的振動(dòng)頻率的振動(dòng)分量的波形的平均值與該振動(dòng)分量的波形的交點(diǎn)設(shè)為零點(diǎn)的情況下，按照使根據(jù)所述q軸的電流以及所述d軸的電流的振動(dòng)分量的波形得到的零點(diǎn)相對(duì)于根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)電角頻率的振動(dòng)分量的波形得到的零點(diǎn)超前90度以上的方式，來調(diào)整電壓指令。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率變換裝置，其特征在于， 調(diào)整所述電壓指令的手段包括以下方式中的任一種:比例；比例和一次延遲；比例和微分；比例、一次延遲、和不完全微分；比例和不完全微分；或者比例、微分、和不完全微分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的功率變換裝置，其特征在于， 將所述旋轉(zhuǎn)電角頻率的振動(dòng)分量的波形的峰值間設(shè)為180度、將所述q軸的電流以及所述d軸的電流的振動(dòng)分量的波形的峰值間設(shè)為180度，按照使所述q軸的電流以及所述d軸的電流的振動(dòng)分量的最大峰值相對(duì)于根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)電角頻率的振動(dòng)分量的波形得到的最大峰值超前90度以上的方式來調(diào)整電壓指令。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的功率變換裝置，其特征在于， 調(diào)整所述電壓指令的手段包括以下方式中的任一種:比例；比例和一次延遲；比例和微分；比例、一次延遲、和不完全微分；比例和不完全微分；或者比例、微分、和不完全微分。
7.—種功率變換裝置，是具備發(fā)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)所述發(fā)電機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)、根據(jù)載波信號(hào)對(duì)基于流過所述發(fā)電機(jī)中的電流的三相電壓指令信號(hào)進(jìn)行脈寬調(diào)制的PWM信號(hào)控制部、由進(jìn)行了脈寬調(diào)制的選通信號(hào)驅(qū)動(dòng)的功率變換裝置、電動(dòng)機(jī)、和驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)的功率變換器的發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的功率變換裝置，該功率變換裝置的特征在于， 按照使所述發(fā)電機(jī)的交流電流中所包含的振動(dòng)分量的相位相對(duì)于所述發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)電角頻率中所包含的同一頻率的振動(dòng)分量超前90度以上的方式來調(diào)整交流電壓指令。
8.—種功率變換裝置，是具備電動(dòng)機(jī)、根據(jù)載波信號(hào)對(duì)基于流過所述電動(dòng)機(jī)中的電流的三相電壓指令信號(hào)進(jìn)行脈寬調(diào)制的PWM信號(hào)控制部、由進(jìn)行了脈寬調(diào)制的選通信號(hào)驅(qū)動(dòng)的功率變換裝置的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功率變換裝置，該功率變換裝置的特征在于， 按照使所述電動(dòng)機(jī)的交流電流中所包含的振動(dòng)分量的相位相對(duì)于所述電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)電角頻率中所包含的同一頻率的振動(dòng)分量超前90度以上的方式來調(diào)整交流電壓指令。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的功率變換裝置，其特征在于， 在將所述旋轉(zhuǎn)電角頻率的振動(dòng)分量的波形的平均值與該振動(dòng)分量的波形的交點(diǎn)設(shè)為零點(diǎn)、將所述交流電流的振動(dòng)頻率的振動(dòng)分量的波形的平均值與該振動(dòng)分量的波形的交點(diǎn)設(shè)為零點(diǎn)的情況下，按照使根據(jù)所述交流電流的振動(dòng)分量的波形得到的零點(diǎn)相對(duì)于根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)電角頻率的振動(dòng)分量的波形得到的零點(diǎn)超前90度以上的方式來調(diào)整電壓指令。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率變換裝置，其特征在于， 調(diào)整所述電壓指令的手段包括以下方式中的任一種:比例；比例和一次延遲；比例和微分；比例、一次延遲、和不完全微分；比例和不完全微分；或者比例、微分、和不完全微分。
11.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的功率變換裝置，其特征在于， 將所述旋轉(zhuǎn)電角頻 率的振動(dòng)分量的波形的峰值間設(shè)為180度、將所述交流電流的振動(dòng)分量的波形的峰值間設(shè)為180度，按照使所述交流電流的振動(dòng)分量的最大峰值相對(duì)于根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)電角頻率的振動(dòng)分量的波形得到的最大峰值超前90度以上的方式來調(diào)整電壓指令。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的功率變換裝置，其特征在于， 調(diào)整所述電壓指令的手段包括以下方式中的任一種:比例；比例和一次延遲；比例和微分；比例、一次延遲、和不完全微分；比例和不完全微分；或者比例、微分、和不完全微分。
【文檔編號(hào)】H02P9/04GK103907282SQ201280052809
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月1日
【發(fā)明者】坂井俊文, 永田浩一郎, 巖路善尚, 島田基巳 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所