專(zhuān)利名稱(chēng)：用于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的變速控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變速裝置，用于變速控制一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(也叫作電動(dòng)機(jī)或感應(yīng)起電機(jī))等。
一種常規(guī)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)在電動(dòng)機(jī)磁通軸方向和垂直于磁通軸的轉(zhuǎn)矩軸方向控制旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)上的一個(gè)電壓或一個(gè)電流，來(lái)控制一個(gè)電動(dòng)機(jī)的磁通和轉(zhuǎn)矩。為了進(jìn)行上述控制，就把一個(gè)速度傳感器連接到電動(dòng)機(jī)上，或者根據(jù)加到電動(dòng)機(jī)上的電壓和電流估計(jì)和計(jì)算電動(dòng)機(jī)磁通的位置，參見(jiàn)《電氣協(xié)會(huì)報(bào)告》(DENKIGAKKAISHI)第108卷第2期第142頁(yè)至146頁(yè)上的“無(wú)傳感器的矢量控制變換器”一文中的描述。即，如果不能把一個(gè)速度傳感器連接到電動(dòng)機(jī)上，或者如果使用一種不連接速度傳感器的便宜的電動(dòng)機(jī)，則通常要根據(jù)電壓或電流來(lái)估計(jì)和計(jì)算電動(dòng)機(jī)磁通的位置，象后者情況一樣。


圖1是一個(gè)說(shuō)明常規(guī)系統(tǒng)的方框圖。
在圖1中，標(biāo)號(hào)1表示一個(gè)電功率變換電路；2表示一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(IM)；6表示一個(gè)電壓指令值計(jì)算電路；8和11表示坐標(biāo)變換電路；12表示一個(gè)積分器；和21表示一個(gè)電流檢測(cè)器。在積分器12中，從一個(gè)基本角頻率指令值ω1*得出一個(gè)磁通位置θ*；并且坐標(biāo)變換電路11使用磁通位置θ*把由電流檢測(cè)器21檢測(cè)的電流值變成旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)上的電流值iM和iT。電壓指令值計(jì)算電路6從坐標(biāo)變換電路11的輸出和基本角頻率指令值ω1*得到電壓指令值VM*和VT*。坐標(biāo)變換電路8把來(lái)自電壓指令值計(jì)算電路6的輸出VM*和VT*變成一個(gè)電壓指令V1*，并且用電壓指令V1*控制電功率變換電路1，以驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)2。
然而，在一個(gè)用于沒(méi)有連接速度傳感器的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置中，在估計(jì)磁通位置時(shí)有時(shí)可能發(fā)生誤差，從而引起工作點(diǎn)的漂移。尤其是，這種傾向?qū)σ粋€(gè)基本頻率低的工作區(qū)來(lái)說(shuō)是顯著的。
因此，本發(fā)明之目的在于通過(guò)得到一個(gè)隨著要得到的工作點(diǎn)的偏差而變的誤差信號(hào)，并且根據(jù)該誤差信號(hào)校正該工作點(diǎn)偏差，來(lái)執(zhí)行優(yōu)良的控制。
一種根據(jù)本發(fā)明的用于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的變速控制裝置，包括供電裝置，用于向感應(yīng)電動(dòng)機(jī)提供一個(gè)電壓和一個(gè)電流；控制裝置，用于控制要供給感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電壓或電流；調(diào)制裝置，用于在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)磁通中產(chǎn)生一個(gè)瞬變現(xiàn)象；和提取裝置，用于從至少一個(gè)由瞬變現(xiàn)象引起的電壓、電流和磁通的諸變化量(或成分)中，提取一個(gè)取決于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率或轉(zhuǎn)速的成分；其中，根據(jù)提取裝置的輸出，確定控制裝置的操縱變量。
在這種變速控制裝置中，調(diào)制裝置用于在與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁通同步的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)上產(chǎn)生一個(gè)磁通交替變化，而提取裝置可根據(jù)在一個(gè)垂直于磁通交替變化方向的方向上產(chǎn)生的電壓、電流和磁通的諸變化量(或成分)中的至少一個(gè)變化量，提取一個(gè)取決于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差頻率的成分。即，調(diào)制裝置在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定子坐標(biāo)上產(chǎn)生一個(gè)磁通交替變化，而提取裝置可根據(jù)在一個(gè)垂直于該磁通交替變化方向的方向上發(fā)生的電壓、電流和磁通的諸變化中的至少一個(gè)變化，提取一個(gè)取決于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的成分。
根據(jù)本發(fā)明的變速控制裝置，控制裝置的操縱變量可以是供給感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電壓量或電流量，或者可以是一個(gè)相位。即，它可以是供給感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電壓頻率或電流頻率。
根據(jù)本發(fā)明的用于一個(gè)由電功率變換電路驅(qū)動(dòng)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的另一種變速控制裝置，包括一個(gè)矢量旋轉(zhuǎn)裝置，用于把一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的初級(jí)電流分解成一個(gè)在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)磁通軸(M軸)方向上的成分(磁化電流成分)，和一個(gè)在垂直于磁通軸的一個(gè)軸(T軸)的方向上的成分(轉(zhuǎn)矩電流成分)，和用于輸出這些成分；磁通位置計(jì)算裝置，用于通過(guò)基本角頻率的積分而得出一個(gè)磁通軸位置，以便通過(guò)執(zhí)行基于每個(gè)這些成分的預(yù)定控制運(yùn)算和獨(dú)立地調(diào)節(jié)這些成分，至少控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩；一個(gè)加法器，用于把一個(gè)生成的交變電流信號(hào)加到一個(gè)磁化電流指令值上；一個(gè)電壓檢測(cè)電路，用于檢測(cè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電壓；一個(gè)感應(yīng)電壓計(jì)算電路，用于從一個(gè)檢測(cè)電壓值和一個(gè)檢測(cè)電流值計(jì)算一個(gè)感應(yīng)電壓(電動(dòng)勢(shì))；和一個(gè)誤差信號(hào)計(jì)算電路，把感應(yīng)電壓和磁化電流或交變電流信號(hào)輸入到該電路中，以便對(duì)一個(gè)由于實(shí)際磁通矢量方向與磁通位置計(jì)算裝置所得的坐標(biāo)軸方向之間不一致而產(chǎn)生的誤差信號(hào)，進(jìn)行計(jì)算。
根據(jù)本發(fā)明的用于由電功率變換電路驅(qū)動(dòng)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的另一種變速控制裝置，包括一個(gè)矢量旋轉(zhuǎn)裝置，用于把一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的初級(jí)電流分解成一個(gè)在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)磁通軸(M軸)方向上的成分(磁化電流成分)，和一個(gè)在垂直于磁通軸的軸(T軸)方向上的成分(轉(zhuǎn)矩電流成分)，和用于輸出這些成分；磁通位置計(jì)算裝置，用于通過(guò)基本角頻率的積分而得出一個(gè)磁通軸的位置，以便通過(guò)依據(jù)每個(gè)這些成分而執(zhí)行一個(gè)預(yù)定的控制運(yùn)算和獨(dú)立地調(diào)節(jié)這些成分，來(lái)至少控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩；一個(gè)交變電流信號(hào)發(fā)生電路；一個(gè)加法器，用于把一個(gè)生成的交變電流信號(hào)添加到一個(gè)磁化電流指令值上；和一個(gè)誤差信號(hào)計(jì)算電路，在其中輸入轉(zhuǎn)矩電流和磁化電流或交變電流信號(hào)，以便對(duì)一個(gè)由于實(shí)際磁通矢量方向與磁通位置計(jì)算裝置所得的坐標(biāo)軸方向之間不一致而產(chǎn)生的誤差信號(hào)，進(jìn)行計(jì)算。
根據(jù)本發(fā)明的用于由一個(gè)電功率變換電路驅(qū)動(dòng)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的另一種變速控制裝置，包括一個(gè)矢量旋轉(zhuǎn)裝置，用于把一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)初級(jí)電流分解成一個(gè)在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)磁通軸(M軸)方向上的成分(磁化電流成分)，和一個(gè)在垂直于磁通軸的軸(T軸)方向上的成分(轉(zhuǎn)矩電流成分)，和用于輸出這些成分；磁通位置計(jì)算裝置，用于通過(guò)一個(gè)基本角頻率的積分而得出一個(gè)磁通軸位置，以便通過(guò)依照每個(gè)這些成分而執(zhí)行一個(gè)預(yù)定的控制運(yùn)算和獨(dú)立地調(diào)節(jié)這些成分，來(lái)至少控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩；一個(gè)交變電流信號(hào)生成電路；一個(gè)加法器，用于把一個(gè)生成的交變電流信號(hào)加到一個(gè)磁化電流指令值上；一個(gè)計(jì)算電路，用于把一個(gè)相當(dāng)于磁通的隨交變電流信號(hào)而變的電壓量(或值)加到一個(gè)T軸電壓指令值上；和一個(gè)誤差信號(hào)計(jì)算電路，在其中輸入轉(zhuǎn)矩電流和磁化電流和交變電流信號(hào)，以便對(duì)一個(gè)由于實(shí)際磁通矢量方向與磁通位置計(jì)算裝置所得的坐標(biāo)軸方向之間不一致產(chǎn)生的誤差信號(hào)，進(jìn)行計(jì)算。
用于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的變速控制裝置還可包括一個(gè)調(diào)整電路，把由誤差信號(hào)計(jì)算電路計(jì)算的誤差信號(hào)輸入該電路，以便用誤差信號(hào)計(jì)算一個(gè)T軸的電壓校正值；和另一個(gè)加法器，用于把T軸的電壓校正值加到T軸的電壓指令值上。此外，由于實(shí)際磁通矢量方向與磁通位置計(jì)算裝置所得的坐標(biāo)軸方向之間不一致而產(chǎn)生的誤差信號(hào)，也可加以校正。此外，根據(jù)本發(fā)明，還可把用于調(diào)制磁通的頻率設(shè)置成約等于或小于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)次級(jí)電路的截止頻率。
在說(shuō)明本發(fā)明的諸實(shí)施例之前，先說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的工作和原理。
一般說(shuō)來(lái)，在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)(M-T軸)上看到的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)電壓的方程是由下述方程1表達(dá)的。VMVT00=R1+PLσ-ω1LσP-ω1ω1LσR1+PLσω1P-R20P+1/τ2-ω1+ωr0-R2ω1-ωrP+1/τ2iMiTφ2Mφ2T(1)]]>VM初級(jí)電壓(M軸)VT初級(jí)電壓(T軸)iM初級(jí)電流(M軸)iT初級(jí)電流(T軸)φ2M次級(jí)磁通(M軸)φ2T；次級(jí)磁通(T軸)R1初級(jí)電阻R2次級(jí)電阻Lσ漏感LM激發(fā)電感τ2次級(jí)時(shí)間常數(shù)(＝LM/R2)ω1初級(jí)角頻率WS轉(zhuǎn)差頻率P微分算符ωr轉(zhuǎn)速根據(jù)上述方程(1)的第一行和第二行，用下述方程(2)′和(3)表達(dá)M軸的電壓VM和T軸的電壓VT。
VM＝(R1+PLσ)iM-ω1LσiT+Pφ2M-ω1φ2T(2)′VT＝(R1+PLσ)iT+ω1LσiM+ω1φ2M+Pφ2T(3)′根據(jù)上述方程(2)′和(3)′，把感應(yīng)電壓(電動(dòng)勢(shì))eM和eT表達(dá)成下述方程(2)和(3)。
eM＝Pφ2M-ω1φ2T(2)eT＝ω1φ2M+Pφ2T(3)如果通過(guò)把交變信號(hào)φ2MAC加到上述的φ2M上，則用下述方程(4)表達(dá)eT。
eT＝ω1(φ2M+φ2MAC)+Pφ2T(4)此外，根據(jù)方程(1)中第四行，用下述方程(5)表達(dá)Pφ2T。
Pφ2T＝P/(P+1/τ2)(R2iT/φ2M-ωs)φ2M (5)在此，如果沒(méi)有偏離工作點(diǎn)，則磁通矢量如圖2所示，由此得出φ2T＝0，ωs＝R2iT/φ2M(6)然而，如果偏離工作點(diǎn)，則磁通矢量如圖3所示，由此得出φ2T≠0，ωs≠R2iT/φ2M(7)應(yīng)當(dāng)指出，圖2和圖3所示的M-T軸是由一個(gè)控制系統(tǒng)確定的坐標(biāo)軸，而M′-T′軸則是根據(jù)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際磁通矢量方向表示的坐標(biāo)軸。
因?yàn)槿绻ㄟ^(guò)使用一個(gè)交變電流信號(hào)來(lái)調(diào)制磁通，則Pφ2M≠0，所以在Pφ2T中出現(xiàn)取決于(ωs-R2iT/φ2M)的成分。這就意味著Pφ2T是取決于轉(zhuǎn)差頻率ωs的控制誤差的誤差信號(hào)。此外，因?yàn)槿绻麆h去磁通調(diào)制成分φ2MAC，則在上述方程(4)的右邊只有Pφ2T是變交成分，所以能夠用一種象交替電流提取等之類(lèi)的運(yùn)算或計(jì)算來(lái)分離和提取Pφ2T。
如上所述，如果在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)上調(diào)制次級(jí)磁通，就能得出取決于轉(zhuǎn)差頻率的誤差信號(hào)∈(正比于Pφ2T)。因此，通過(guò)用誤差信號(hào)∈調(diào)整電壓、電流或頻率，可消除工作點(diǎn)的偏差，從而使其狀態(tài)恢復(fù)到一種沒(méi)有控制誤差的狀態(tài)。
下面將考慮為了用一個(gè)電流調(diào)整器保持M軸電流實(shí)際值和其指令值一致而進(jìn)行控制的情況，其方法是例如把交變電流信號(hào)△iM*＝iMdSin
ωdt(iMd表示ΔiM的幅度，且ωd表示角頻率)加到M軸的電流指令值上，以此用作調(diào)制磁通的專(zhuān)門(mén)方法。在這時(shí)iM＝iM*+iMdSinωdt (8)因此，次級(jí)磁通φ2M會(huì)變成φ2M＝φ2MO+φ2MdSin(ωdt-θd) (9)然而，應(yīng)當(dāng)指出φ2Md＝LMiMd/{1+(ωdτ2)2}1/2θd＝tan-1(ωdτ2)根據(jù)上述方程，如果調(diào)制頻率的角頻率ωd比次級(jí)電流的截止頻率1/τ2高得多，則磁通調(diào)制的幅度被衰減，且調(diào)制不能被充分進(jìn)行。為了避免這種情況，必須把ωd設(shè)置成接近1/τ2或更低。
其次，如果把方程(9)代入方程(3)，則反電動(dòng)勢(shì)的T軸成分eT會(huì)變成eT＝ω1{φ2MO+φ2MdSin(ωdt-θd)}+Pφ2T(10)在此，按圖3所示，考慮由于控制操作誤差而引起工作點(diǎn)偏差的情況。即，如果存在工作點(diǎn)偏差，則磁通方向與M軸不一致。因此，φ2M有一個(gè)交變誤差，同時(shí)，Pφ2T≠0。在此，如果φ2M的誤差用△φ2M表示，則φ2M可用下列方程表示。
φ2M＝φ2MO+φ2MdSin(ωdt-θd)+△φ2M(11)若將此方程代入方程(3)，則eT會(huì)變成eT＝ω1{φ2MO+φ2MdSin(ωdt-θd)}+ω△φ2M+Pφ2T(12)如上所述，eT包括由控制誤差引起的成分Pφ2T。這一成分是通過(guò)把交變電流信號(hào)△iM*加到磁化電流指令值上而得到的調(diào)制成分，同時(shí)，它也是一個(gè)交流成分。其他諸項(xiàng)都是直流成分。因此，可以用交流成分的提取操作、波檢測(cè)操作等提取成分Pφ2T。
如上所述，能夠得到一個(gè)由于在電動(dòng)機(jī)實(shí)際磁通矢量方向與坐標(biāo)軸方向之間不一致而產(chǎn)生的誤差信號(hào)∈(正比于Pφ2T)。
同時(shí)，轉(zhuǎn)矩電流iT會(huì)由于在T軸電壓VT與感應(yīng)電壓eT之間的差別而流動(dòng)。在此，考慮一種按照下述方程(13)提供T軸電壓指令值VT*的情況。
VT*＝(R1+PLσ)iT-ω1LσiM-ω1φ2MO(13)這時(shí)，轉(zhuǎn)矩電流會(huì)變成iT＝(VT-eT)/(R1+PLσ)＝{ω1φ2MdSin(ωdt-θd)-ω△φ2M-Pφ2T}/(R1+PI5)(14)這一方程包括一個(gè)由控制誤差引起的項(xiàng)Pφ2T。
如果從方程(14)中減去一個(gè)根據(jù)由△iM引起的磁通變化成分φ2MdSin(ωdt-θd)的項(xiàng)，則交流成分只有φ2T。因此，通過(guò)提取這個(gè)成分，就能得到誤差信號(hào)∈。
只要按下式提供T軸電壓指令值，也可不減去由△iM*引起的磁通變化成分項(xiàng)φ2MdSin(ωdt-θd)VT*＝(R1+PL5)iT-ω1L5iM+ω1{φ2MO+φ2MdSin(ωdt-θd)}(15)其轉(zhuǎn)矩電流變成iT＝(VT-eT)/(R1+PLσ)＝(-ω*1△φ2M-Pφ2T)/(R1+PL5) (16)在這種情況下，因?yàn)閕T的交變電流成分只有Pφ2T項(xiàng)，它是正比于控制誤差的，所以通過(guò)提取這個(gè)成分，能得到誤差信號(hào)∈。通過(guò)用如此得到的誤差信號(hào)∈調(diào)整T軸的電壓，使轉(zhuǎn)矩電流可得到適當(dāng)調(diào)整，并且使工作點(diǎn)偏差能得到消除。因此，能夠消除實(shí)際磁通偏離坐標(biāo)軸，從而使其狀態(tài)恢復(fù)到一種沒(méi)有控制誤差的狀態(tài)。
下面，對(duì)在定子坐標(biāo)系統(tǒng)中調(diào)制磁通的情況，提供說(shuō)明。
在定子坐標(biāo)(α-β軸)上看到的感應(yīng)起電機(jī)的電壓方程，可用下述方程(17)表達(dá)。在此，α軸是任意固定坐標(biāo)軸，而β軸則是垂直于α軸的坐標(biāo)軸。vαvβ00=(R1+PL6)0P00(R1+PL6)0P-R20P+1/τ2ω20-R2-ω2P+1/τ2iαiβφ2αφ2β---(17)]]>Vα初級(jí)電壓(α軸)
Vβ初級(jí)電壓(β軸)iα初級(jí)電流(α軸)iβ初級(jí)電流(β軸)φ2α次級(jí)磁通(α軸)φ2β次級(jí)磁通(β軸)在這種情況下，感生電壓(電動(dòng)勢(shì))eα和eβ，可用下述方程表達(dá)。
eα＝Pφ2α(18)eβ＝Pφ2β(19)用與旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系統(tǒng)類(lèi)似的方式分析Pφ2β，就能得到下述方程(20)。根據(jù)這個(gè)方程，表明Pφ2β變成取決于轉(zhuǎn)速的誤差信號(hào)。
eβ＝Pφ2β＝P/(P+1/T2)(R2iβ+ωrφ2α)(20)在此，與在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系統(tǒng)中不同，φ2α和φ2β表示交流成分。然而，可把它們看成是直流成分，或者其初級(jí)角頻率極小的在工作點(diǎn)緩慢變化的成分。在這時(shí)，如果通過(guò)使用至少有一種或者有多種頻率成分的交流來(lái)調(diào)制φ2α，則根據(jù)方程(20)，只有取決于旋轉(zhuǎn)信號(hào)的誤差信號(hào)才表現(xiàn)為交流成分。
如果按如上所述使用交變信號(hào)來(lái)調(diào)制磁通，則表明取決于轉(zhuǎn)速的誤差信號(hào)會(huì)出現(xiàn)于正交坐標(biāo)上的感生電壓中。此外，通過(guò)使用上述誤差信號(hào)調(diào)整電壓、電流或頻率，可消除工作點(diǎn)偏差，從而使其狀態(tài)恢復(fù)到一種沒(méi)有控制誤差的狀態(tài)。
圖1是一個(gè)方框圖，說(shuō)明常規(guī)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的配置；圖2說(shuō)明在沒(méi)有偏離工作點(diǎn)情況下的磁通矢量；圖3說(shuō)明在偏離工作點(diǎn)情況下的磁通矢量；圖4是一個(gè)方框圖，說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的配置；圖5是一個(gè)方框圖，說(shuō)明第一實(shí)施例的修正的配置；圖6是一個(gè)方框圖，說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的配置；圖7是一個(gè)方框圖，說(shuō)明第二實(shí)施例的配置；圖8是一個(gè)方框圖，說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的配置；圖9說(shuō)明誤差計(jì)算電路的第一個(gè)具體實(shí)例；圖10是一個(gè)方框圖，說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的配置；
圖11是一個(gè)方框圖，說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的配置；圖12說(shuō)明誤差計(jì)算電路的第二個(gè)具體實(shí)例；圖13是一個(gè)方框圖，說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的配置；圖14是一個(gè)方框圖，說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的配置；圖15說(shuō)明誤差計(jì)算電路的第三個(gè)具體實(shí)例；和圖16是一個(gè)方框圖，說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施例的配置。
圖4是一個(gè)方框圖，說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的配置。
在圖4中，標(biāo)號(hào)1表示一個(gè)電功率變換電路；2表示一個(gè)感應(yīng)起電機(jī)(IM)；3表示一個(gè)控制單元(第一控制單元)；4表示一個(gè)調(diào)制單元；5表示一個(gè)θ*計(jì)算單元；50表示一個(gè)提取單元；51表示一個(gè)調(diào)整單元；和8與11表示坐標(biāo)變換電路。
調(diào)制單元4和控制單元3把電壓指令或電流指令輸入到坐標(biāo)變換電路8中，以便在與感應(yīng)起電機(jī)2旋轉(zhuǎn)磁通同步的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)上生成一個(gè)交替變化的磁通。坐標(biāo)變換電路8根據(jù)磁通的相角θ*對(duì)電壓指令或電流指令進(jìn)行旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，并且把定子坐標(biāo)上的電壓指令值V*U.V.W或電流指令值i*U.V.W輸出到電功率變換電路1。電功率變換電路1根據(jù)兩個(gè)指令值中任何一個(gè)指令值進(jìn)行電功率變換，以便驅(qū)動(dòng)感應(yīng)起電機(jī)2。
用坐標(biāo)變換電路11把在定子坐標(biāo)上檢測(cè)的感應(yīng)起電機(jī)2的電壓值、電流值和磁通值中的至少一個(gè)值的坐標(biāo)變換成旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)上的值(或量)，并且把這些值輸入到提取單元50。提取單元50從至少一個(gè)由磁通交替變化產(chǎn)生的電壓、電流和磁通的變化量(或成分)中，提取依賴(lài)于感應(yīng)起電機(jī)2轉(zhuǎn)差頻率的成分；并且把所取提的成分作為誤差信號(hào)∈而輸出。調(diào)整單元51接收誤差信號(hào)∈，使用該輸入進(jìn)行預(yù)定的控制操作，并且輸出電壓指令值VM*和VT*或電流指令值iM*和iT*，把它們輸入且用于控制單元3。
圖5是一個(gè)方框圖，說(shuō)明圖4所示第一實(shí)施例的一種修正。
因?yàn)榕c圖4所示第一實(shí)施例的差別只在于從調(diào)整電路51輸入的頻率指令值ω1*是輸入到控制單元3和θ*計(jì)算單元5的，所以在此省略本實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明。
圖6是一個(gè)方框圖，說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的配置。
它與圖4所示第一實(shí)施例的差別在于在坐標(biāo)變換電路8與電功率變換電路1之間插入調(diào)制單元4；把在定子坐標(biāo)上檢測(cè)的感應(yīng)起電機(jī)2的電壓值、電流值和磁通值中的至少一個(gè)值，直接輸入到提取單元50；和提取單元50從磁通交替變化所產(chǎn)生的電壓、電流和磁通的變化量中的至少一個(gè)變化量，提取依賴(lài)于感應(yīng)起電機(jī)2轉(zhuǎn)速的成分，并且輸出所提取的成分，用作誤差信號(hào)∈等。
圖7是一個(gè)方框圖，說(shuō)明圖6所示第二實(shí)施例的修正情況。
因?yàn)樗c圖6所示第二實(shí)施例的差別只在于把從調(diào)整單元51輸出的頻率指令值輸入到控制單元3和θ*計(jì)算單元5中，所以在此省略本實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明。
圖8是一個(gè)方框圖，說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的配置。
用一個(gè)加法器34把一個(gè)由交變電流生成電路33生成的交變電流信號(hào)△i*M，添加到一個(gè)從計(jì)算電路35輸出的磁化電流指令值i*M上，并且輸入到一個(gè)電流調(diào)整器31中。電流調(diào)整器31執(zhí)行一個(gè)調(diào)整操作，使加法器34的輸出與一個(gè)從坐標(biāo)變換電路11輸入的磁化電流iM保持一致。
一個(gè)T軸電壓指令計(jì)算電路30a根據(jù)上述方程(13)計(jì)算T軸電壓指令VT*。一個(gè)誤差信號(hào)計(jì)算電路40a，在其中輸入4個(gè)信號(hào)，例如(1)初級(jí)角頻率指令值ω1*，(2)感生電壓eT，(3)△iM*或(iM-iM*)，和(4)iM或△iM*，并輸出誤差信號(hào)∈。
圖9說(shuō)明誤差信號(hào)計(jì)算電路40a(第一誤差信號(hào)計(jì)算電路)的一個(gè)具體實(shí)例。
一個(gè)交變電流成分提取電路41a提取從一個(gè)計(jì)算電路44a輸出的交變電流成分eTd，并且輸出它；而一個(gè)交變電流成分提取電路42a則提取和輸出交變電流成分iM或△iM*。把這樣兩個(gè)交變電流成分輸入到一個(gè)波檢測(cè)電路43a中，它用這樣兩個(gè)成分進(jìn)行一個(gè)波檢測(cè)操作，并且輸出誤差信號(hào)∈。應(yīng)當(dāng)記得，△iM*本來(lái)不包括直流成分。因此，如果把△iM*用作誤差信號(hào)計(jì)算電路40a的第4個(gè)輸入，則可省略交變電流成分提取電路42a。根據(jù)下述方程(21)進(jìn)行eTd的計(jì)算。
eTd＝eT-ω1{φ2MO+φ2MdSin(ωdt-θd)}(21)在這時(shí)，由計(jì)算電路45a和乘法器46a得到方程(21)的第二項(xiàng)。
圖10是一個(gè)方框圖，說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的配置。
在這個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)調(diào)整電路60接收誤差信號(hào)∈，并且輸出T軸電壓校正值△VT*；和一個(gè)加法器32把T軸電壓校正值△VT*添加到T軸電壓指令值VT*中；把調(diào)整電路60和加法器32附加到圖8所示的第三實(shí)施例中，以校正誤差。
圖11是一個(gè)方框圖，說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的配置。
本實(shí)施例之特征在于從圖8所示的第三實(shí)施例中省略電壓檢測(cè)電路20、坐標(biāo)變換電路24和感生電壓計(jì)算電路22，并且在一個(gè)誤差信號(hào)計(jì)算電路40b中計(jì)算誤差信號(hào)∈。誤差信號(hào)計(jì)算電路40b輸入4個(gè)信號(hào)，例如(1)初級(jí)角頻率指令值ω1*，(2)轉(zhuǎn)矩電流iT，(3)△iM*或(iM-iM*)，和(4)iM或△iM*；并且使用這樣的4個(gè)信號(hào)去計(jì)算和輸出誤差信號(hào)∈。
圖12示出一個(gè)誤差信號(hào)計(jì)算電路(第二誤差信號(hào)計(jì)算電路)40b的具體實(shí)例。
它與圖9所示誤差信號(hào)計(jì)算電路40a的差別在于交變電流成分提取電路41b的輸入是從計(jì)算電路44b輸出的iTd。用下述方程(22)進(jìn)行iTd的計(jì)算。
iTd＝iT-ω1*φ2MdSin(ωdt-θd)/(R1+PL5)(22)在這時(shí)，用一個(gè)計(jì)算電路45b和一個(gè)和一個(gè)乘法器46b提出方程(22)第二項(xiàng)的分子。因?yàn)椤鱥M本來(lái)不包括直流成分，所以如果用△iM*作誤差信號(hào)計(jì)算電路40b的第四個(gè)輸入，則可省略交變電流成分提取電路42b。
圖13是一個(gè)方框圖，說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第六個(gè)實(shí)施例的配置。
在這個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)調(diào)整電路60接收誤差信號(hào)∈，并輸出T軸電壓校正值△VT*；和一個(gè)加法器32把△VT加到VT*中；把調(diào)整電路60和加法器32附加到圖11所示的第五實(shí)施例中，以便校正誤差。
圖14是一個(gè)方框圖，說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的配置。
它與圖11所示第五實(shí)施例的差別在于根據(jù)上述方程(15)用計(jì)算電路30b計(jì)算T軸電壓指令值VT*；和用誤差信號(hào)計(jì)算電路40c計(jì)算誤差信號(hào)∈。誤差信號(hào)計(jì)算電路40c接收兩個(gè)信號(hào)，例如(1)轉(zhuǎn)矩電流iT和(2)iM或△iM*；并且用這樣兩個(gè)信號(hào)輸出誤差信號(hào)∈。
圖15示出一個(gè)誤差信號(hào)計(jì)算電路(第三誤差信號(hào)計(jì)算電路)40c的具體實(shí)例。
它與圖12所示誤差信號(hào)計(jì)算電路的差別在于它用轉(zhuǎn)矩電流iT作交變電流成分提取電路41c的輸入。因?yàn)椤鱥M*本來(lái)不包括直流成分，所以如果用△iM*作誤差信號(hào)計(jì)算電路40c的第二個(gè)輸入，則可省略交變電流成分提取電路42c。
圖16是一個(gè)方框圖，說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第八實(shí)施例的配置。
在這個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)接收誤差信號(hào)∈且輸出T軸電壓校正值△VT*的調(diào)整電路60和一個(gè)把△VT*添加到VT*上的加法器32，被附加到圖14所示的第七實(shí)施例中，以校正誤差。
根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)榘仓靡粋€(gè)計(jì)算單元去計(jì)算一個(gè)隨著工作點(diǎn)偏差所引起控制誤差而變的誤差信號(hào)，和一個(gè)校正單元去用該誤差信號(hào)校正該控制誤差，所以能夠容易地得到誤差信號(hào)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)沒(méi)有控制誤差的優(yōu)良控制。
權(quán)利要求
1.一種用于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的變速控制裝置，包括供電裝置，用于向感應(yīng)電動(dòng)機(jī)提供一個(gè)電壓或電流；控制裝置，用于控制由供電裝置提供的電壓或電流；調(diào)制裝置，用于在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁通中產(chǎn)生一個(gè)瞬變現(xiàn)象；和提取裝置，用于根據(jù)由瞬變現(xiàn)象引起的電壓變化量、電流變化量和磁通變化量中的至少一個(gè)變化量，提取一個(gè)取決于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率或轉(zhuǎn)速的成分，其中根據(jù)所述提取裝置的輸出確定所述控制裝置的操縱變量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的變速控制裝置，其中所述控制裝置在與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁通同步的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)上的磁通中產(chǎn)生一個(gè)交替變化；和所述提取裝置根據(jù)在一個(gè)垂直于磁通交替變化方向的方向上產(chǎn)生的電壓變化量、電流變化量和磁通變化量中的至少一個(gè)變化量，提取一個(gè)取決于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差頻率的成分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的變速控制裝置，其中所速調(diào)制裝置在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子坐標(biāo)上的磁通中產(chǎn)生一個(gè)交替變化；和所述提取裝置根據(jù)在一個(gè)垂直于磁通交替變化方向的方向上產(chǎn)生的電壓變化量、電流變化量和磁通變化量中的至少一個(gè)變化量，提取一個(gè)取決于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的成分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的變速控制裝置，其中所述控制裝置工作的所述操縱變量是一個(gè)供給感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電壓或電流的幅度或相位。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的變速控制裝置，其中所述控制裝置的所述操縱變量是一個(gè)供給感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電壓或電流的頻率。
6.一種用于由一個(gè)電功率變換電路驅(qū)動(dòng)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的變速控制裝置，包括一個(gè)矢量旋轉(zhuǎn)裝置，用于把一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)初級(jí)電流分解成一個(gè)在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)磁通軸(M軸)方向上的磁化電流成分，和一個(gè)在垂直于磁通軸的軸(T軸)方向上的轉(zhuǎn)矩電流成分；磁通位置計(jì)算裝置，用于以一個(gè)初級(jí)角頻率的積分得出一個(gè)磁通軸的位置，以便通過(guò)根據(jù)磁化電流成分和轉(zhuǎn)矩電流成分進(jìn)行一個(gè)預(yù)定的控制計(jì)算，和獨(dú)立地調(diào)整電動(dòng)機(jī)的磁化電流成分和轉(zhuǎn)矩電流成分，來(lái)至少控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩；一個(gè)交變電流信號(hào)生成電路；一個(gè)加法器，用于把由交變電流信號(hào)生成電路生成的一個(gè)交變電流信號(hào)加到一個(gè)磁化電流指令值上；一個(gè)電壓檢測(cè)電路，用于檢測(cè)一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)電壓；一個(gè)感生電壓計(jì)算電路，用于從一個(gè)檢測(cè)電壓值和一個(gè)檢測(cè)電流值計(jì)算一個(gè)感生電壓；和一個(gè)誤差信號(hào)計(jì)算電路，用于根據(jù)感生電壓和磁化電流或交變電流信號(hào)，對(duì)按照在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際磁通矢量方向與由所述磁通位置計(jì)算裝置得到的坐標(biāo)軸方向之間的不一致而生成的一個(gè)誤差信號(hào)，進(jìn)行計(jì)算。
7.一種用于由一個(gè)電功率變換電路驅(qū)動(dòng)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的變速控制裝置，包括一個(gè)矢量旋轉(zhuǎn)裝置，用于把一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)初級(jí)電流分解成一個(gè)在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)磁通軸(M軸)方向上的磁化電流成分。和一個(gè)在垂直于磁通軸的軸(T軸)方向上的轉(zhuǎn)矩電流成分；磁通位置計(jì)算裝置，用于以一個(gè)初級(jí)角頻率率的積分得出一個(gè)磁通軸的位置，以便通過(guò)根據(jù)諸成分中的每一個(gè)成分進(jìn)行一個(gè)預(yù)定的控制運(yùn)算，和獨(dú)立地調(diào)整電動(dòng)機(jī)的磁化電流成分和轉(zhuǎn)矩電流成分，來(lái)至少控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩；一個(gè)交變電流信號(hào)生成電路；一個(gè)加法器，用于把一個(gè)由交變電流信號(hào)生成電路生成的交變電流信號(hào)加到一個(gè)磁化電流指令值上；和一個(gè)誤差信號(hào)計(jì)算電路，用于對(duì)一個(gè)按照在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際磁通矢量方向與由所述磁通位置計(jì)算裝置得到的坐標(biāo)軸方向之間的不一致而生成的誤差信號(hào)，使用轉(zhuǎn)矩電流和磁化電流或交變電流信號(hào)進(jìn)行計(jì)算。
8.一種用于由一個(gè)電功率變換電路驅(qū)動(dòng)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的變速控制裝置，包括一個(gè)矢量旋轉(zhuǎn)裝置，用于把一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)初級(jí)電流分解成一個(gè)在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)磁通(M軸)軸方向上的磁化電流成分，和一個(gè)在垂直于磁通軸的軸(T軸)方向上的轉(zhuǎn)矩電流成分。磁通位置計(jì)算裝置，用于以一個(gè)初級(jí)角頻率率的積分得出一個(gè)磁通軸的位置，以便通過(guò)根據(jù)諸成分中的每一個(gè)成分進(jìn)行一個(gè)預(yù)定的控制運(yùn)算，和獨(dú)立地調(diào)整電動(dòng)機(jī)的磁化電流成分和轉(zhuǎn)矩電流成分，來(lái)至少控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩；一個(gè)交變電流信號(hào)生成電路；一個(gè)加法器，用于把一個(gè)由交變電流信號(hào)生成電路生成的交變電流信號(hào)加到一個(gè)磁化電流指令值上；一個(gè)計(jì)算電路，用于把相當(dāng)于一個(gè)隨著交變電流信號(hào)而改變的磁通的一個(gè)電壓量，添加到一個(gè)T軸的電壓指令值上；和一個(gè)誤差信號(hào)計(jì)算電路，用于對(duì)一個(gè)按照在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際磁通矢量方向與由所述磁通位置計(jì)算裝置得到的坐標(biāo)軸方向之間的不一致而生成的誤差信號(hào)，使用轉(zhuǎn)矩電流和磁化電流或交變電流信號(hào)進(jìn)行計(jì)算。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8中任何一項(xiàng)所述的用于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的變速控制裝置，還包括一個(gè)調(diào)整電路，用于使用由所述誤差信號(hào)計(jì)算電路計(jì)算的誤差信號(hào)，計(jì)算用于校正電動(dòng)機(jī)的T軸的電壓校正值；和另一個(gè)加法器，用于把T軸電壓校正值添加到T軸電壓指令值上，其中對(duì)一個(gè)由于在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際磁通矢量方向與由所述磁通位置計(jì)算裝置得到的坐標(biāo)軸方向之間的不一致而產(chǎn)生的誤差信號(hào)，進(jìn)行校正。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、6、7和8中任何一項(xiàng)所述的用于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的變速控制裝置，其中一個(gè)用于調(diào)制磁通的頻率被設(shè)置成等于或低于一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的次級(jí)電路的截止頻率。
全文摘要
當(dāng)由一個(gè)電功率變換電路變速地控制一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)時(shí),通過(guò)把一個(gè)交變電流信號(hào)加到例如一個(gè)磁化電流指令上來(lái)調(diào)制感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁通。例如,根據(jù)同磁通調(diào)制引起的電壓變化量、電流變化量和磁通變化量中的至少一個(gè)變化量,用一個(gè)提取裝置提取一個(gè)依賴(lài)于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差頻率的成分。根據(jù)所提取的成分,由一個(gè)調(diào)整單元和一個(gè)控制裝置來(lái)控制供給電動(dòng)機(jī)的電壓量或電流量等,從而實(shí)現(xiàn)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的優(yōu)良控制。
文檔編號(hào)H02P25/04GK1192607SQ98104440
公開(kāi)日1998年9月9日 申請(qǐng)日期1998年2月13日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月14日
發(fā)明者田島宏一, 海田英俊, 藍(lán)原隆司 申請(qǐng)人:富士電機(jī)株式會(huì)社