本發明涉及電力轉換裝置和電力轉換裝置的控制方法。

背景技術：

作為感應電動機的再生運轉時的控制方法，如專利文獻1所示，記載有如下技術：在再生運轉時，通過以q軸二次磁通成為負值的方式校正頻率或者電壓，防止磁通變化所致的扭矩減少，抑制扭矩不足。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：特開平8-317698號公報

技術實現要素：

發明要解決的技術問題

專利文獻1的方法在再生運轉時，因為使q軸二次磁通成為負值，確保魯棒性。但是，因為偏離矢量控制的理想狀態(q軸二次磁通＝0)，所以在低速域的再生運轉時，對速度指令值的控制特性發生劣化。

本發明的目的在于提供一種在低速域的再生運轉時也能夠實現高精度的速度控制特性的電力轉換器。

解決技術問題的技術方案

為了解決上述技術問題，本發明的特征如下。

一種電力轉換裝置，包括輸出感應電動機(1)的速度推測值ωr^的速度推測運算部(5)、輸出作為速度推測值ωr^和感應電動機的轉差頻率值ωs^*的相加值的輸出頻率值ω1^*的輸出頻率運算部(7)、在輸出頻率值ω1^*為一定值以下的情況下，控制感應電動機(1)的速度指令值ωr^*或者速度推測值ωr^，使得輸出頻率值ω1^*成為一定值以上的速度指令修正運算部(9)。

發明效果

根據本發明，在低速域的再生運轉時，能夠提供穩定的高精度的速度控制特性。上述以外的技術問題、結構和效果通過以下的實施方式的說明顯而易見。

附圖說明

圖1是本發明的一個實施例的電力轉換裝置的結構圖。

圖2是使用現有技術的情況下的負荷運轉特性。

圖3是本發明的一個實施例的速度指令修正運算部的時序圖。

圖4表示本發明的一個實施例的負荷運轉特性。

圖5是本發明的一個實施例的電力轉換器的結構圖。

圖6是本發明的一個實施例的電力轉換器的結構圖。

圖7是本發明的一個實施例的電力轉換器的結構圖。

圖8是本發明的一個實施例的感應電動機驅動系統中應用的結構圖。

圖9是本發明的一個實施例的電力轉換器的結構圖。

具體實施方式

以下，利用附圖等，對本發明的實施方式進行說明。以下的說明示出本發明的內容的具體例，本發明不限于這些說明，在本說明書中公開的技術思想的范圍內，本領域技術人員可以進行各種變更和修正。而且，用于對本發明進行說明的所有附圖中，具有相同的功能標注相同的附圖標記，有時省略其重復說明。

實施例1

圖1表示實施例的電力轉換裝置的結構圖。

感應電動機1由磁通軸(d軸)分量的電流產生的磁通和與磁通軸正交的扭矩軸(q軸)分量的電流產生扭矩。

電力轉換器2輸出與3相交流的輸出電壓指令值vu^*、vv^*、vw^*成比例的電壓值，使感應電動機1的輸出電壓值和旋轉頻率值可變。

直流電源2a對電力轉換器2供給直流電壓。

電流檢測器3輸出感應電動機1的3相的交流電流iu、iv、iw的檢測值iuc、ivc、iwc。電流檢測器3可以檢測感應電動機1的3相中的2相、例如、u相和w相的線電流，v相的線電流根據交流條件(iu+iv+iw＝0)按照iv＝－(iu+iw)求取。

坐標變換部4(電流矢量分量檢測部)根據3相的交流電流iu、iv、iw的檢測值iuc、ivc、iwc和相位推測值θdc輸出d軸(磁通分量)和q軸(扭矩分量)的電流檢測值idc、iqc。

速度推測運算部5基于d軸的電流指令值id^*和q軸的電壓指令值vqc^**和q軸的電流檢測值iqc和輸出頻率值ω1^*和感應電動機1的電常數(r1、r2′、m、l2、φ2d^*)，輸出感應電動機1的速度推測值ωr^。

轉差頻率運算部6基于d軸和q軸的電流指令值id^*、iq^*和感應電動機1的二次電常數t2，輸出感應電動機1的轉差頻率值ωs^*。

在定扭矩區域中，一般來說，d軸的電流指令值id^*被控制為一定，磁通φ也一定，所以轉差頻率運算部6基于q軸的電流指令值iq^*，運算而輸出感應電動機1的轉差頻率值ωs^*。而且，在定輸出區域，d軸的電流指令值id^*以相對于轉速可變的方式被控制，磁通φ也可變，所以轉差頻率運算部6基于d軸和q軸的電流指令值id^*和iq^*運算而輸出感應電動機1的轉差頻率值ωs^*。

加法部7(輸出頻率運算部)輸出作為速度推測值ωr^和轉差頻率指令值ωs^*的相加值的輸出頻率值ω1^*。

相位推測運算部8對輸出頻率值ω1^*進行積分運算而輸出相位推測值θdc。

速度指令修正運算部9基于作為輸出頻率值ω1^*和速度指令值ωr^*的速度指令修正開始電平10的輸出速度指令的修正值δωr^*。

減法部11輸出作為從上級收到的速度指令值ωr^*和速度指令的修正值δωr^*的差值的新的速度指令值ωr^**。

d軸電流指令設定部12輸出作為“正極性”的d軸的電流指令值id^*。

速度控制運算部13根據新的速度指令值ωr^**和速度推測值ωr^的偏差(ωr^**－ωr^)輸出q軸的電流指令值iq^*。

矢量控制運算部14基于感應電動機1的電常數(r1、lσ、m、l2)和電流指令值id^*、iq^*和輸出頻率值ω1^*，輸出d軸和q軸的電壓指令值vdc^*、vqc^*。

d軸電流控制運算部15(電流控制運算部)按照d軸的電流指令值id^*控制d軸的電流矢量分量值，根據d軸的電流指令值id^*和電流檢測值idc的偏差(id^*－idc)輸出d軸的電壓校正值δvd^*。

q軸電流控制運算部16(電流控制運算部)按照q軸的電流指令值iq^*，控制q軸的電流矢量分量值，根據q軸的電流指令值iq^*和電流檢測值iqc的偏差(iq^*－iqc)輸出q軸的電壓校正值δvq^*。

加法部17輸出作為d軸的電壓指令值vdc^*和d軸的電壓校正值δvd^*的相加值的vdc^**。

加法部18輸出作為q軸的電壓指令值vqc^*和q軸的電壓校正值δvq^*的相加值的vqc^**。

坐標變換部19根據電壓指令值vdc^**、vqc^**和相位推測值θdc輸出3相交流的電壓指令值vu^*、vv^*、vw^*。

首先，對不使用作為本實施例的特征的“速度指令修正運算部9”的情況下的無速度傳感器控制方式的基本動作進行說明。

在d軸電流指令設定部12中，輸出產生感應電動機1的d軸二次磁通φ2d所需的電流指令值id^*。而且，在速度控制運算部13中，以速度指令值ωr^*與速度推測值ωr^一致的方式，根據如(式1)所示的運算，運算q軸的電流指令值iq^*。在(式1)中，kpasr：速度控制的比例增益、kiasr：速度控制的積分增益。

[式1]

在矢量控制運算部14中，利用d軸和q軸的電流指令值id^*、iq^*和感應電動機1的電常數(r1、lσ、m、l2)和d軸二次磁通指令值φ2d^*和輸出頻率值ω1^*，運算(式2)所示的電壓指令值vdc^*、vqc^*。在(式2)中、tacr：電流控制延遲時間常數、r1：一次電阻值、lσ：漏感值、m：互感值、l2：二次電感值。

[式2]

d軸的電流指令值id^*和電流檢測值idc被輸入d軸的電流控制運算部15，q軸的電流指令值iq^*和電流檢測值iqc被輸入q軸的電流控制運算部16。

此處，按照(式3)，以各分量的電流檢測值idc、iqc跟蹤電流指令值id^*、iq^*的方式，進行(比例+積分)運算，輸出d軸和q軸的電壓校正值δvd^*、δvq^*。在(式3)中，kpdacr：d軸的電流控制的比例增益、kidacr：d軸的電流控制的積分增益、kpqacr：q軸的電流控制的比例增益、kiqacr：q軸的電流控制的積分增益。

[式3]

進而，在加法部17、18中，運算(式4)所示的電壓指令值vdc^**、vqc^**，控制電力轉換器2的輸出。

[式4]

而且，在速度推測運算部5中，通過(式5)推測感應電動機1的速度。該速度推測運算中，由外擾觀測器推測q軸的感應電壓值，并除以磁通系數，由此提取ωr^。在(式5)中，r2′：二次電阻值的一次側換算值、tobs：外擾觀測器中設定的速度推測延遲時間常數。

[式5]

而且、在轉差頻率運算部6中，按照(式6)運算感應電動機1的轉差頻率指令值ωs^*。在(數6)中，t2：二次時間常數值。

[式6]

進而，在加法部7中，利用速度推測值ωr^和轉差頻率指令值ωs^*運算(式7)所示的輸出頻率值ω1^*。

[式7]

ω1^*＝ωr^ωs^*…(式7)

在相位推測運算部8中，按照(式8)推測感應電動機1的磁通軸位置θdc。

[式8]

以該推測位置θdc為控制基準，執行無傳感器控制運算。以上為基本動作。

接下來，對使用作為本實施例的特征的“速度指令修正運算部9”的情況下的控制特性進行說明。

圖2示出利用專利文獻1的情況下的負荷運轉特性。在使感應電動機1在額定速度的5％下進行速度控制的狀態下，施加斜波狀的再生扭矩τl直至-200％。可以知道，感應電動機1內部的q軸二次磁通φ2q以“負”的值產生，d軸二次磁通φ2d以“正”的值増加，但輸出頻率值ω1^*最終成為零，在圖中所示的a點以后，輸出頻率值ω1^*在正方向發散。即，在低速域的再生運轉中，存在速度控制特性發生劣化的問題。

如果使用作為本實施例的特征的“速度指令修正運算部9”，就能夠改善該速度控制特性。以下對這一點進行說明。

圖3示出實施例的速度指令修正運算方法的時序圖。

在判定處理91中，將輸出頻率值ω1^*與一定值進行比較。ω1^*小于的情況下，在運算處理93中，將該偏差乘以增益gain，根據(式9)運算δωr^*(i)。

[式9]

另一方面，在ω1^*大于的情況下，在運算處理92中，令δωr^*(i)＝0。

在運算處理94中，利用δωr^*(i)和作為上一次的運算值的運算值δωr^*(i-1)，根據(式10)運算δωr^*(ii)。

[式10]

δωr^*(ii)＝δωr^*(i)+δωr^*(i-1)…(式10)

在下一個運算處理95中，利用正側值為“0”、負側值為“負的一定值”，根據(式11)限制δωr^*(ii)。：例如設定為最大扭矩時產生的轉差頻率值程度即可。

[式11]

ωr^*_min≤δωr^*(ii)≤0…(式11)

將該運算值δωr^*(ii)作為速度指令值的修正量δωr^*輸出。

而且，圖4示出實施例的負荷運轉特性(設定圖2中使用的負荷條件)。

比較圖2和圖4中公開的負荷特性可以知道，在使用作為本實施例的特征的“速度指令修正運算部9”的控制的情況下，無論是感應電動機的產生扭矩、頻率、二次磁通中哪一者，穩定性均顯著，其效果很明確。

本實施例中，以輸出頻率值ω1^*與速度指令值的修正電平一致的方式運算δωr^*，所以可以知道，ω1^*恒定地與一致。

對于修正前的速度指令值ωr^*5％，新的速度指令值ωr^**為速度推測值ωr^以跟蹤新的速度指令值ωr^**的方式進行速度控制運轉。與作為現有特性的圖2相比，能夠實現更高精度的速度控制。此處，設為速度程度，但該值與感應電動機1的一次電阻值的設定誤差δr1和進行構成電力轉換器的開關元件的死區時間補償時的誤差電壓值相關。

如果這些設定值和實際值一致，那么速度程度就足夠，預先考慮該設定誤差，例如將設定為(1～2％、或者2％以下)速度程度時，能夠實現更穩定的運轉。上述的值只是一例，而不限于該數值。

如上所述，在輸出頻率值為一定值以下的情況下，以輸出頻率值與一定值一致的方式，控制感應電動機的速度指令值，由此能夠提高感應電動機的產生扭矩、頻率、二次磁通的穩定性。此處，在輸出頻率值為一定值以下的情況下，也可以控制感應電動機的速度指令值，使得輸出頻率值成為一定值以上。通過控制使得輸出頻率值與一定值一致，在扭矩變化的情況下，也能夠降低超過要保持一定的轉速的可能性。

此處，作為構成電力轉換器的開關元件，既可以是si(硅)半導體元件，也可以是sic(碳化硅)或gan(氮化鎵)等寬帶隙半導體元件。

實施例2

圖5是實施例的電力轉換器的結構圖。在第1實施例中，根據“速度指令修正運算部9”的輸出值對速度指令值ωr^*進行修正，但在本實施例中，采用對速度推測值ωr^進行修正的方式。在圖5中，1～10、12～19、2a與圖1的相同。

加法部11′輸出作為運算出的速度推測值ωr^和速度指令修正值δωr^*的相加值的新的速度推測值ωr^^。速度控制運算部13中，以速度指令值ωr^*與速度推測值ωr^^一致的方式運算q軸的電流指令值iq^*。

即，替代速度指令值，通過對速度推測值進行修正，也能夠實現與第1實施例同樣的高精度的速度控制，能夠得到同樣的效果。

實施例3

圖6是實施例的電力轉換器的結構圖。在第1實施例中，在動力/再生運轉時根據“速度指令修正運算部9”的輸出值對速度指令值ωr^*進行修正，但在本實施例中，采用僅在再生運轉時對速度指令值ωr^*進行修正的方式。圖6中，1～19、2a與圖1的相同。

q軸的電流指令值iq^*和速度推測值ωr^被輸入再生判斷運算部20，當iq^*和ωr^為相同符號時，判斷為動力運轉，輸出“0”，當iq^*和ωr^為不同符號，判斷為再生運轉，輸出“1”。

而且，也可以采用將q軸的電流檢測值iqc和速度推測值ωr^輸入到再生判斷運算部20，當iqc和ωr^為相同符號時，判斷為動力運轉，輸出“0”，當iqc和ωr^為不同符號時，判斷為再生運轉，輸出“1”的方法。

作為速度指令的修正值δωr^*和再生判斷運算部20的輸出信號的“0”或者“1”被輸入到乘法部21。即，在動力運轉時不進行速度指令值ωr^*的修正，僅在再生運轉時進行速度指令值ωr^*的修正。

通過僅在再生運轉時對速度指令值進行修正，也能夠實現高精度的速度控制。

實施例4

圖7是實施例的電力轉換器的結構圖。第1實施例中，在“速度指令修正運算部9”中，基于輸出頻率值ω1^*和速度指令值ωr^*的修正開始電平輸出速度指令修正值δωr^*，但在本實施例中，設定兩個速度指令值ωr^*的修正開始電平例如，給設定額定速度的1％值，給設定2％值。圖7中，1～8、11～19、2a與圖1的相同。

10′為速度指令值ωr^*的修正開始電平，設定兩個

速度指令修正運算部9′中，首先，將速度指令值ωr^*的修正開始電平設定為第一個進行實際運轉，結果，在陷入到扭矩不足狀態或過電流閘跳的情況下，在下一個運算時刻，自動將速度指令值ωr^*的修正開始電平變更為第二個

通過這樣構成，能夠設定最優的速度指令值ωr^*的修正開始電平。而且，本實施例中設定了兩個，但也可以準備數個。這樣做，通過將速度指令值ωr^*的修正開始電平設定數個，無論是在何種負荷扭矩狀態(扭矩的大小和斜率)下都能夠實現穩定且高精度的速度控制。

實施例5

圖8是實施例的電力轉換器的結構圖。本實施例應用于感應電動機驅動系統。圖8中，結構要素的1～19、2a與圖1的相同。

作為圖1的結構要素的感應電動機1被電力轉換裝置22驅動。電力轉換裝置22上作為軟件、硬件安裝有圖1的1～19、2a。

也可以構成為能夠由電力轉換裝置22的數字運算器22b或個人計算機23、平板24等上級裝置設定速度指令修正開始電平的值。

將本實施例應用于感應電動機驅動系統時，能夠實現高精度的速度控制特性。而且本實施例中，利用第1實施例進行了公開，但也可以是第2到第4實施例。

實施例6

圖9是實施例的電力轉換器的結構圖。本實施例應用于對電力轉換器施加速度指令值的上級控制裝置中。圖9中，結構要素的1～8、12～19、2a與圖1的相同。

速度指令值ωr^**′為上級控制器側運算出的新的速度指令值。也可以將電力轉換裝置內部運算出的輸出頻率值ω1^*返回給上級控制器，在上級控制器側，進行速度指令值修正運算，將新的速度指令值ωr^**′施加于電力轉換裝置。該情況下的上級裝置為plc(programmablelogiccontroller：可編程邏輯控制器)、電力轉換裝置內部的程序運轉功能等。

在本實施例的各種結構中，能夠與第1實施例同樣實現高精度的速度控制。

至此的實施例1～實施例6中，根據電流指令值id^*、iq^*和電流檢測值idc、iqc，生成電壓校正值δvd^*、δvq^*，進行了將該電壓校正值和矢量控制的電壓指令值相加的(式2)所示的運算，但也能夠應用于以下的控制方式。

(1)根據電流指令值id^*、iq^*和電流檢測值idc、iqc，生成用于矢量控制運算的(式12)所示的中間的電流指令值id^**、iq^**，利用該電流指令值、輸出頻率值ω1^*和感應電動機1的電常數，按照(式13)，運算電壓指令值vdc^***、vqc^***的矢量控制方式。(式12)中，kpdacr1：電流控制的比例增益、kidacr1：電流控制的積分增益、kpqacr1：電流控制的比例增益、kiqacr1：電流控制的積分增益。

[式12]

[式13]

(2)利用d軸的電流指令id^*和q軸的電流檢測值iqc的一次延遲信號iqctd和速度指令值ωr^*和感應電動機1的電常數，運算(式14)所示的輸出頻率指令值ω1^**和(式15)所示的電壓指令值vdc^****、vqc^****的控制方式。

[式14]

[式15]

而且，在至此的實施例1～實施例6中，在速度推測運算部5中，按照(式5)運算了速度推測值，但在q軸電流控制下，也可以采用將電流控制和速度推測并用的方式。如(式16)所示，運算速度推測值ωr^^^。(式16)中，kpqacr2：電流控制的比例增益、kiqacr2：電流控制的積分增益。

[式16]

附圖標記說明

1…感應電動機

2…電力轉換器

2a…直流電源

3…電流檢測器

4…坐標變換部

5…速度推測運算部

6…轉差頻率運算部

7…加法部

8…相位推測運算部

9、9′…速度指令修正運算部

10、10′…速度指令修正開始電平

11、11′…減法部

12…d軸電流指令設定部

13…速度控制運算部

14…矢量控制運算部

15…d軸電流控制運算部

16…q軸電流控制運算部

17…加法部

18…加法部

19…坐標變換部

20…再生推測運算部

21…乘法部

22…電力轉換裝置

22a…電力轉換裝置的內部組成

23…個人計算機

24…平板

id^*…d軸電流指令值

iq^*…q軸電流指令值

ωr…感應電動機1的速度

ωr^、ωr^^^…速度推測值

ωr^^…新的速度推測值

ωs…感應電動機1的轉差

ωs^*…轉差頻率指令值

ω1^*…感應電動機1的輸出頻率值

θdc…相位推測值

ωr^*…速度指令值

ωr^**…新的速度指令值

δωr^*…速度指令值的修正量

vdc^*…d軸的電壓指令的基準值

vqc^*…q軸的電壓指令的基準值

vdc^**、vdc^***、vdc^****…d軸的電壓指令值

vqc^**、vqc^***、vqc^****…q軸的電壓指令值。