CN101180788A - 交流旋转电机的控制装置及交流旋转电机的控制方法 - Google Patents

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Abstract

具有在与交流旋转电机之间进行电功率交换的VVVF逆变器(1)；检测逆变器(1)的直流侧的电压信息的电压检测器(16)；检测逆变器(1)的交流侧的电流信息的电流检测器(3)；根据检测的电压信息、决定逆变器电功率指令值的逆变器电功率指令器(20)；根据检测的电流信息、计算实际逆变器电功率值的实际逆变器电功率运算器(19)；根据逆变器电功率指令值与实际逆变器电功率值之差、计算对交流旋转电机的二次磁通指令值的二次磁通指令运算器(18)；输出对交流旋转电机的规定的二次磁通指令值的规定二次磁通指令器(23)；以及选择来自二次磁通指令运算器(18)的二次磁通指令值和来自规定二次磁通指令器(23)的规定的二次磁通指令值的某一指令值、作为通过逆变器(1)控制交流旋转电机使用的二次磁通指令值的二次磁通指令切换器(24)。

Description

交流旋转电机的控制装置及交流旋转电机的控制方法
技术领域
本发明涉及将交流旋转电机(例如，交流电动机)作为驱动源、利用逆变器对交流旋转电机进行控制的交流旋转电机的控制装置及交流旋转电机的控制方法
背景技术
在将交流电动机作为驱动源、利用逆变器对交流电动机进行控制时，在再生时，若在电源侧(即，架空线侧)没有消耗再生能量的负载，则不能消耗再生能量，直流电压将上升。
特别是在电车的情况下，通常制动中的电车将车辆的惯性能量变换为电能，将再生能量返回架空线(即，电源)。
在这种情况下，电源侧具有再生能力，而且在电源侧存在成为再生负载的加速中的其它电车，这是不可缺少的条件。
这里，当再生中的电车的再生能量大于加速中的电车消耗的能量时，有的情况下架空线电压或设置在逆变器前级的滤波电容器的电压增加，过电压保护功能动作。
作为改进这一问题的方法，通常的例子是缩小再生能量，使电制动产生的制动力降低，降低的部分用机械制动来补充。
在这种情况下，由于通过机械制动动作，制动片摩损，因此在一定期间内必须进行制动片的维护。
另外，在特开2002-95299号公报(专利文献1)中揭示了一种电车的驱动控制装置，它具有通过架空线接受供电、同时在制动动作中通过架空线再生电功率的逆变器；以及利用逆变器进行驱动的感应电动机，在该电车的驱动控制装置中，具有检测架空线侧的负载状态的检测单元；以及调整感应电动机的转矩电流大小相对于励磁电流大小的比例，使得感应电动机的转子电阻的损耗增大的电流比例调整单元。
专利文献1：特开2002-95299号公报
在专利文献1(特开2002-95299号公报)所示的电车的驱动控制装置中，根据架空线侧的负载状态的检测结果，调整感应电动机的转矩电流大小相对于励磁电流大小的比例。因而，若励磁电流的大小变化，则转矩电流的大小也必须变化。
若励磁电流的大小发生大的变化，则转矩电流的大小也必须发生大的变化，但在这种情况下存在的问题是，转矩电流的变化赶不上励磁电流的变化，感应电动机的驱动控制变得不稳定，或者利用电流比例调整单元难以进行调整。
另外，在专利文献1所示的电车的驱动控制装置中，虽然考虑到通过空段(即，没有对架空线馈电的无馈电区间)等暂时变成无负载的情况，但是存在的问题是，没有考虑到在电源侧完全没有再生负载的无负载状态持续的情况，在无负载状态持续时，不能控制交流电动机。
本发明正是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种交流旋转电机的控制装置及交流旋转电机的控制方法，该交流旋转电机的控制装置及交流旋转电机的控制方法即使在电源侧完全没有再生负载的无负载状态持续的情况下，也能够计算交流旋转电机(例如，交流电动机)的二次磁通指令，不改变交流电动机产生的转矩，而能够在最佳点消耗再生能量。
发明内容
本发明有关的交流旋转电机的控制装置，根据二次磁通指令值来控制交流旋转电机，具有：将直流变换为任意频率的交流，同时在与前述交流旋转电机之间进行电功率交换的变压变频逆变器；检测前述变压变频逆变器的直流侧的电压信息的电压检测单元；检测前述变压变频逆变器的交流侧的电流信息的电流检测单元；根据前述电压检测单元检测的电压信息，决定用前述变压变频逆变器变换的电功率的指令值即逆变器电功率指令值的逆变器电功率指令单元；根据前述电流检测单元检测的电流信息，计算用前述变压变频逆变器变换的电功率即实际逆变器电功率值的实际逆变器电功率运算单元；根据前述逆变器电功率指令值与前述实际逆变器电功率值之差，计算对前述交流旋转电机的二次磁通指令值的二次磁通指令运算单元；输出对前述交流旋转电机的规定的二次磁通指令值的规定二次磁通指令单元；以及选择来自前述二次磁通指令运算单元的二次磁通指令值和来自前述规定二次磁通指令单元的规定的二次磁通指令值的某一指令值，作为通过前述变压变频逆变器控制前述交流旋转电机使用的二次磁通指令值的二次磁通指令切换单元。
另外，本发明有关的交流旋转电机的控制方法，根据二次磁通指令值来控制交流旋转电机，具有以下步骤：检测在与前述交流旋转电机之间进行电功率交换的变压变频逆变器的直流侧的电压信息的电压检测步骤；检测前述变压变频逆变器的交流侧的电流信息的电流检测步骤；根据前述电压检测步骤检测的电压信息，决定用前述变压变频逆变器变换的电功率的指令值即逆变器电功率指令值的逆变器电功率指令步骤；根据前述电流检测步骤检测的电流信息，计算用前述变压变频逆变器变换的电功率即实际逆变器电功率值的实际逆变器电功率运算步骤；根据前述逆变器电功率指令值与前述实际逆变器电功率值之差，计算对前述交流旋转电机的二次磁通指令值的二次磁通指令运算步骤；输出对前述交流旋转电机的规定的二次磁通指令值的规定二次磁通指令步骤；以及选择前述二次磁通指令运算步骤的二次磁通指令值和前述规定二次磁通指令步骤的规定的二次磁通指令值的某一指令值，作为通过前述变压变频逆变器控制前述交流旋转电机使用的二次磁通指令值的二次磁通指令切换步骤。
根据本发明，能够提供一种交流旋转电机的控制装置及交流旋转电机的控制方法，该交流旋转电机的控制装置及交流旋转电机的控制方法即使在电源侧完全没有再生负载的无负载状态持续的情况下，也能够计算交流旋转电机(例如，交流电动机)的二次磁通指令，不改变交流电动机产生的转矩，而能够在最佳点消耗再生能量。
附图说明
图1所示为实施形态1的交流电动机的控制装置的构成图。
图2所示为实施形态1的指令二次磁通运算及切换单元的具体构成方框图。
图3所示为实施形态2的交流电动机的控制装置的构成图。
图4所示为实施形态2的指令二次磁通运算及切换单元的具体构成方框图。
图5所示为实施形态3的交流电动机的控制装置的构成图。
图6所示为实施形态3的指令二次磁通运算及切换单元的具体构成方框图。
图7所示为实施形态4的交流电动机的控制装置的构成图。
图8所示为实施形态4的指令二次磁通运算及切换单元的具体构成方框图。
图9所示为实施形态5的交流电动机的控制装置的构成图。
图10所示为实施形态5的指令二次磁通运算及切换单元的具体构成方框图。
标号说明
1变压变频逆变器(VVVF逆变器)
2交流电动机                      3电流检测器
4电容器                          5速度检测器
6电感器                          7架空线
8相位运算器                      9逆变器频率运算器
10转差频率指令运算器             11d轴电流指令运算器
12q轴电流指令运算器              13电压指令运算器
14dq轴/三相变换器                15三相/dq轴变换器
16电压检测器
17、25、33、35、37指令二次磁通运算及切换单元
18、32、38二次磁通指令运算器
19实际逆变器电功率运算器         20逆变器电功率指令器
21减法器(逆变器电功率偏差运算单元)
22、40电功率控制器               23规定二次磁通指令器
24、26、34、36二次磁通指令切换器
27动力运行时的逆变器电功率指令器 28切换开关
29符合运算器                     30与门电路
31或门电路                       39逆变器电功率零指令器
50再生时的逆变器电功率指令器
具体实施方式
以下，根据附图说明本发明的一实施形态。
在各图之间，同一标号表示同一部分或相当部分。
另外，在以下说明的各实施形态中，以被控制的对象的交流旋转电机是交流电动机的情况为例进行说明。
实施形态1
图1所示为本发明实施形态1的交流电动机的控制装置的构成图。
将直流电压变换为任意频率的交流电压的变压变频逆变器(以下，也简称为VVVF逆变器)1对感应电动机的交流电动机2施加三相电压。电流检测器3检测交流电动机2中产生的相电流iu、iv。
另外，在图1中，作为电流检测器3，所示为利用CT等、检测流过变压变频逆变器1与交流电动机2连接的接线中的电流的装置，但也可以采用其它的众所周知的方法，使用母线电流等流过变压变频逆变器1内部的电流，来检测相电流。
由于iu+iv+iw＝0的关系成立，能够从u相及v相的两相的检测电流求出w相的电流。
另外，电压检测器16检测变压变频逆变器1的输入电压即电容器4的两端的直流电压。
众所周知，在将三相电压或三相电流进行坐标变换为旋转正交两轴时，需要控制坐标轴，设该控制坐标轴的相位为θ。
该相位θ是用相位运算器8对逆变器频率进行积分的值。
三相/dq轴变换器15将从电流检测器3得到的相电流iu、iv、iw进行坐标变换为相位θ的旋转正交两轴(d-q轴)(以下，称为旋转两轴坐标)上的d轴电流id及q轴电流iq。
另外，所谓d轴电流是转矩电流，所谓q轴电流是励磁电流。
相位运算器8对逆变器频率运算器9的输出即逆变器频率进行积分，作为相位θ向三相/dq轴变换器15及dq轴/三相变换器14输出。
dq轴/三相变换器14根据从相位运算器8得到的相位θ，将d轴电压指令及q轴电压指令变换为三相电压指令，向变压变频逆变器1输出。
d轴电流指令运算器11如下述式(1)所示，计算将指令二次磁通运算及切换单元17的输出即二次磁通指令值φ*用交流电动机2的电动机常数的互感M来除的值，作为d轴电流指令id*，向转差频率指令运算器10、q轴电流指令运算器12及电压指令运算器13输出。
id*＝φ*/M           …(1)
q轴电流指令运算器12如下述式(2)所示，根据转矩指令τ*、d轴电流指令运算器11的输出即d轴电流指令id*、交流电动机2的电动机常数的互感M、转子电感Lr、及极对数p进行计算，作为q轴电流指令iq*，向转差频率指令运算器10、及电压指令运算器13输出。
iq*＝(τ*/φ*)×(1/p)×(Lr/M2)  …(2)
转差频率指令运算器10如下述式(3)所示，根据d轴电流指令id*、q轴电流指令iq*、交流电动机2的电动机常数的转子电感Lr、及转子电阻Rr进行计算，作为转差频率指令ωs*，向逆变器频率运算器9输出。
ωs*＝(iq*/id*)×(Rr/Lr)        … (3)
逆变器频率运算器9如下述式(4)所示，计算由检测交流电动机2的转速(速度)的速度检测器5检测的角频率ω与转差频率指令运算器10输出的转差频率指令ωs*相加的值，作为逆变器频率ωinv，向相位运算器8及电压指令运算器13输出。
ωinv＝ω+ωs*                  …(4)
电压指令运算器13如下述式(5)所示，根据逆变器频率ωinv、q轴电流指令iq*、d轴电流指令id*、交流电动机2的电动机常数的定子电感Ls、及定子电阻Rs进行计算，作为d轴电压指令vd*及q轴电压指令vq*，向dq轴/三相变换器14输出。
vd*＝Rs×id*-ωinv×σ×Ls×iq*
vq*＝Rs×iq*+ωinv×Ls×id*     …(5)
另外，式(5)的σ根据交流电动机2的电动机常数的定子电感Ls、转子电感Lr、及互感M，如下述式(6)所示那样进行定义。
σ＝1-M2/(Lr×Ls)               …(6)
图2所示为指令二次磁通运算及切换单元的具体构成方框图。
如图2所示，指令二次磁通运算及切换单元17由二次磁通指令运算器18、给出规定的二次磁通指令的规定二次磁通指令器23、以及能够切换来自规定二次磁通指令器23的输出(指令值)与来自二次磁通指令运算器18的输出(指令值)的二次磁通指令切换器24构成。
另外，在图2中所示的情况是，二次磁通指令运算器18由实际逆变器电功率运算器19、逆变器电功率指令器20、减法器21、及电功率控制器22构成，但实际逆变器电功率运算器19及逆变器电功率指令器20也可以不包含在二次磁通指令运算器18的内部。
即，指令二次磁通运算及切换单元17也可以由实际逆变器电功率运算器19、逆变器电功率指令器20、减法器21及电功率控制器22构成的二次磁通指令运算器18、给出规定的二次磁通指令的规定二次磁通指令器23、以及能够切换来自规定二次磁通指令器23的输出(指令值)与来自二次磁通指令运算器18的输出(指令值)的二次磁通指令切换器24构成。
在这种情况下，二次磁通指令运算器18根据来自逆变器电功率指令器20的逆变器电功率指令值与来自实际逆变器电功率运算器19的实际逆变器电功率值之差，计算对交流电动机2的二次磁通指令值。
实际逆变器电功率运算器19如下述式(7)所示，根据d轴电压指令vd*、q轴电压指令vq*、d轴电流id及q轴电流iq，计算实际逆变器电功率P。
P＝vd*×id+vq*×iq     …(7)
另外，众所周知，实际逆变器电功率也可以作为电容器电压检测值与逆变器输入电流之积进行计算。
逆变器电功率指令器20根据电压检测器16(参照图1)检测的电容器电压检测值EFC，利用表格数据等给出逆变器电功率指令P*。
在本实施形态1中，若电容器电压上升，则设定为使得逆变器电功率指令P*减小。
在VVVF逆变器1再生时，若架空线7(参照图1)的负载少，则电容器4的电压上升。
若能够与该作用一起利用电容器电压来限制VVVF逆变器1的电功率，则能够不改变交流电动机产生的转矩，限制VVVF逆变器1产生的电功率。
减法器21从逆变器电功率指令器20的输出即逆变器电功率指令P*减去实际逆变器电功率运算器19的输出即实际逆变器电功率P，计算逆变器电功率偏差。即，减法器21具有逆变器电功率偏差运算单元的功能。
电功率控制器22将逆变器电功率指令P*与实际逆变器电功率P的偏差进行放大，向二次磁通指令切换器24输出。
通过使用这样的电功率控制器22起到的作用是，能够计算二次磁通指令，使得逆变器电功率指令与实际逆变器电功率一致。
另外，规定二次磁通指令器23给出规定的二次磁通指令。
二次磁通指令切换器24能够切换来自规定二次磁通指令器23的二次磁通指令与来自二次磁通指令运算器18的二次磁通指令。
在本实施形态1中，VVVF逆变器1在动力运行中，二次磁通指令切换器24选择能够给出规定的二次磁通指令的规定二次磁通指令器23。
另外，VVVF逆变器1在再生中，二次磁通指令切换器24选择能够给出计算二次磁通指令的值的来自二次磁通指令运算器18的输出(指令值)。
另外，所谓「动力运行」，是车辆利用动力一面加速、一面行驶的状态，所谓「再生」，是将行驶中的车辆(电车)的动能变换为电能、并返回架空线的状态。
这样，在再生中，通过选择来自二次磁通指令运算器18的输出(指令值)，能够根据电容器电压来控制逆变器产生的电功率，计算交流电动机2产生的转矩没有变化的「二次磁通指令的最佳值」。
通过这样，能够按照架空线的负载(即，电源的负载)限制VVVF逆变器1流过架空线的再生量，能够得到不改变交流电动机产生的转矩、在最佳点消耗再生能量的效果。
另外，逆变器电功率指令器20是设定为根据以电容器电压作为输入的表格数据来给出电功率指令的，但也可以根据以电压信息与电流信息相乘的电功率信息、代替该电容器电压作为输入的表格数据来给出电功率指令。另外，也可以是以架空线的电流信息作为输入的数据表格。
如上所述，本实施形态有关的交流电动机(交流旋转电机)的控制装置，根据二次磁通指令值来控制交流电动机2，具有：将直流变换为任意频率的交流，同时在与交流电动机之间进行电功率交换的变压变频逆变器1；检测变压变频逆变器1的直流侧的电压信息的电压检测单元(电压检测器16)；检测变压变频逆变器1的交流侧的电流信息的电流检测单元(电流检测器3)；根据电压检测单元(电压检测器16)检测的电压信息，决定用变压变频逆变器1变换的电功率的指令值即逆变器电功率指令值的逆变器电功率指令单元(逆变器电功率指令器20)；根据电流检测单元(电流检测器3)检测的电流信息，计算用变压变频逆变器1变换的电功率即实际逆变器电功率值的实际逆变器电功率运算单元(实际逆变器电功率运算器19)；根据逆变器电功率指令值与实际逆变器电功率值之差，计算对交流旋转电机(交流电动机2)的二次磁通指令值的二次磁通指令运算单元(二次磁通指令运算器18)；输出对交流电动机2的规定的二次磁通指令值的规定二次磁通指令单元(规定二次磁通指令器23)；以及选择来自二次磁通指令运算单元(二次磁通指令运算器18)的二次磁通指令值和来自规定二次磁通指令单元(规定二次磁通指令器23)的规定的二次磁通指令值的某一指令值，作为通过变压变频逆变器1控制交流旋转电机(交流电动机2)使用的二次磁通指令值的二次磁通指令切换单元(二次磁通指令切换器24)。
另外，本实施形态有关的交流电动机(交流旋转电机)的控制方法，根据二次磁通指令值来控制交流电动机，具有以下步骤：检测在与交流电动机之间进行电功率交换的变压变频逆变器的直流侧的电压信息的电压检测步骤；检测变压变频逆变器的交流侧的电流信息的电流检测步骤；根据电压检测步骤检测的电压信息，决定用变压变频逆变器变换的电功率的指令值即逆变器电功率指令值的逆变器电功率指令步骤；根据电流检测步骤检测的电流信息，计算用变压变频逆变器变换的电功率即实际逆变器电功率值的实际逆变器电功率运算步骤；根据逆变器电功率指令值与实际逆变器电功率值之差，计算对交流电动机的二次磁通指令值的二次磁通指令运算步骤；输出对交流电动机的规定的二次磁通指令值的规定二次磁通指令步骤；以及选择来自二次磁通指令运算步骤的二次磁通指令值和来自规定二次磁通指令步骤的规定的二次磁通指令值的某一指令值，作为通过变压变频逆变器控制交流电动机使用的二次磁通指令值的二次磁通指令切换步骤。
其结果，根据本实施形态的交流电动机的控制装置或交流电动机的控制方法，能够实现一种交流电动机的控制装置及交流电动机的控制方法，该交流电动机的控制装置及交流电动机的控制方法即使在电源侧完全没有再生负载的无负载状态持续的情况下，也能够计算交流电动机的二次磁通指令，不改变交流电动机产生的转矩，而能够在最佳点消耗再生能量。
再有，本实施形态的交流电动机的控制装置的二次磁通指令切换单元(二次磁通指令切换器24)在变压变频逆变器1为动力运行时，选择来自规定二次磁通指令单元(规定二次磁通指令器23)的规定的二次磁通指令值，在变压变频逆变器1为再生动作时，选择来自二次磁通指令运算单元(二次磁通指令运算器18)的二次磁通指令值。
通过这样，能够选择在再生中能够控制变压变频逆变器1产生的电功率的来自二次磁通指令运算单元(二次磁通指令运算器18)的指令值。
实施形态2
图3所示为实施形态2的交流电动机的控制装置的构成方框图。
在本实施形态中，指令二次磁通运算及切换单元25的构成与前述实施形态1的指令二次磁通运算及切换单元17的构成不同。
图4所示为指令二次磁通运算及切换单元25的具体构成方框图。
在前述实施形态1中，在再生时，根据制动指令，利用二次磁通指令切换器24选择来自二次磁通指令运算器18的输出(指令值)。
与上不同的是，在本实施形态2中，如图4所示，通过采用二次磁通指令切换器26来代替二次磁通指令切换器24，在动力运行中，设置取决于电容器电压的条件，在动力运行中，也选择来自二次磁通指令运算器32的输出(指令值)。
通过这样，在再生中，当电容器电压上升时，由于能够控制VVVF逆变器1产生的电功率，因此具有的效果是，VVVF逆变器1在再生中能够更消耗电功率，成为电源的再生负载。
二次磁通指令切换器26利用符合运算器29及与门电路(AND电路30)，若VVVF逆变器1在再生中、电容器电压超过规定值，则能够选择来自二次磁通指令运算器32的输出。
在对于电源成为再生负载的动力运行车辆较少时，在动力运行中电容器电压将上升。
若电容器电压上升，则由于必须增大逆变器电功率指令，因此如图4所示那样，设置根据电容器电压检测值EFC、相应逆变器电功率指令P*增大的动力运行时的逆变器电功率指令器27。
另外，设置切换开关，使得能够利用动力运行指令来切换再生时的逆变器电功率指令器50与动力运行时的逆变器电功率指令器27。
另外，再生中的动作与实施形态1相同。
通过这样，在再生时及动力运行时，能够给出最佳的逆变器电功率指令。
另外，如实施形态1所述的那样，所示的情况是，二次磁通指令运算器32由实际逆变器电功率运算器19、动力运行时的逆变器电功率指令器27、再生时的逆变器电功率指令器50、切换开关28、减法器21、以及电功率控制器22构成，但实际逆变器电功率运算器19、动力运行时的逆变器电功率指令器27、再生时的逆变器电功率指令器50及切换开关28也可以不包含在二次磁通指令运算器18的内部。
即，指令二次磁通运算及切换单元25也可以由实际逆变器电功率运算器19、逆变器电功率指令器20、动力运行时的逆变器电功率指令器27、再生时的逆变器电功率指令器50、切换开关28、减法器21及电功率控制器22构成的二次磁通指令运算器32、给出规定的二次磁通指令的规定二次磁通指令器23、以及能够切换来自规定二次磁通指令器23的输出(指令值)与来自二次磁通指令运算器32的输出(指令值)的二次磁通指令切换器26构成。
如上所述，本实施形态的交流电动机的控制装置的二次磁通指令切换单元(二次磁通指令切换器26)在变压变频逆变器1为动力运行动作时，根据变压变频逆变器1的电压信息，选择来自规定二次磁通指令单元(规定二次磁通指令器23)的规定的二次磁通指令值或来自二次磁通指令运算单元(二次磁通指令运算器32)的二次磁通指令值，在变压变频逆变器1为再生动作时，选择来自二次磁通指令运算单元(二次磁通指令运算器32)的二次磁通指令值。
通过这样，根据本实施形态，在再生中，当电容器电压上升时，能够控制变压变频逆变器1产生的电功率，具有的效果是，变压变频逆变器1在再生中能够更消耗电功率，交流电动机成为电源的再生负载。
实施形态3
图5所示为实施形态3的交流电动机的控制装置的构成方框图。
在本实施形态中，指令二次磁通运算及切换单元33的构成与前述实施形态1的指令二次磁通运算及切换单元17的构成不同。
图6所示为指令二次磁通运算及切换单元33的具体构成方框图。
在前述实施形态1中，在再生时，根据制动指令，选择来自二次磁通指令运算器18的输出(指令值)。
本实施形态如图6所示，通过采用二次磁通指令切换器34来代替二次磁通指令切换器24，在再生中，设置取决于电容器电压的条件，选择来自二次磁通指令运算器18的输出(指令值)。
根据这样的构成，在再生中，当电容器电压上升时，能够选择可控制VVVF逆变器1产生的电功率的二次磁通运算器18。
另外，在电容器电压上升时以外，给出规定的二次磁通指令。
据此具有的效果是，在再生中，当再生负载减少时，使二次磁通运算器动作，能够有效地将再生电功率返回电源侧，能够进行节能运行。
在再生中，若电容器电压大于某一值，则二次磁通指令切换器34能够选择来自二次磁通指令运算器18的输出(指令值)。
以后的动作与实施形态1相同。
另外，如实施形态1所述的那样，所示的情况是，二次磁通指令运算器18由实际逆变器电功率运算器19、逆变器电功率指令器20、减法器21、以及电功率控制器22构成，但实际逆变器电功率运算器19及逆变器电功率指令器20也可以不包含在二次磁通指令运算器18的内部。
即，指令二次磁通运算及切换单元33也可以由实际逆变器电功率运算器19、逆变器电功率指令器20、减法器21及电功率控制器22构成的二次磁通指令运算器18、给出规定的二次磁通指令的规定二次磁通指令器23、以及能够切换来自规定二次磁通指令器23的输出(指令值)与来自二次磁通指令运算器18的输出(指令值)的二次磁通指令切换器34构成。
如上所述，本实施形态的交流电动机的控制装置的二次磁通指令切换单元34在变压变频逆变器1为动力运行动作时，选择来自规定二次磁通指令单元(规定二次磁通指令器23)的规定的二次磁通指令值，在前述变压变频逆变器为再生动作时，根据前述变压变频逆变器的电压信息，选择来自前述规定二次磁通指令单元的规定的二次磁通指令值或来自前述二次磁通指令运算单元的二次磁通指令值。
这样，在本实施形态中，电容器电压上升时以外，给出规定的二次磁通指令值。然后，在再生中，当再生负载减少时，也使二次磁通指令运算器18动作。
通过这样，能够有效地将再生电功率返回电源侧，能够进行节能运行。
实施形态4
图7所示为实施形态4的交流电动机的控制装置的构成方框图。
在本实施形态中，指令二次磁通运算及切换单元35的构成与实施形态2或实施形态3的指令二次磁通运算及切换单元的构成不同。
图8所示为指令二次磁通运算及切换单元35的具体构成方框图。
在前述实施形态2中，在动力运行中，设置取决于电容器电压的条件，在动力运行中，也选择二次磁通指令运算器。
另外，在实施形态3中，在再生中，设置取决于电容器电压的条件，选择二次磁通指令运算器。
与上不同的是，实施形态4由二次磁通指令切换器36的构成可知，无论是再生时，还是动力运行时，都根据制动指令，选择来自二次磁通指令运算器32的输出(指令值)，再进一步设置取决于电容器电压的条件，选择来自二次磁通指令运算器32的输出(指令值)。
根据这样，在动力运行时，具有当电容器电压上升时成为电源的再生负载的效果，在再生时，具有能够节能运行的效果。
此外，在动力运行及再生中，若电容器电压大于某一值，则二次磁通指令切换器36能够选择来自二次磁通指令运算器32的输出(指令值)。
其它的功能及动作与实施形态1、2、3相同。
如上所述，本实施形态的交流电动机的控制装置的二次磁通指令切换单元(二次磁通指令切换器36)在变压变频逆变器1为动力运行动作时及再生动作时的任何一种动作时，都根据变压变频逆变器1的电压信息，选择来自规定二次磁通指令单元(规定二次磁通指令器23)的规定的二次磁通指令值或来自二次磁通指令运算单元(二次磁通指令运算器32)的二次磁通指令值。
通过这样，在动力运行中，当电容器电压上升时，成为再生负载，在再生中，能够进行节能运行。
实施形态5
图9所示为实施形态5的交流电动机的控制装置的构成方框图。
在本实施形态中，指令二次磁通运算及切换单元37的构成与实施形态1～实施形态4的指令二次磁通运算及切换单元的构成不同。
图10所示为指令二次磁通运算及切换单元37的具体构成方框图。
在本实施形态中，考虑到在电源侧没有再生负载的无负载状态持续的情况，构成二次磁通指令运算器38。
特别是其特征在于，计算在无负载状态下在架空线侧没有再生逆变器的电功率、另外不改变交流电动机2产生的转矩的二次磁通指令。
在本实施形态中，利用逆变器电功率零指令器(即，设逆变器电功率的指令值为零的逆变器电功率指令器)39，给出逆变器电功率指令P*＝0。
另外，实施形态1等的电功率控制器22将逆变器电功率指令P*与实际逆变器电功率P的偏差进行放大。
但是，本实施形态的电功率控制器40根据电功率偏差P*-P、逆变器频率ωinv、转矩指令τ*、交流电动机的电动机常数的定子电感Ls、定子电阻Rs、互感M、及极对数p，计算不改变交流电动机产生的转矩、能够使逆变器的电功率为零的二次磁通指令值φ*。
该二次磁通指令φ*可以用下述式(8)给出。
[数学式1]
φ * = - 2 × p × Rs × [ A + B ] 2 × Rs × p - - - ( 8 )
式中，
A＝ωinv×τ*M2-M2×(P*-P)×p
B＝ωinv2×τ*2×M4-2×ωinv×τ*×M4×(P*-P)×p+M4×(P*-P)2×p2-4×Rs2×τ*2×Lr2
与实施形态3相同，在再生中，若电容器电压大于某一值，则二次磁通指令切换器34能够选择来自二次磁通指令运算器38的输出(指令)。
在处于完全没有再生负载的无负载状态的情况下，由于电容器电压上升，因此若电容器电压上升，则选择二次磁通运算器，用电功率运算器40计算能够使逆变器的电功率为零的二次磁通指令。
通过这样，具有的效果是能够提供一种交流电动机的控制装置，该控制装置即使在完全没有再生时的负载的无负载状态下，也能够进行稳定控制，即使在输入电源侧没有负载的情况或电源即变电设备的再生吸收装置出现故障等情况下，也能够以简单的得到稳定、可靠地得到电气制动转矩，能够进行制动动作。
如上所述，本实施形态的交流旋转电机的控制装置设置使电功率的指令值为零的逆变器电功率零指令单元(逆变器电功率零指令器39)，来代替逆变器电功率指令单元(逆变器电功率指令器20)，同时二次磁通指令运算单元(二次磁通指令运算器38)根据用实际逆变器电功率运算单元(实际逆变器电功率运算器19)计算的实际逆变器电功率值及逆变器电功率零指令单元(逆变器电功率零指令器39)的输出，计算二次磁通指令。
这样，通过利用逆变器电功率零指令单元(逆变器电功率零指令器39)给出逆变器电功率指令P*＝0，能够控制逆变器电功率为零。
另外，本实施形态的交流旋转电机的控制装置的二次磁通指令运算单元(二次磁通指令运算器38)具有不改变交流电动机1产生的转矩、使变压变频逆变器产生的电功率为零而进行计算的电功率控制单元(电功率控制器40)。
因而，能够不改变交流电动机1产生的转矩，使变压变频逆变器产生的电功率为零。
另外，本实施形态的交流旋转电机的控制装置的二次磁通指令切换单元(二次磁通指令运算器38)在变压变频逆变器1为动力运行动作时，选择来自规定二次磁通指令单元(规定二次磁通指令器23)的规定的二次磁通指令值，在变压变频逆变器1为再生动作时，根据变压变频逆变器1的电压信息，选择来自规定二次磁通指令单元(规定二次磁通指令器23)的规定的二次磁通指令值或来自二次磁通指令运算单元(二次磁通指令运算器38)的二次磁通指令值。
通过这样，即使在完全没有再生负载的无负载状态下，也能够进行稳定控制，即使在输入电源侧没有负载的情况或电源即变电设备的再生吸收装置出现故障等情况下，也能够以简单的得到稳定、可靠地得到电气制动转矩，能够进行制动动作。
另外，在前述实施形态1～实施形态5中，说明的是对作为交流旋转电机的一个例子的交流电动机进行控制时的构成及效果。
但是，在交流旋转电机是发电机、同步机或感应机等情况下，也能够得到同样的效果。
例如，在发电机的情况下，能够利用逆变器电功率指令P*，简单地控制、调整发电机产生的电能，能够构成稳定的控制系统。
工业上的实用性
本发明的交流旋转电机的控制装置或控制方法，可以广泛适用于同步机、感应机、发电机等各种旋转电机的控制。

Claims (9)

1.一种交流旋转电机的控制装置，根据二次磁通指令值来控制交流旋转电机，其特征在于，具有：
将直流变换为任意频率的交流，同时在与所述交流旋转电机之间进行电功率交换的变压变频逆变器；
检测所述变压变频逆变器的直流侧的电压信息的电压检测单元；
检测所述变压变频逆变器的交流侧的电流信息的电流检测单元；
根据所述电压检测单元检测的电压信息，决定用所述变压变频逆变器变换的电功率的指令值即逆变器电功率指令值的逆变器电功率指令单元；
根据所述电流检测单元检测的电流信息，计算用所述变压变频逆变器变换的电功率即实际逆变器电功率值的实际逆变器电功率运算单元；
根据所述逆变器电功率指令值与所述实际逆变器电功率值之差，计算对所述交流旋转电机的二次磁通指令值的二次磁通指令运算单元；
输出对所述交流旋转电机的规定的二次磁通指令值的规定二次磁通指令单元；以及
选择来自所述二次磁通指令运算单元的二次磁通指令值和来自所述规定二次磁通指令单元的规定的二次磁通指令值的某一指令值，作为通过所述变压变频逆变器控制所述交流旋转电机使用的二次磁通指令值的二次磁通指令切换单元。
2.如权利要求1所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述二次磁通指令切换单元在所述变压变频逆变器为动力运行时，选择来自所述规定二次磁通指令单元的规定的二次磁通指令值，在所述变压变频逆变器为再生动作时，选择来自所述二次磁通指令运算单元的二次磁通指令值。
3.如权利要求1所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述二次磁通指令切换单元在所述变压变频逆变器为动力运行时，根据所述变压变频逆变器的电压信息，选择来自所述规定二次磁通指令单元的规定的二次磁通指令值或来自二次磁通指令运算单元的二次磁通指令值，在所述变压变频逆变器为再生动作时，选择来自二次磁通指令运算单元的二次磁通指令值。
4.如权利要求1所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述二次磁通指令切换单元在所述变压变频逆变器为动力运行时，选择来自所述规定二次磁通指令单元的规定的二次磁通指令值，在所述变压变频逆变器为再生动作时，根据所述变压变频逆变器的电压信息，选择来自所述规定二次磁通指令单元的规定的二次磁通指令值或来自所述二次磁通指令运算单元的二次磁通指令值。
5.如权利要求1所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述二次磁通指令切换单元在所述变压变频逆变器为动力运行动作时及再生动作时的任何一种动作时，都根据所述变压变频逆变器的电压信息，选择来自所述规定二次磁通指令单元的规定的二次磁通指令值或来自所述二次磁通指令运算单元的二次磁通指令值。
6.如权利要求1所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
设置使电功率的指令值为零的逆变器电功率零指令单元，来代替所述逆变器电功率指令单元，
同时所述二次磁通指令运算单元根据用所述实际逆变器电功率运算单元计算的实际逆变器电功率值及所述逆变器电功率零指令单元的输出，计算二次磁通指令。
7.如权利要求6所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述二次磁通指令运算单元具有不改变交流旋转电机产生的转矩、使所述变压变频逆变器产生的电功率为零而进行计算的电功率控制单元。
8.如权利要求6或7所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述二次磁通指令切换单元在所述变压变频逆变器为动力运行动作时，选择来自所述规定二次磁通指令单元的规定的二次磁通指令值，在所述变压变频逆变器为再生动作时，根据所述变压变频逆变器的电压信息，选择来自所述规定二次磁通指令单元的规定的二次磁通指令值或来自所述二次磁通指令运算单元的二次磁通指令值。
9.一种交流旋转电机的控制方法，根据二次磁通指令值来控制交流旋转电机，其特征在于，具有以下步骤：
检测在与所述交流旋转电机之间进行电功率交换的变压变频逆变器的直流侧的电压信息的电压检测步骤；
检测所述变压变频逆变器的交流侧的电流信息的电流检测步骤；
根据所述电压检测步骤检测的电压信息，决定用所述变压变频逆变器变换的电功率的指令值即逆变器电功率指令值的逆变器电功率指令步骤；
根据所述电流检测步骤检测的电流信息，计算用所述变压变频逆变器变换的电功率即实际逆变器电功率值的实际逆变器电功率运算步骤；
根据所述逆变器电功率指令值与所述实际逆变器电功率值之差，计算对所述交流旋转电机的二次磁通指令值的二次磁通指令运算步骤；
输出对所述交流旋转电机的规定的二次磁通指令值的规定二次磁通指令步骤；以及
选择所述二次磁通指令运算步骤的二次磁通指令值和所述规定二次磁通指令步骤的规定的二次磁通指令值的某一指令值，作为通过所述变压变频逆变器控制所述交流旋转电机使用的二次磁通指令值的二次磁通指令切换步骤。
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