CN101841298B - 具备误布线检测功能的三相同步电动机的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具备能正确检测出三相同步电动机的误布线的误布线检测功能的三相同步电动机的控制装置。如果存在二相误布线或三相误布线，则误布线检测部(8)利用产生(1)q轴电流指令Iqc成为饱和状态、(2)q轴电流反馈信号IqF成为规定的值以上、(3)q轴电流反馈信号IqF及反馈速度信号VcF成为相反极性的状况，来检测电枢电流提供装置(3)和三相同步电动机M之间的三相电力线的误布线。

Description

具备误布线检测功能的三相同步电动机的控制装置

技术领域

本发明涉及一种具备能检测电力线的误布线的功能的三相同步电动机的控制装置。

背景技术

专利第2797882号公报(专利文献1)所示的误布线检测功能为，利用比较由产生使驱动电动机的功率转换器的任意二个功率晶体管依次导通的机构的开·关模式来推定出的电流反馈信号、和伺服马达的控制装置的三相或多相输出的输出电流的机构，判断伺服马达和伺服马达的控制装置是否连接。此外，作为现有的三相同步电动机的电力线误布线时的保护方法，有给予电流指令并观察q轴电流反馈和速度的振动，从而检测误布线的方式。此外，还有进行直流励磁，在马达停止的位置不是正确的位置的时候，检测为误布线的方式。并且，有检测动态制动(dynamic brake)工作时的相电流，当此相电流的顺序不同时，检测为误布线的方式等。

专利文献1：JP专利第2797882号公报

发明内容

图5～图7是普通同步电动机控制装置中对三相同步电动机的电力线正常进行布线时，出现二相误布线时及出现三相误布线时的各指令的波形。由图5～图7可知，虽然二相误布线的时候，短暂的时间内在q轴电流反馈中发生振动，但是三相误布线的时候，在q轴电流反馈中没有振动。基于此种情况可知，通过观察q轴电流反馈和速度的振动来检测误布线的方法，根据误布线的状况是不能检测误布线的。此外，在使用直流励磁的方法中，特别地设置误布线检测模式，必须进行直流励磁来检测误布线，马达会因直流励磁而运转。在机械方式下，现有一种几乎不采用移动距离的机械，要求不产生多余的移动。此外，在使用动态制动的方法中，使马达旋转后必须进行动态制动的工作，因误布线马达未正确运转，却以马达的旋转为前提就有困难。此外，需要三相的动态制动，在为使用单相的动态制动的装置的情况下，存在所谓无法适用的问题。如此，根据现有的误布线检测技术，存在不能正确地检测三相误布线，如果不设置专用的检测模式就不能检测的情形，或者由于电路条件而无法应用的情形等一些问题。此外，如果在马达的电力线中存在误布线，则马达会向与指令相反的方向旋转或振动，由于未按原有的指令正确地运转，所以需要及早地修改布线。但是，在现有的误布线检测技术中，由于不能正确地检测，所以存在原因的确定被延迟、系统的建立花费时间这样的问题。

本发明的目的在于，提供一种具备如下误布线检测功能的三相同步电动机的控制装置，即，将三相误布线作为误布线进行检测，并且，不使用直流励磁这样的特别的工作、或三相的动态制动这样的特别电路，就能正确检测三相同步电动机的误布线。

具备本发明的误布线检测功能的三相同步电动机，包括：位置检测部、反馈速度信号产生部、转矩(torque)指令产生部、电流指令产生部、电流检测器、正交二轴转换部、电枢电流提供装置、和误布线检测部。

位置检测部检测三相同步电动机的转子相对于定子的转子位置θm，并输出表示转子位置的转子位置检测信号。反馈速度信号产生部产生表示三相同步电动机的速度的反馈速度信号。转矩指令产生部根据速度指令和反馈速度信号产生转矩指令。电流指令产生部根据转矩指令输出d轴电流指令及q轴电流指令。电流检测器检测流过电枢线圈的至少二相部分的电流，并输出表示该二相部分的电流的电流信号。正交二轴转换部根据从电流检测器输出的电流信号及转子位置信号，通过正交二轴转换来计算d轴电流反馈信号及q轴电流反馈信号并输出。电枢电流提供装置根据d轴电流指令及q轴电流指令、和d轴电流反馈信号及q轴电流反馈信号，向电枢线圈提供电枢电流。此外，构成电枢电流供给装置以便根据位置检测部检测出的转子位置θm来决定电枢电流的相位。

误布线检测部根据q轴电流反馈信号、反馈速度信号及q轴电流指令，当存在三相电力线的误布线时，利用q轴电流指令成为饱和状态、q轴电流反馈信号成为规定的值以上、q轴电流反馈信号及反馈速度信号成为相反极性的状况，一旦检测出电枢电流提供装置和三相同步电动机之间的三相电力线的误布线，就输出警报信号。即，当发生了二相误布线及三相误布线时，误布线检测部则着眼于在q轴电流反馈信号、反馈速度信号及q轴电流指令中所呈现的特有的现象，根据这些现象来检测三相电力线的误布线。其结果，根据本发明，不使用像过去那样的直流励磁这种特别的动作且不使用三相的动态制动这种特别电路，就能正确地检测三相同步电动机的误布线。

更具体地，可由饱和状态判定部、q轴电流反馈信号判定部、累计部、和判定部构成误布线检测部。饱和状态判定部判定q轴电流指令是否处于饱和的状态。q轴电流反馈信号判定部判定q轴电流反馈信号的大小是否在规定的值以上。累计部对反馈速度信号的极性和q轴电流反馈信号的极性处于相反状态的时间进行累计，并输出累计值。判定部在累计值成为预定的累计时间以上时，判定为误布线并输出警报信号。q轴电流指令在二相误布线及三相误布线的任意一种情况下都为饱和状态。但是，仅饱和状态的话是不能断定因误布线原因是否会成为饱和状态。此外，q轴电流反馈信号在二相误布线及三相误布线的任意一种情况下都不会变得比规定值小。即，q轴电流反馈信号不表示极性发生变动这样大的变动。如果发生二相误布线，则反馈速度信号就会从一个极性变为另一个极性。此外，如果发生三相误布线，则反馈速度信号的极性就会交替反复一个极性和另一个极性。当以反馈速度信号的极性发生变化作为一个条件来判定误布线时，如果考虑噪声的产生等，就会进行错误的判断。因此，累计部对反馈速度信号的极性和q轴电流反馈信号的极性处于相反状态的时间进行累计，并输出累计值。在此，所谓“对时间进行累计”是指在某一期间t1、t2、t3…之间相反极性的关系成立的情况下，按t1+t2+t3…这样将各期间相加。在极性始终处于相反的状态的情况下，开始进行累计后的经过时间就为累计值。如此这样，由于以极性不发生变化的反馈速度信号作为判断基准，来观察q轴电流反馈信号的极性的变化，所以就能准确地判定极性发生变化的区间。

而且，由于判定部在累计值成为预定的累计时间以上时，就判定为误布线并输出警报信号，所以通过将预定的累计时间设定为适当的长度，就能不受噪声的影响，准确地判定误布线。

优选地，上述q轴电流反馈信号的“规定的值”为额定电流的10％以上的值。如果是此值以上，则能防止误检测。

在三相误布线的情形和二相误布线的情形下，存在三相误布线比二相误布线的情况较早进行累计工作，且累计值的增加率较早固定，从而使累计值达到预定累计时间这样的趋势。因此，优选考虑二相误布线的情况下的累计值的变化状况来决定上述预定的累计时间。此外，如果设预定的累计时间为30msec的话，则能检测出二相误布线及三相误布线两者。

附图说明

图1是表示具备本发明的误布线检测功能的三相同步电动机的控制装置的实施方式的一个实例的结构的方框图。

图2是表示误布线检测部的具体例的一个实例的图。

图3(A)至(D)是用于说明发生三相误布线时的状态及图2的误布线检测部的工作的波形图。

图4(A)至(D)是用于说明发生二相误布线时的状态及图2的误布线检测部的工作的波形图。

图5(A)及(B)是用于说明正常布线时的状态的波形图。

图6(A)及(B)是用于说明发生二相误布线时的状态的波形图。

图7(A)及(B)是用于说明发生三相误布线时的状态的波形图。

符号说明

1  转矩指令产生部        2  电流指令产生部

3  电枢电流提供装置      4  电流检测器

5  正交二轴转换部        6  位置检测部

7  反馈速度信号产生部    8  误布线检测部

具体实施方式

在下文中，参照附图，详细地说明本发明的实施方式。图1是表示具备本发明的误布线检测功能的三相同步电动机的控制装置的实施方式的一个实例的结构的方框图。具备此误布线检测功能的三相同步电动机的控制装置包括：转矩指令产生部1、电流指令产生部2、电枢电流提供装置3、电流检测器4、正交二轴转换部5、位置检测部6、反馈速度信号产生部7、和误布线检测部8。

转矩指令产生部1根据速度指令Vc和反馈速度信号VcF产生转矩指令TCMD。电流指令产生部2根据转矩指令TCMD输出d轴电流指令IdC及q轴电流指令IqC。电枢电流提供装置3根据d轴电流指令IdC及q轴电流指令IqC、和后述的d轴电流反馈信号IdF及q轴电流反馈信号IqF，向三相同步电动机M的电枢线圈提供电枢电流。电枢电流提供装置3包括：2个电流控制器31及32、坐标变换器33、PWM控制器34、和功率转换器35。2个电流控制器31及32将d轴电流指令IdC及q轴电流指令IqC、和d轴电流反馈信号IdF及q轴电流反馈信号IqF的电流偏差转换成d轴电压指令VdC及q轴电压指令VqC。坐标变换器33根据来自产生与构成位置检测器6的编码器的转子位置(θm)相对应的sin信号及cos信号的信号产生机构OSC的信号，对d轴电压指令VdC及q轴电压指令VqC进行正交坐标变换及二相三相转换，并输出三相电压指令VUC、VVC及VWC。PWM控制器34根据PWM控制指令VUC、VVC及VWC，对包含三相倒相器电路的功率转换器35进行PWM控制。功率转换器35将直流功率转换为三相交流功率，向三相同步电动机M提供三相电枢电流。再有，电枢电流控制装置3根据构成位置检测部6的编码器所检测出的转子位置信号θm，来决定电枢电流的相位。

电流检测器4检测流过三相同步电动机M的电枢线圈的至少二相部分的电流，并输出表示该二相部分的电流的电流信号IU及IV。由坐标变换部构成的正交二轴转换部5根据信号产生机构OSC基于转子位置信号θm所产生的sin信号及cos信号，对从电流检测器4输出的电流信号IU及IV进行坐标变换，并输出d轴电流反馈信号IdF及q轴电流反馈信号IqF。

由编码器构成的位置检测部6检测转子相对于定子的转子位置θm，并输出表示转子位置的转子位置检测信号θm。反馈速度信号产生部7根据转子位置检测信号θm产生表示三相同步电动机M的动子的速度的反馈速度信号VcF。

误布线检测部8根据q轴电流反馈信号IqF、反馈速度信号VcF及q轴电流指令Iqc，检测电连接在功率转换器35和三相同步电动机M之间的三相电力线的误布线。如果存在二相误布线或三相误布线，则误布线检测部8利用发生(1)q轴电流指令Iqc成为饱和状态、(2)q轴电流反馈信号IqF成为规定的值以上、(3)q轴电流反馈信号IqF及反馈速度信号VcF成为相反极性的状况，来检测电枢电流提供装置3和三相同步电动机M之间的三相电力线的误布线，并输出警报信号AS。可任意地应用警报信号AS。例如，既可以用警报信号AS产生警报，也可以遮断功率转换器的工作，停止向马达提供功率。

在图2中示出误布线检测部8的具体结构的一个实例。此外，在图3(A)至(D)中示出产生三相误布线(UVW→WUV)时的、速度指令Vc和速度(反馈速度信号VcF)的关系；q轴电流指令IqC、d轴电流指令IdC、q轴电流反馈信号IqF、和d轴电流反馈信号IdF的关系；累计部83所累计的累计值IV；以及警报信号AS。此外，在图4(A)至(D)中示出产生二相误布线(UVW→UWV)时的、速度指令Vc和速度(反馈速度信号VcF)的关系；q轴电流指令IqC、d轴电流指令IdC、q轴电流反馈信号IqF、和d轴电流反馈信号IdF的关系；累计部83所累计的累计值IV；以及警报信号AS。

图2的误布线检测部8由饱和状态判定部81、q轴电流反馈信号判定部82、累计部83、和判定部84构成。如图3(B)及图4(B)所示，饱和状态判定部81判定q轴电流指令IqC是否处于饱和的状态。这是因为在无误布线的状态(参照图5)下，q轴电流指令IqC不会饱和。此外，q轴电流反馈信号判定部82判定q轴电流反馈信号IqF的大小是否在规定的值以上。这是为了正确地判断q轴电流反馈信号IqF的极性。因此，为了防止判定错误工作的目的，而附加这样的条件。再有，如果优选q轴电流反馈信号的大小为额定电流的10％以上的话，则能防止判定误差。

累计部83对反馈速度信号VcF的极性和q轴电流反馈信号IqF的极性处于相反状态的时间进行累计，并输出累计值IV。累计部83为了累计时间而具备内部钟表或计时器。在三相误布线的时候，如图3(B)所示，反馈速度信号VcF自始表示负的极性，q轴电流反馈信号IqF的极性表示正常正的极性。因此，q轴电流反馈信号判定部82在判定q轴电流反馈信号IqF的大小为规定的值以上之后，累计部8对成为相反极性的时间进行累计并输出累计值。此情况下，由于相反极性的关系保持连续，所以累计值与判定q轴电流反馈信号IqF的大小为规定的值以上之后的经过时间一致。在二相误布线的情况下，如图4(B)所示，由于反馈速度信号VcF以零值为中心振动，所以反复负的极性和正的极性。相对于此，q轴电流反馈信号IqF的极性正常表示正的极性。因此，q轴电流反馈信号判定部82在判定q轴电流反馈信号IqF的大小为规定的值以上之后，累计部8对反馈速度信号VcF处于负的极性的期间的时间进行累计。

当累计值成为预定的累计时间RT以上时，判定部判定为误布线并输出警报信号。q轴电流指令在二相误布线及三相误布线的任意一种情况下都成为饱和状态。通过将预定的累计时间设定为适当长度，就能不受噪声的影响，准确地判定误布线。再有，在三相误布线的情形和二相误布线的情形下，存在三相误布线比二相误布线的情况，累计工作较早进行且累计值的增加率较早固定，从而使累计值达到预定的累计时间RT这样的趋势。因此，优选考虑二相误布线情况下的累计值的变化状况来决定上述预定的累计时间RT。此外，如果设预定的累计时间RT为30msec的话，则能检测出二相误布线及三相误布线两者。

工业实用性

根据本发明，不使用像过去那样的直流励磁这种特别工作且不使用三相动态制动这种特别电路，就能正确地检测三相同步电动机的误布线。

Claims (3)

1.一种具备误布线检测功能的三相同步电动机的控制装置，包括：

位置检测部，其检测三相同步电动机的转子相对定子的转子位置θm，并输出转子位置检测信号；

反馈速度信号产生部，其产生表示上述三相同步电动机的速度的反馈速度信号；

转矩指令产生部，其根据速度指令和上述反馈速度信号产生转矩指令；

电流指令产生部，其根据上述转矩指令输出d轴电流指令及q轴电流指令；

电流检测器，其检测流过上述三相同步电动机的电枢线圈的至少二相部分的电流，并输出表示该二相部分的电流的电流信号；

正交二轴转换部，其根据从上述电流检测器输出的上述电流信号及上述转子位置信号，通过正交二轴转换来计算d轴电流反馈信号及q轴电流反馈信号并输出；以及

电枢电流提供装置，其根据上述d轴电流指令及q轴电流指令、和上述d轴电流反馈信号及q轴电流反馈信号，向上述电枢线圈提供电枢电流，

上述电枢电流提供装置构成为，根据上述位置检测部检测出的上述转子位置θm来决定上述电枢电流的相位，

该三相同步电动机的控制装置还包括误布线检测部，该误布线检测部根据上述q轴电流反馈信号、上述反馈速度信号、及上述q轴电流指令，当存在三相电力线的误布线时，利用产生上述q轴电流指令成为饱和状态、上述q轴电流反馈信号成为规定的值以上、上述q轴电流反馈信号及反馈速度信号成为相反极性的状况，一旦检测出上述电枢电流提供装置和上述三相同步电动机之间的三相电力线的误布线，就输出警报信号。

2.根据权利要求1所述的具备误布线检测功能的三相同步电动机的控制装置，其特征在于，

上述误布线检测部包括：

饱和状态判定部，其判定上述q轴电流指令是否处于饱和的状态；

q轴电流反馈信号判定部，其判定上述q轴电流反馈信号的大小是否在规定的值以上；

累计部，其对上述反馈速度信号的极性和上述q轴电流反馈信号的极性处于相反状态的时间进行累计，并输出累计值；以及

判定部，其在上述累计值成为预定的累计时间以上时，判定为误布线并输出上述警报信号。

3.根据权利要求2所述的具备误布线检测功能的三相同步电动机的控制装置，其特征在于，

上述规定的值是额定电流的10％以上的值。

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