CN103026610A - 交流旋转机的控制装置以及控制方法 - Google Patents

Abstract

交流旋转机的控制装置（1）包括控制电路（2）、电力变换器（3）、电流检测器（5）以及电压检测器（7），控制电路（2）具备：启动电流指令器（18），产生启动时的电流指令；以及开始相位设定器（20），根据刚刚启动后的交流旋转机（4）的旋转方向以及电流检测器（5）所检测出的电流的极性来设定启动控制的初始旋转相位，因此能够降低启动控制刚刚开始后的电流振幅以及转矩冲击，不使保护动作起作用而能够可靠且稳定地重启。

Description

交流旋转机的控制装置以及控制方法

技术领域

本发明涉及一种以无位置传感器方式通过逆变器来对交流旋转机、特别是使用了永磁的同步机进行控制的交流旋转机的控制装置，特别是能够可靠且稳定地进行交流旋转机从零速到高速旋转中的全速度域中的重启的交流旋转机的控制装置。

背景技术

在高精度地控制交流旋转机的输出转矩的情况下，为了根据交流旋转机的转子位置来使电流流入而需要安装转子位置传感器。但是，转子位置传感器由于体积比较大，所以配置上受到制约、用于将传感器输出传输到控制装置为止的控制传输线的布线繁琐，导致断线等的故障因素增加。对此，如下的所谓的无传感器矢量控制已经开始用于实用：通过检测在交流旋转机的旋转过程中产生的感应电压来能够间接地知道转子位置，并据此进行高速高精度的转矩控制。在无传感器矢量控制中，一般根据施加给交流旋转机的逆变器电压指令和流到交流旋转机的电流检测值来估计运算出感应电压。然而，在逆变器动作开始前无法知道马达转子位置、特别是交流旋转机高速地旋转而感应电压振幅大的情况下，在逆变器重启时，由于电流控制不稳定而产生不需要的转矩，在最坏的情况下过电流保护动作起作用，也有时变得无法重启。

为了解决这样的课题，提出了专利文献1的方法。

在专利文献1的方法中，在从逆变器重启到一定时间的期间不实施无传感器控制而只实施电流反馈控制。根据这期间的电压矢量或者电流矢量的旋转速度来推测马达旋转速度的概要值，之后将该推测值作为初始值来开始无传感器控制。由此，在永磁马达高速地旋转着的状态下，也顺利地进行逆变器的重启。

专利文献1：日本特开2005-065410号公报（段落号0011以及图1）

发明内容

但是，在如专利文献1的方法那样只实施电流反馈控制、并根据这期间的电压矢量或者电流矢量的旋转速度来推测马达旋转速度的概要值的方法中，存在下面的问题。即，在马达高速旋转时，如果不知道初始相位的情况下只实施电流反馈控制，则由于马达的感应电压矢量和逆变器的输出电压矢量不一致，所以在启动控制开始时会流过过大的电流，产生不需要的转矩，在最坏的情况下控制有可能变得不稳定。

本发明的目的在于解决如上所述的课题，提供一种能够可靠且稳定地进行交流旋转机、特别是永磁马达的无位置传感器矢量控制的重启的交流旋转机的控制装置。

一种交流旋转机的控制装置，具备：控制电路，根据电流指令产生电压指令，并根据该电压指令产生开关指令；电力变换器，根据开关指令产生振幅和角频率被控制的交流电压；以及电流检测器，检测流到被该电力变换器的输出而驱动的交流旋转机的交流相电流，其中，控制电路具备：启动电流指令器，产生启动时的电流指令；以及开始相位设定器，根据刚刚启动后的交流旋转机的旋转方向以及电流检测器所检测出的电流的极性来设定启动控制的初始旋转相位。

本发明的交流旋转机的控制装置的控制电路具备：启动电流指令器，产生启动时的电流指令；以及开始相位设定器，根据刚刚启动后的交流旋转机的旋转方向以及电流检测器所检测出的电流的极性来设定启动控制的初始旋转相位，因此能够降低启动控制刚刚开始后的过大电流以及转矩冲击的产生，不使保护动作起作用而能够可靠且稳定地进行重启。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的交流旋转机的控制装置的结构的框图。

图2是表示本发明的实施方式1的交流旋转机的控制装置的稳态控制时的动作的框图。

图3是表示本发明的实施方式1的交流旋转机的控制装置的启动控制时的动作的框图。

图4是表示本发明的实施方式1的交流旋转机的控制装置的开始速度运算器的结构的框图。

图5是说明本发明的实施方式1的交流旋转机的控制装置的开始速度运算器的动作的流程图。

图6是表示本发明的实施方式1的交流旋转机的控制装置的开始相位设定器的结构的框图。

图7是表示本发明的实施方式1的交流旋转机的控制装置的开始相位设定器的相位和相电流的关系的图。

图8是说明本发明的实施方式1的交流旋转机的控制装置的开始相位设定器的动作的图。

图9是表示本发明的实施方式2的交流旋转机的控制装置的结构的框图。

图10是表示本发明的实施方式2的交流旋转机的控制装置的开始相位设定器的相位和轴电流的关系的图。

图11是表示本发明的实施方式2的交流旋转机的控制装置的开始相位设定器的结构的框图。

图12是表示本发明的实施方式3的交流旋转机的控制装置的结构的框图。

图13是表示本发明的实施方式3的交流旋转机的控制装置的开始相位设定器的原理的矢量图。

图14是表示本发明的实施方式3的交流旋转机的控制装置的开始相位设定器的结构的框图。

图15是表示本发明的实施方式3的交流旋转机的控制装置的启动控制时的动作的框图。

具体实施方式

实施方式1．

下面，根据附图说明本申请发明的实施方式1。图1是表示本发明的实施方式1的交流旋转机的控制装置1的结构的框图，图2、图3是表示交流旋转机的控制装置1的动作的框图，图4~图8是说明主要构成电路的结构以及动作的图。

下面，根据图1说明本发明的实施方式1的交流旋转机的控制装置1的结构。

交流旋转机的控制装置1包括控制电路2、电力变换器3、电流检测器5、平滑用电容器6以及电压检测器7，控制交流旋转机4。

电力变换器3例如是三相电力变换器，进行直流电力和三相的交流电力的电力变换。电力变换器3具备相互并联连接于直流电源（未图示）的U、V、W的三相变换电路。该各相的变换电路分别具备正侧和负侧的一对开关，在该一对开关之间连接有三相的交流供电路径Iu、Iv、Iw。具体地说，电力变换器3构成为可变电压可变频率型的三相电力变换器。

该电力变换器3在将直流电力变换为三相交流电力时，从控制电路2接受开关指令su*、sv*、sw*，根据该开关指令产生具有被控制的输出电压和被控制的角频率的三相交流电力。开关指令su*、sv*、sw*分别被提供到电力变换器3的U、V、W各相的变换电路，使各变换电路的一对开关以被控制的相位进行接通、断开。

交流旋转机（马达）4是使用了永磁的同步电动机，经由三相的交流供电路径Iu、Iv、Iw连接在电力变换器3。

电流检测器5例如配置在交流供电路径Iu、Iw，检测从电力变换器3流到同步电动机4的交流相电流、即U相电流iu和W相电流iw，使用iu+iv+iw=0的关系来运算剩余的V相电流iv。

电压检测器7检测施加给电力变换器3的输入侧的直流电压Vdc，例如应用检测设置在电力变换器3的输入侧的平滑电容器6的电压的电压传感器。

控制电路2包括与稳态控制时的无传感器矢量控制有关的电路、和与启动控制有关的启动控制电路11。

与稳态控制有关的电路包括：根据转矩指令τ*生成电流指令id*、iq*的电流指令器12；将电流指令id*、iq*变换为电压指令vd*、vq*的电流控制器13；坐标变换器14以及15；根据电压指令vd*、vq*和电流检测值id、iq估计无传感器矢量控制所需的交流旋转机4的旋转速度即旋转角频率的速度运算器17；以及根据旋转角频率的估计值运算估计旋转相位θ′的积分器16。

启动控制电路11除了和与稳态控制有关的电路共同的电路以外，还具备：启动电流指令器18；根据电压指令vd*、vq*和电流检测值id、iq估计运行开始旋转速度、即运行开始旋转角频率的开始速度运算器19；以及根据电流检测值iu、iw设定当开始启动控制时的通电开始旋转相位的开始相位设定器20。

稳态控制和启动控制的切换是用启动控制标志21a以及21b（以后统称为21）来进行。具体地说，用启动控制标志21来进行从电流指令器12和启动电流指令器18向电流控制器13的输入的切换以及从速度运算器17和开始速度运算器19向积分器16的输入的切换。

接着，说明交流旋转机的控制装置1的动作，首先说明稳态控制时的无传感器矢量控制的动作，之后说明启动控制的动作。

根据图2说明交流旋转机的控制装置1的稳态控制时的动作。

交流旋转机的控制装置1的稳态控制以图2的实线的路线来进行。

电流指令器12接受转矩指令τ*来生成电流指令id*、iq*，并将该电流指令id*、iq*提供给电流控制器13。

电流控制器13接受来自电流指令器12的电流指令id*、iq*、以及来自后面说明的坐标变换器15的d轴检测电流id和q轴检测电流iq，产生d轴电压指令vd*和q轴电压指令vq*，使得d轴检测电流id与d轴电流指令id*相等、并且使q轴检测电流iq与q轴电流指令iq*相等。

坐标变换器14是从包含正交的d轴和q轴的旋转二轴坐标向三相时间坐标进行变换的坐标变换器，接受来自电流控制器13的电压指令vd*、vq*、来自后面说明的积分器16的估计旋转相位θ′、以及电压检测器7的电压检测值Vdc，来生成开关指令su*、sv*、sw*。该开关指令su*、sv*、sw*被提供到电力变换器3。

坐标变换器15是从三相时间坐标向包含正交的d轴和q轴的旋转二轴坐标进行变换的坐标变换器，接受来自电流检测器5的检测电流iu、iw、以及来自后面说明的积分器16的估计旋转相位θ′，将其变换为包含正交的d轴和q轴的旋转二轴坐标上的d轴检测电流id和q轴检测电流iq。

积分器16根据速度运算器17所运算出的估计旋转角频率ω′，对该值进行积分而运算出估计旋转相位θ′，并提供给坐标变换器14以及坐标变换器15。

速度运算器17根据旋转二轴坐标上的d轴检测电流id和q轴检测电流iq以及电压指令vd*、vq*，运算出估计旋转角频率ω′并提供给积分器16。

此外，在图2的结构中，为了开始交流旋转机2的运行，作为积分器16的初始值而需要运行开始旋转相位，作为速度运算器17的初始值而需要运行开始旋转角频率。关于该初始值的设定，在以后的启动控制时的动作说明中进行说明。

接着根据图3~图8说明交流旋转机的控制装置1的启动控制时的动作。

交流旋转机的控制装置1的启动控制以图3的实线的路线来进行。

在从电力变换器3停止电力变换动作、交流旋转机4处于失控运转状态时起，启动电力变换器3来开始其电力变换动作，并通过该电力变换器3来启动交流旋转机4时，进行该启动控制。具体地说，启动控制是以从启动了电力变换器3的时间点起的SP[sec]为启动控制期间，以图3的实线的结构进行动作，计算出运行开始旋转相位和运行开始旋转角频率，在启动控制期间结束时间点切换为图2的实线的结构，转移到稳态控制。

这里，SP[sec]是几十毫秒~几百毫秒的期间，在实施方式1中，例如设定为100[msec]。

启动电流指令器18生成启动控制中的电流指令id*、iq*。该电流指令是在启动控制中避免交流旋转机4产生转矩那样的指令值，例如设定为id*=0、iq*=0。但是，关于id*，也可以未必是零。

启动电流指令器18将该电流指令id*、iq*提供给电流控制器13。

电流控制器13接受来自启动电流指令器18的电流指令id*、iq*以及来自坐标变换器15的d轴检测电流id和q轴检测电流iq，产生d轴电压指令vd*和q轴电压指令vq*，使得d轴检测电流id与d轴电流指令id*相等、并且使q轴检测电流iq与q轴电流指令iq*相等。

坐标变换器14接受来自电流控制器13的电压指令vd*、vq*以及来自积分器16的估计旋转相位θ′和电压检测器7的电压检测值Vdc来生成开关指令su*、sv*、sw*。该开关指令su*、sv*、sw*被提供到电力变换器3。

坐标变换器15接受来自电流检测器5的检测电流iu、iw和来自积分器16的估计旋转相位θ′，将其变换为包含正交的d轴和q轴的旋转二轴坐标上的d轴检测电流id、和q轴检测电流iq。

在该启动控制期间SP中，从电力变换器3流到交流旋转机4的交流相电流iu、iv、iw被控制为零，因此在启动控制中不会产生不需要的转矩，能够稳定地启动交流旋转机4。

接着说明提供给坐标变换器14、坐标变换器15的估计旋转相位的运算方法。

开始速度运算器19根据启动控制时的电压指令vd*、vq*和电流检测值id、iq，估计稳态控制的运行开始旋转角频率ω′。通过利用积分器16累计该估计出的运行开始旋转角频率ω′，从而估计出在启动控制中提供给坐标变换器14、15的相位、即交流旋转机的旋转相位。

在交流旋转机4为使用了永磁的同步电动机的情况下，其dq轴上的电压方程式能够用式（1）表示。由此，关于旋转角频率ω以如下方式进行展开时，成为如式（2）、式（3）那样。

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{vd}\\ \mathrm{vq}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}R+\mathrm{sLd}& -\mathrm{\ωLq}\\ \mathrm{\ωLd}& R+\mathrm{sLq}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{id}\\ \mathrm{iq}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}0\\ \mathrm{\ω\φ}\end{array}\right]\·\·\·\left(1\right)$

$\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{vd}=(R+\mathrm{sLd})\mathrm{id}-\mathrm{\ωLqiq}& (*)\\ \mathrm{vq}=\mathrm{\ωLdid}+(R+\mathrm{sLq})\mathrm{iq}+\mathrm{\ω\φ}& (**)\end{array}\right.$

由（*）， $\mathrm{\ω}=\frac{(R+\mathrm{sLd})\mathrm{id}-\mathrm{vd}}{\mathrm{Lqiq}}\·\·\·\left(2\right)$

由（**）， $\mathrm{\ω}=\frac{\mathrm{vq}-(R+\mathrm{sLq})\mathrm{iq}}{\mathrm{Ldid}+\mathrm{\φ}}\·\·\·\left(3\right)$

这里，R是电枢电阻、Ld是d轴分量的电感、Lq是q轴分量的电感、φ是基于永磁的电枢交链磁通、ω是交流旋转机的感应电压的旋转角频率、s是拉普拉斯算子。

由式（2）、式（3），关于旋转角频率ω的运算式存在两个，但是当考虑除零等时，将式（3）用于运算为好。这里，由式（3），通过代替交流旋转机的无负载感应电压vq而使用电压指令vq*，从而能够用式（4）、式（5）估计出与永磁马达的磁铁位置同步地旋转的感应电压的旋转角频率的估计值ω′以及估计旋转相位θ′。

${\mathrm{\ω}}^{\′}=\frac{{\mathrm{vq}}^{*}-(R+\mathrm{sLq})\mathrm{iq}}{\mathrm{Ldid}+\mathrm{\φ}}\·\·\·\left(4\right)$

θ′＝∫ω′dt…(5)

其中，在式（4）中由于式中包含微分项，因此在实际构成控制系统时，考虑噪声等，优选如式（6）那样构成为伪微分。

$s\≅\frac{s}{\mathrm{Ts}+1}\·\·\·\left(6\right)$

但是，式（1）是在正确地知道交流旋转机的相位的情况下的电压方程式。因而，在无传感器控制等无法直接检测出实际的相位的情况下，由于常数误差等而产生估计旋转相位θ′和实际相位的相位误差，有时无法恰当地适用上述式（1）。作为本发明的课题的启动控制也同样，无法适用式（1）。

因此，下面说明在启动控制中有常数误差的情况下也估计实际相位的构造。

在带位置传感器的控制系统的情况下，能够由式（1），用下式运算出用id*=0、iq*=0的指令值进行电流控制时的电压指令值vd*和vq*。

vd*＝0…(7)

vq*＝ωφ…(8)

这里，在以偏移了Δθ的相位进行了电流控制的情况下，控制轴上的电压指令值vd*’、vq*’成为：

vd*'＝ωφsinΔθ…(9)

vq*'＝ωφcosΔθ…(10)

能够通过Δθ=arctan（vd*’/vq*’）进行运算。通过将该Δθ如式（11）那样校正为相位误差来能够估计出实际旋转相位。

θ′＝∫ω′dt+Δθ…(11)

其中，在启动控制中，当进行式（11）的运算时，有时控制系统变得不稳定，难以适用。

因此，利用式（12）通过PI控制运算来运算出Vcmp以使d轴电压指令成为零，并将式（4）变更为如式（13）那样。

Vcmp＝signFR×G_PI(0-vd*)…(12)

其中，signFR=+1：正转指令的情况

－1：反转指令的情况

${\mathrm{\ω}}^{\′}=\frac{{\mathrm{vq}}^{*}+\mathrm{Vcmp}-(R+\mathrm{sLq})\mathrm{iq}}{\mathrm{Ldid}+\mathrm{\φ}}\·\·\·\left(13\right)$

由此，在有常数误差的情况下，也能够用启动控制中的估计旋转角频率ω′估计实际旋转角频率。

图4是将式（12）、（13）适用于开始速度运算器19的框图。

根据电压指令vd*、vq*、检测电流id、iq、电枢交链磁通φ以及交流旋转机4的旋转方向，使用切换器61、加减法器62、65、68、70、PI控制器63、乘法器64、除法器66、比例器67、69、72、以及微分器71来运算出估计旋转角频率ω′。

相位校正的动作表示在图5中。

关于延迟相位的情况，说明与图4的对应。

由式（9），当成为延迟相位（Δθ<0）时，成为vd*<0（图5中步骤111）。由此，经由图4的加减法器62、PI控制器63、乘法器64而成为Vcmp>0（图5中步骤112）。进而，通过图4的加减法器65来加大速度估计运算的分子（图5中步骤113）。由此，通过图4的除法器66运算出的估计速度增加（图5中步骤114）。由此成为估计速度>马达速度（图5中步骤115），从而估计相位向超前相位方向移动（图5中步骤116）。

接着，关于超前相位的情况，说明与图4的对应。

由式（9），当成为超前相位（Δθ>0）时，成为vd*>0（图5中步骤121）。由此，经由图4的加减法器62、PI控制器63、乘法器64而成为Vcmp<0（图5中步骤122）。进而，通过图4的加减法器65来减小速度估计运算的分子（图5中步骤123）。由此，通过图4的除法器66运算出的估计速度减少（图5中步骤124）。由此成为估计速度<马达速度（图5中步骤125），从而估计相位向延迟相位方向移动（图5中步骤126）。

根据图5，在由于常数误差而成为延迟相位的情况下施以校正以使得成为超前相位，相反地如果成为超前相位则施以延迟相位方向的校正。其结果，逐渐消除估计旋转相位和实际旋转相位的差异。

在这样有常数误差的情况下，也能够相对常数误差进行鲁棒性的相位估计。但是需要注意：如式（12）所示，根据旋转方向而Vcmp的校正方向成为相反。

这样根据式（12）、式（13）来构成开始速度运算器19，由此能够相对常数误差进行鲁棒性的启动控制，能够稳定地启动交流旋转机4。

接着说明运行开始旋转相位的估计以及设定方法。

图6中表示开始相位设定器20的结构例的一个例子。在图6所示的开始相位设定器20中，设为根据旋转坐标轴上的电流检测值iu和iw来输出启动控制开始时的通电开始旋转相位的结构。

具体地说，开始相位设定器20包括：比较检测电流值和电流阈值的比较电路82；采样保持电路83；表格参照电路84；切换器81；加减法器85；以及相位调整电路86。比较电路82检测出相电流中的一个相电流超过了电流阈值，并设标志1，经由采样保持电路83，表格参照电路84参照图7的表格，相位调整电路86设定通电开始旋转相位θ0。

接着，根据图7以及图8说明图6所示的开始相位设定器20的动作。

图7（a）是表示交流旋转机4向正转方向旋转的情况下的启动控制刚刚开始后的马达相位和三相交流电流iu、iv、iw的关系的表格。由图7（a），根据三相交流电流iu、iv、iw的符号，能够将启动控制的开始旋转相位分为6个区域。另外，图7（b）是表示交流旋转机4向反转方向旋转的情况下的启动控制刚刚开始后的马达相位和三相交流电流iu、iv、iw的关系的表格。比较图7（a）和图7（b）可知，根据旋转方向而特性不同。另外，该特性的差异具有将启动控制刚刚开始后的马达相位偏移了180度的关系。通过使用该表格的关系，能够以1/6的间隔设定启动控制的通电开始旋转相位θ0，通过以更接近于实际相位的相位来开始启动控制，从而能够降低不需要的转矩。

如图8所示，在A点处开始启动控制（通电），并启动逆变器。此时，启动控制刚刚开始后不知道马达相位，因此控制系统原样地设置通电开始旋转相位（将积分器的累计值设为通电开始旋转相位）。因此，在B点处，估计旋转相位θ′不是真值，而是具有相位误差，因此流过电流。

开始相位设定器20检测三相交流电流中的iu、iw，当在C点处3相中的任一相的相电流成为任意的阈值Ioc0时，设图6的标志1以及2。开始相位设定器20从图7（a）的表格只参照一次通电开始旋转相位θ0，在D点处设为启动控制的开始旋转相位，在积分器16中设定该通电开始旋转相位θ0。

在E点处，电流iv成为阈值Ioc0以上，但是采样保持电路83的输出的标志2不发生变化，因此不进行表格参照。

另外，图7（a）的表格是正转方向的表格，但是在交流旋转机4向反转方向旋转的情况下，利用根据旋转方向而偏移了180度的特性来设为作为校正值相加180度（πrad）的结构。

此外，假设预先通过别的方法已知上述旋转方向。

由此，能够以60度的刻度设定通电开始旋转相位θ0，能够以更接近实际的马达相位的相位开始启动控制，因此能够解决前述课题，并稳定地启动交流旋转机4。

由于能够以60度的刻度设定通电开始旋转相位，因此虽然接近实际的马达相位，但是还没达到完全地一致，残留相位偏移。通过由开始速度运算器19执行图5所示的校正来消除该相位偏移。

在开始相位设定器20中，预先设定比启动控制期间SP[sec]设定得足够短的时间SP0[sec]。在开始相位设定20的处理中，在任一相电流都未到达阈值Ioc0而经过了SP0[sec]的情况下，能够对电流0控制判断为不产生不需要的干扰电流的水平的旋转状态，因此在积分器16中设定相位0，直接继续执行启动控制。作为SP0，例如设为SP的1/10，在该实施方式1的例子中设为10[msec]左右。

这样根据实施方式1，在交流旋转机的控制装置1的启动控制中，能够通过开始相位设定器20根据启动了电力变换器3的时间点起比启动控制时间足够短的时间的期间的电流的举动以60度的刻度的精度来设定通电开始旋转相位，因此具有如下效果：能够降低启动控制刚刚开始后的电流振幅以及转矩冲击，能够可靠且稳定地重启。

另外，在该实施方式1中说明的开始速度运算器19中使用将式（12）、（13）具体化而得到的图5的电路，并将d轴电压控制为零，由此逐渐消除由开始相位设定器20设定的通电开始旋转相位和实际马达相位的差异，具有如下效果：能够相对常数误差进行鲁棒性的启动控制，且能够稳定地启动交流旋转机4。

实施方式2．

下面，根据附图说明本申请发明的实施方式2。图9是本发明的实施方式2的交流旋转机的控制装置41的结构图。图中，对于与图1相同或者相当部分附加相同附图标记。另外，图10、图11是说明开始相位设定器的结构以及动作的图。

在该实施方式2中，控制电路42内的启动控制电路43的开始相位设定器44的结构、动作与实施方式1不同。

该实施方式2的交流旋转机的控制装置41如下地构成：相对于实施方式1的结构，将开始相位设定器44的输入从静止坐标轴上的检测电流值iu、iw变更为旋转坐标上的检测电流id，根据电流检测值id来设定开始启动控制时的通电开始旋转相位。

开始相位设定器44的结构以外与实施方式1相同，因此说明开始相位设定器44的动作。

图10（a）、图10（b）中表示启动控制刚刚开始后的马达相位和检测电流id、iq的关系。

图10（a）表示交流旋转机4为正转的情况、图10（b）表示交流旋转机4为反转的情况。为了稳定地开始启动控制，优选考虑估计旋转角频率的上升来设定启动控制的通电开始旋转相位θ0，以使得在交流旋转机4为正转的情况下成为超前相位、在交流旋转机4为反转的情况下成为延迟相位。

因此，如图11所示，使用切换器91来构成开始相位设定器44的结构，在作为特定相的检测电流id的符号为正的情况下将通电开始旋转相位θ0设定为180度（πrad）、在负的情况下设定为0。

在交流旋转机4为正转的情况下，通过在检测电流id的符号为正时将θ0设定为180度（πrad），积分器从180度（πrad）开始累计，因此必然从超前相位开始启动控制。另外，在交流旋转机4反转的情况下，通过在检测电流id的符号为正时将通电开始旋转相位θ0设定为180度（πrad），必然相对于交流旋转机4的相位以延迟相位开始启动控制。因此，能够减轻转矩冲击而稳定地启动。

由于以180度的刻度设定通电开始旋转相位，因此还残留与实际的马达相位的相位偏移。如在实施方式1中说明那样，通过由开始速度运算器19执行图5所示的校正来消除该相位偏移。

这样根据实施方式2，在交流旋转机的控制装置41的启动控制中，能够通过开始相位设定器44根据从启动了电力变换器3的时间点起比启动控制时间足够短的时间的期间的电流id的举动，设定如下的相位而启动，即，相对于交流旋转机的相位，启动控制的初始相位在交流旋转机的旋转方向为正转方向时成为超前相位、在反转方向时成为延迟相位，因此具有如下效果：能够降低启动控制刚刚开始后的过电流以及转矩冲击的产生，能够可靠且稳定地重启。

实施方式3．

下面，参照附图说明本申请发明的实施方式3。图12是本发明的实施方式3的交流旋转机的控制装置51的结构图。图中，对于与图1相同或者相当部分附加相同附图标记。另外，图13~图15是说明开始相位设定器54的结构以及动作的图。

在该实施方式3中，相对于实施方式1的交流旋转机的控制装置1，在控制电路52内的启动控制电路53中进一步加设了开始相位设定器54，设为能够无冲击地从启动控制切换为通常的无传感器矢量控制的结构。

开始相位设定器54的结构以外与实施方式1相同，因此说明开始相位设定器54的动作。

如在实施方式1中说明那样，通过进行启动控制能够稳定地启动交流旋转机4。但是，在图4所示的开始速度运算器19的结构中，在式（12）的运算中旋转方向和Vcmp的校正方向的符号不同的情况下（即，相对于指令进行反转的情况下），由开始速度运算器19估计出的运行开始旋转相位会包含误差。在将该包含误差的相位设为稳态控制运行开始旋转相位而开始了稳态控制的情况下，流过不需要的转矩电流并产生转矩冲击。在最坏的情况下，成为过大的电流，无法启动稳态控制。

为了解决从该启动控制向稳态控制转移时的问题，新加设开始相位设定器54。

下面，说明该开始相位设定器54的结构、动作。

开始相位设定器54只在启动控制期间SP结束并转移到通常的无传感器矢量控制时的1个控制周期期间Ts内进行动作。

图13中表示通过启动控制进行了电流零控制的情况下的电压指令矢量的关系。为了将旋转过程中的交流旋转机4控制为电流零，从电力变换器3只向马达轴中的Q轴上输出与交流旋转机4的无负载感应电压量相当的电压即可。但是，如图13那样在控制轴从实际的轴偏移了Δθ的状态下进行了电流零控制的情况下，如图13所示，d轴电压指令vd*’和q轴电压指令vq＊’输出到控制轴上。该d轴电压指令vd*’和q轴电压指令vq*’的关系用式（14）、式（15）来表示。

vd*'＝vqsinΔθ…(14)

vq*’＝vqcosΔθ…(15)

因此使用根据启动控制中的电压指令vd*’、vq＊’得到的式（16）来运算相位误差Δθ，如式（17）那样，在通过启动控制所得到的从启动控制向稳态控制转移时的估计旋转相位θ1′上相加相位误差Δθ。这样运算稳态控制的运行开始旋转相位θ1，在积分器16中设定为稳态控制的运行开始旋转相位。

Δθ＝arctan(vd*’/vq*’)…(16)

θ1＝θ1′+Δθ…(17)

图14中表示开始相位设定器54的结构例。

根据电压指令vd*、vq*以及估计旋转相位θ1′，通过加减法器101、除法器102以及运算器103来运算运行开始旋转相位θ1。

接着，在图15中说明该本实施方式3中的启动控制的一系列的动作。

在图15中，关于相位的变化，用虚线表示实际相位，用实线表示估计旋转相位。

该实施方式3的交流旋转机的控制装置51在从逆变器重启到一定时间的期间，在使稳态的无传感器矢量控制进行动作之前，实施在实施方式1中说明的启动控制。

具体的启动方法的动作是：首先在A点处接受运行指令来开始通电，在B点处开始相位设定器20进行动作，在C点处根据通电刚刚开始后的电流设定通电开始旋转相位θ0。

之后，在开始了通电的期间，在启动控制中调整交流电压的振幅以使得交流相电流成为规定的电流振幅，并且根据检测电流和电压指令来估计交流旋转机的旋转角频率和旋转相位。

然后，当向稳态控制转移时，在D点处启动控制标志发生变化，从启动控制向稳态控制进行转移，并且开始相位设定器54进行动作。开始相位设定器54根据从启动控制向稳态控制转移时的估计旋转相位角θ1′和电压指令运算出交流旋转机的实际旋转相位θ1，在E点处设定该θ1。

在进入了稳态控制以后，转矩指令上升。

此外，即使设为在实施方式2的交流旋转机的控制装置41的启动控制电路11中进一步加设了开始相位设定器54的结构，也能够获得与该实施方式3的交流旋转机的控制装置51同样的效果。

这样根据实施方式3，在从交流旋转机的控制装置51的启动控制向稳态控制切换时，即使估计旋转相位和实际旋转相位有差异也能够正确地设定稳态控制运行开始旋转相位，因此能够顺利地进行逆变器的重启。因而具有如下效果：在通电刚刚开始后以及稳态运行刚刚开始后也能够防止产生过大电流、转矩冲击，能够可靠且稳定地重启。

产业上的可利用性

本发明涉及一种使用了永磁的交流旋转同步机的无位置传感器逆变器控制、特别是启动控制，能够广泛适用于交流旋转机的控制装置。

Claims (7)

1.一种交流旋转机的控制装置，具备：

控制电路，根据电流指令产生电压指令，并根据该电压指令产生开关指令；

电力变换器，根据所述开关指令产生振幅和角频率被控制的交流电压；以及

电流检测器，检测流到通过该电力变换器的输出而驱动的交流旋转机的交流相电流，

其中，所述控制电路具备：

启动电流指令器，产生启动时的电流指令；以及

开始相位设定器，根据刚刚启动后的所述交流旋转机的旋转方向以及所述电流检测器所检测出的电流的极性来设定启动控制的初始旋转相位。

2.根据权利要求1所述的交流旋转机的控制装置，其特征在于，

所述开始相位设定器根据刚刚启动后的所述交流旋转机的旋转方向以及所述电流检测器所检测出的各相的电流的极性，从初始估计旋转相位成为超前相位的6种相位中选择并设定为初始旋转相位。

3.根据权利要求1所述的交流旋转机的控制装置，

所述开始相位设定器根据刚刚启动后的所述交流旋转机的旋转方向以及所述电流检测器所检测出的特定相的电流的极性，从初始估计相位成为超前相位的2种相位中选择并设定为初始旋转相位。

4.根据权利要求1~3中的任一项所述的交流旋转机的控制装置，

所述控制电路还具有开始速度运算器，该开始速度运算器是根据所述电流检测器所检测出的电流以及所述电压指令来估计启动时的所述交流旋转机的感应电压的旋转角频率的运算器，该开始速度运算器进行PI控制以使得d轴电压指令成为零。

5.根据权利要求4所述的交流旋转机的控制装置，其特征在于，

所述控制电路还具有在所述启动控制结束并向稳态控制转移时根据启动控制中的二轴电压指令值的比和估计旋转相位计算出稳态控制运行开始相位的开始相位设定器。

6.一种交流旋转机的启动控制方法，执行如下步骤：

第1步骤，根据刚刚启动后的所述交流旋转机的旋转方向以及流到所述交流旋转机的交流相电流的极性来设定启动控制的初始旋转相位而启动驱动所述交流旋转机的电力变换器；以及

第2步骤，进行控制以使得通过由估计所述交流旋转机的感应电压的旋转角频率的运算器进行PI控制使得d轴电压指令成为零来消除旋转相位的误差。

7.一种交流旋转机的启动控制方法，执行如下步骤：

第1步骤，根据刚刚启动后的所述交流旋转机的旋转方向以及流到所述交流旋转机的交流相电流的极性来设定启动控制的初始旋转相位而启动驱动所述交流旋转机的电力变换器；

第2步骤，进行控制以使得通过由估计所述交流旋转机的感应电压的旋转角频率的运算器进行PI控制使得d轴电压指令成为零来消除旋转相位的误差；以及

第3步骤，在启动控制结束并向稳态控制转移时，根据启动控制中的二轴电压指令值的比和估计旋转相位计算出稳态控制运行开始相位。

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