CN103828223B - 电动机矢量控制装置、电动机、车辆驱动系统以及电动机矢量控制方法 - Google Patents

电动机矢量控制装置、电动机、车辆驱动系统以及电动机矢量控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103828223B
CN103828223B CN201180073699.9A CN201180073699A CN103828223B CN 103828223 B CN103828223 B CN 103828223B CN 201180073699 A CN201180073699 A CN 201180073699A CN 103828223 B CN103828223 B CN 103828223B
Authority
CN
China
Prior art keywords
flux
flux demand
generating unit
vector control
motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201180073699.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103828223A (zh
Inventor
横堤良
冈田万基
山崎尚德
加藤将
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of CN103828223A publication Critical patent/CN103828223A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103828223B publication Critical patent/CN103828223B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/28—Arrangements for controlling current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/0003—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control
    • H02P21/0021—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control using different modes of control depending on a parameter, e.g. the speed
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/0085—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation specially adapted for high speeds, e.g. above nominal speed
    • H02P21/0089—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation specially adapted for high speeds, e.g. above nominal speed using field weakening
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/047—V/F converter, wherein the voltage is controlled proportionally with the frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • H02P27/085—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation wherein the PWM mode is adapted on the running conditions of the motor, e.g. the switching frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation

Abstract

本发明提供一种矢量控制装置，所述矢量控制装置包括：矢量控制部，该矢量控制部基于转矩指令及磁通指令并通过矢量控制来运算功率转换器2应输出的输出电压，并基于输出电压生成控制所述功率转换器的PWM信号；第一磁通指令生成部，该第一磁通指令生成部生成非同步PWM模式用的磁通指令；以及第二磁通指令生成部，该第二磁通指令生成部生成同步PWM模式用的磁通指令，在功率转换器的输出频率小于规定值的情况下，将由第一磁通指令生成部生成的磁通指令输入到矢量控制部，在功率转换器的输出频率大于等于规定值的情况下，将由第二磁通指令生成部生成的磁通指令输入到矢量控制部。

Description

电动机矢量控制装置、电动机、车辆驱动系统以及电动机矢量 控制方法
技术领域
本发明涉及电动机矢量控制装置、电动机、车辆驱动系统以及电动机矢量控制方法。
背景技术
使用逆变器对电动机进行矢量控制的技术得到广泛应用(例如，参照下述专利文献1)。该电动机的矢量控制是将旋转坐标系中的磁通分量和转矩分量分开进行管理、控制的技术，近年来在电车的控制中也得以利用。
电车的驱动用逆变器在低速区域使用非同步PWM模式，在该非同步PWM模式中载波频率不依赖于交流输出电压指令的频率。之后，若超过非同步PWM控制的调制比的上限，则使用载波频率为交流电压指令频率的整数倍的同步PWM模式(例如、同步三脉冲模式)，在输出电压饱和且固定在最大值的高速区域使用单脉冲模式。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4065903号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，根据上述现有技术，在非同步PWM模式下，例如进行通过使用规定磁通指令控制来增大输出电压的控制，若超过非同步PWM模式的调制比的上限，则切换为同步PWM模式。另一方面，与非同步PWM模式相比，同步PWM模式(特别是单脉冲模式)中因纹波而引起的谐波损耗变大。因此，如果能减少同步PWM模式的区域，增大非同步PWM模式的区域，就能降低因纹波而引起的谐波损耗，但是在现有技术中，如上所述，由于在非同步模式下通过规定磁通指令控制来提升输出电压，若调制比到达上限则切换为同步PWM模式，因此非同步PWM模式的运行区域有限。由此，存在无法降低因纹波而引起的谐波损耗的问题。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够降低谐波损耗的电动机矢量控制装置、电动机、车辆驱动系统以及电动机矢量控制方法。
解决技术问题所采用的技术方案
为解决上述问题并达到目的，本发明的矢量控制装置对将直流电转换为交流电、并向电动机提供交流电的功率转换器进行控制，其特征在于，包括：矢量控制部，该矢量控制部基于所输入的转矩指令及磁通指令并通过矢量控制来运算所述功率转换器应输出的输出电压，并且基于所述输出电压来生成控制所述功率转换器的PWM信号；第一磁通指令生成部，该第一磁通指令生成部生成非同步PWM模式用的磁通指令；以及第二磁通指令生成部，该第二磁通指令生成部生成同步PWM模式用的磁通指令，在所述功率转换器的输出频率小于规定值的情况下，将由所述第一磁通指令生成部生成的磁通指令输入所述矢量控制部，在所述功率转换器的输出频率大于等于规定值的情况下，将由所述第二磁通指令生成部生成的磁通指令输入所述矢量控制部。
发明效果
根据本发明，起到能够降低谐波损耗这样的效果。
附图说明
图1是表示实施方式1的电动机矢量控制装置的结构例的图。
图2是表示第一磁通指令生成部的结构例的图。
图3是表示实施方式1的调制比与脉冲模式的一个示例的图。
图4是表示实施方式1的磁通指令的一个示例的图。
图5是表示现有技术的调制比与脉冲模式的一个示例的图。
图6是表示现有技术的磁通指令的一个示例的图。
图7是表示具有实施方式1的效果的一个示例与现有技术的比较图。
图8是表示实施方式2的电动机矢量控制装置的第一磁通指令生成部的结构例的图。
图9是表示实施方式3的车辆驱动系统的结构例的图。
具体实施方式
下面基于附图对本发明所涉及的电动机矢量控制装置以及电动机矢量控制方法的实施方式进行详细的说明。另外，本发明并非由该实施方式所限定。
实施方式1
图1是表示本发明所涉及的电动机矢量控制装置的实施方式1的结构例的图。本实施方式的电动机矢量控制装置对驱动并控制交流电动机(电动机)1的功率转换器2进行控制。如图1所示，本实施方式的电动机矢量控制装置包括：矢量控制部3、直流电压检测部4、速度检测部5、电流检测部6、转矩指令生成部10、第一磁通指令生成部11a、第二磁通指令生成部11b、磁通指令选择部11c、以及脉冲模式选择部12。
功率转换器2具备开关元件，该功率转换器2基于从矢量控制部3输入的开关信号，将直流电压转换为交流电压，并提供给交流电动机1。直流电压检测部4检测出施加在功率转换器2上的直流电压，电流检测部6检测出从功率转换器2输出的各相电流。另外，直流电压检测部4可以检测出3相中各相的电流，也可以只检测出最少2相的电流，通过运算计算出剩下1相的电流。此外，速度检测部5检测出交流电动机1的转速。另外，在采用不具备速度检测部5而通过运算来计算出交流电动机1的转速的无速度传感器矢量控制方式的情况下，也可以不具备速度检测部5。
转矩指令生成部10生成转矩指令，并输入至矢量控制部3。矢量控制部3基于从磁通指令选择部11c输入的磁通指令、从转矩指令生成部10输入的转矩指令、由电流检测部6检测到的电流、由速度检测部5检测到的转速、以及交流电动机1的电动机常数，进行控制功率转换器2的矢量控制运算，以使得交流电动机1的发生转矩与所输入的转矩指令相一致。矢量控制部3计算出交流输出电压指令及交流输出电压振幅指令作为矢量控制运算的运算结果，基于所计算出的交流输出电压指令和由脉冲模式选择部12输入的脉冲模式指令并利用PWM控制来生成开关信号，并输出至功率转换器2。功率转换器2基于该开关信号(PWM信号)进行开关元件的功率转换动作，由此来驱动交流电动机1。此外，矢量控制部3向脉冲模式选择部12输出交流输出电压指令的频率(逆变器输出频率)。
对于矢量控制部3中的矢量控制及PWM控制的控制方法，没有特别的限制，可使用通常所使用的控制方法。另外，此处由矢量控制部3来生成开关信号，但并不限于此，也可以另外设置开关信号生成部，由矢量控制部3向开关信号生成部输出交流输出电压指令，而开关信号生成部则基于交流输出电压指令和脉冲模式指令生成开关信号，并输出至功率转换器2。
脉冲模式选择部12基于矢量控制部3的运算结果即交流输出电压振幅指令、由直流电压检测部4检测到的直流电压、以及逆变器输出频率，来确定脉冲模式，并将所确定的脉冲模式作为脉冲模式指令输出至矢量控制部3以及磁通指令选择部11c。关于本实施方式中的脉冲模式的确定方法将在后文中阐述。
另外，在本实施方式中，定义PWM控制中的非同步PWM模式和同步PWM模式这两种模式来作为脉冲模式，其中，非同步PWM模式不依赖于逆变器输出频率，同步PWM模式使载波频率与逆变器输出频率同步，且将载波频率设定为逆变器输出频率的整数倍。而且，关于同步PWM模式，按照载波频率为逆变器输出频率的多少倍来对脉冲模式进行分类，将载波频率为逆变器输出频率的N倍(N为1以上的整数)的脉冲模式称为同步N脉冲模式，对于同步单脉冲模式，通常将其称为单脉冲模式。
第一磁通指令生成部11a运算非同步PWM模式用的磁通指令值，并输出至磁通指令选择部11c。第二磁通指令生成部11b运算同步PWM模式用的磁通指令值，并输出至磁通指令选择部11c。磁通指令选择部11c基于从脉冲模式选择部12输出的脉冲模式指令，选择从第一磁通指令生成部11a输入的磁通指令、以及从第二磁通指令生成部11b输入的磁通指令中的一个，并输出至矢量控制部3。具体而言，在脉冲模式指令为同步PWM模式时，磁通指令选择部11c选择第二磁通指令生成部11b的输出，并输出至矢量控制部3，在脉冲模式指令为非同步PWM模式时，磁通指令选择部11c选择第一磁通指令生成部11a的输出，并输出至矢量控制部3。
图2是表示本实施方式的第一磁通指令生成部11a的结构例的图。如图2所示，本实施方式的第一磁通指令生成部11a包括：规定磁通指令生成部111、弱磁通控制部112、以及低位选择部113。
规定磁通指令生成部111输出规定的额定二次磁通来作为磁通指令。作为该额定二次磁通，一般情况下，在交流电动机1的铁芯没有磁饱和的条件下确保其尽可能大，但对于额定二次磁通的值没有特别的限制。
弱磁通控制部112通过减少磁场磁通并提高旋转数即所谓的弱磁通控制，来生成磁通指令，并输出至低位选择部113。弱磁通控制中，将交流输出电压设为恒定(即调制比恒定)，并减小磁通。以往，通常在交流输出电压达到最大值附近，并转移至单脉冲模式后实施该弱磁通控制，但在本实施方式中，在非同步PWM模式下，当调制比在第一阈值以上时实施弱磁通控制。即，弱磁通控制部112实施调制比为第一阈值的弱磁通控制，并生成磁通指令。作为该第一阈值，将其设定为小于第二阈值的值，该第二阈值是后文中所要阐述的第二磁通指令生成部11b中的调制比的阈值。
作为第一阈值，若将其设定为例如非同步PWM模式下成为过调制的临界值78.5％(0.785)以下的值，则即使额定二次磁通设定为与现有技术相同的值，也能够在不产生过调制的情况下，使非同步PWM模式的区域与现有技术相比得以扩大。也可以设定超过78.5％的值作为第一阈值，但在这种情况下实施与过调制相应的控制。例如，可以应用““AC伺服系统的理论与设计的实际”综合电子出版1990p39～46”上记载的控制方法等。
低位选择部113选择从规定磁通指令生成部111输出的磁通指令、以及从弱磁通控制部112输出的磁通指令中低位的一个，并输出至磁通指令选择部11c。
通过上述动作，第一磁通指令生成部11a能够在调制比小于第一阈值时输出规定磁通控制的磁通指令，在调制比大于等于第一阈值时输出弱磁通控制的磁通指令。
第二磁通指令生成部11b与第一磁通指令生成部11a相同，包括：规定磁通指令生成部111、弱磁通控制部112、以及低位选择部113。第二磁通指令生成部11b中的规定磁通指令生成部111与第一磁通指令生成部11a中的规定磁通指令生成部111相同，输出规定的磁通作为磁通指令。但是，第二磁通指令生成部11b中的规定磁通指令生成部111不输出上述额定二次磁通，而是输出从非同步PWM模式切换为同步PWM模式时的磁通指令来作为规定值。例如，磁通指令选择部11c预先保持所输出的磁通指令，并将从非同步PWM模式切换到同步PWM模式时的由第一磁通指令生成部11a输入的磁通指令通知第二磁通指令生成部11b。另外，规定磁通指令生成部111输出的磁通指令的规定值并不限于此，也可以设为例如预先设定的值。
第二磁通指令生成部11b的弱磁通控制部112实施调制比为第二阈值的弱磁通控制，并生成磁通指令。第二阈值可以是100％，但在这里将第二阈值设为例如95％这样的小于100％的值。此外，第二磁通指令生成部11b的低位选择部113选择从第二磁通指令生成部11b的规定磁通指令生成部111输出的磁通指令、以及从第二磁通指令生成部11b的弱磁通控制部112输出的磁通指令中的低位的一个(较小的一个)，并输出至磁通指令选择部11c。
通过上述动作，第二磁通指令生成部11b能够在调制比小于第二阈值时输出规定磁通控制的磁通指令，在调制比大于等于第二阈值时输出弱磁通控制的磁通指令。另外，图2的结构例只是一个示例，只要是能够实施与第一磁通指令生成部11a及第二磁通指令生成部11b相同的动作的结构即可，并不限于图2的结构例。
此外，第二磁通指令生成部11b使用规定磁通控制和弱磁通控制来进行将调制比抑制为小于第二阈值的控制，但第二磁通指令生成部11b中的磁通控制方法并不限于这些控制方法，只要能进行将调制比抑制为小于第二阈值的控制方法即可。
图3是表示本实施方式的调制比(电压调制比)和脉冲模式的一个示例的图。图4是表示本实施方式的磁通指令的一个示例的图。图3、4中，横轴表示逆变器输出频率。使用图3、4来说明本实施方式的脉冲模式的确定方法。图4示出在进行图3所示的控制时输入到矢量控制部3的磁通指令。另外，将从第一磁通指令生成部11a输出的磁通指令设为第一磁通指令，将从第二磁通指令生成部11b输出的磁通指令设为第二磁通指令。
图3的(A)示出在使用现有技术(例如上述专利文献1所记载的技术)的情况下调制比达到100％时的逆变器输出频率。在现有技术中，在调制比达到100％之前通过规定磁通控制来提高调制比。图3的(B)示出在本实施方式中进行从非同步PWM模式到同步PWM模式的切换时的逆变器输出频率。
在本实施方式中，基于逆变器输出频率从非同步PWM模式切换为同步PWM模式。具体而言，例如，将小于fc/X的区域设为非同步PWM模式，将逆变器输出频率大于等于fc/X的区域设为同步PWM模式。这里，fc表示非同步PWM模式的载波频率，与逆变器输出频率独立地进行设定(例如设定为1kHz等)。X表示从非同步PWM模式向同步PWM模式的切换点的“载波频率fc/逆变器输出频率”。参考交流电动机1的电感特性和逆变器输出频率来确定X的值，以使得在成为同步PWM模式的最小频率的(B)处，因开关而引起的电流纹波、即电流的低次谐波分量在规定的允许值以下。
此外，非同步PWM的载波频率fc设定为使得功率转换器2的开关损耗在允许值以下。即，图3的(B)所示的同步PWM模式的最小频率(模式切换频率)由载波频率fc、同步PWM模式的电流纹波允许值以及电动机的电感特性来决定。另外，作为从非同步PWM模式切换到同步PWM模式的切换条件的逆变器输出频率(模式切换频率)的规定方法并不限于fc/X的形式。
如图3、4所示，在调制比小于第一阈值的区域，使用由第一磁通指令生成部11a的规定磁通指令生成部111生成的磁通指令来进行规定磁通控制，若调制比变为第一阈值以上，则使用由第一磁通指令生成部11a的弱磁通控制部112生成的磁通指令来进行弱磁通控制。
接着，若逆变器输出频率变为fc/X以上，则进行向同步PWM模式的切换，而后，在小于第二阈值的区域，使用由第二磁通指令生成部11b的规定磁通指令生成部111生成的磁通指令来进行规定磁通控制，若调制比变为第二阈值以上，则使用由第二磁通指令生成部11b的弱磁通控制部112生成的磁通指令来进行弱磁通控制。
在同步PWM模式下，可以像上述专利文献1那样，在同步PWM模式内改变脉冲模式，即在调制比小于规定值(上述第二阈值)的情况下设为同步三脉冲模式，在调制比大于等于规定值的情况下设为单脉冲模式等，但对同步PWM模式内的脉冲模式并没有限制。
另外，在本实施方式中，基于逆变器输出频率来进行非同步PWM模式和同步PWM模式的切换，但也可以基于速度检测部5检测到的转速来同样地对非同步PWM模式和同步PWM模式进行切换。
图5是表示现有技术(上述专利文献1所记载的技术)的调制比(电压调制比)和脉冲模式的一个示例的图。图5的调制比31表示现有技术的调制比，虚线的调制比32表示本实施方式的调制比(图3所示的调制比)。图6是表示现有技术(上述专利文献1所记载的技术)的磁通指令的一个示例的图。图6的磁通指令33表示现有技术的磁通指令，虚线的磁通指令34表示本实施方式的调制比(图4所示的磁通指令)。
在现有技术的控制方法中，如图5所示，在调制比达到规定值(例如78.5％)之前进行规定磁通控制，若调制比超过规定值，则向同步PWM模式(同步三脉冲模式)转移。而后，若调制比变为100％，则向单脉冲模式转移，并进行弱磁通控制。由此，在现有技术中，非同步PWM模式的区域被限制在利用规定磁通控制使调制比增加到规定值为止的区间内。
与此不同的是，在本实施方式中，如后文所述，根据逆变器输出频率来确定从非同步PWM模式向同步PWM模式的切换，在逆变器输出频率满足向同步PWM模式切换的切换条件之前设为非同步PWM模式。因此，只要将模式切换频率(fc/X)设定得大于图3所示的调制比为100％时的逆变器输出频率(图5及图3的(A))，则与现有技术相比，本实施方式能够扩大非同步PWM模式的区域。本实施方式中，将模式切换频率设定得大于图3所示的调制比为100％时的逆变器输出频率，从而使得与现有技术相比非同步PWM模式得以扩大。
图7是表示具有实施方式1的效果的一个示例与现有技术的比较图。在图7中，左侧表示现有技术(上述专利文献1所记载的技术)中的损耗，右侧表示本发明申请中的损耗。图7所示的损耗表示在从逆变器输出频率为0的位置开始运行到图3的(B)的位置的逆变器输出频率为止的情况下系统整体的损耗。
在低频区域，与以同步PWM模式驱动的情况相比，具有足够的开关次数的非同步PWM模式能够降低交流电动机1的谐波损耗。因此，在本实施方式中，在低频区域，通过扩大以非同步PWM模式驱动交流电动机1的区域，能够使得与现有技术相比，交流电动机1的谐波损耗得以降低。虽然开关速度的增加会导致功率转换器2的损耗(转换机损耗)增加，但在电动机损耗的降低效果起决定性作用的运行条件下，能够降低系统整体的损耗。
此外，若频率增大则交流电动机1的阻抗增加，因此交流电动机1的高频电流减小，高频损耗也减少。由此，在高于图3的(B)的高速区域，即使采用开关次数较少的同步PWM模式，电动机损耗也不会增加，并能获得降低转换器开关损耗的效果，因而，将磁通指令切换为第二磁通指令来进行运转，以提高调制比。
由此，通过应用本实施方式的矢量控制装置，能够减少电动机的高频损耗，通过使该高频损耗与基波损耗的总和最小化，能够减少电动机整体的损耗，并能抑制冷却性能。由此，能够通过重新修正电动机的冷却翅片形状、冷却风路而实现电动机的小型、轻量化。
另外，可以使用任意元件来作为功率转换器2的开关元件及二极管元件，例如可使用宽带隙半导体。作为宽带隙半导体，可以由例如碳化硅、氮化镓类材料或金刚石等形成。由于利用这种宽带隙半导体形成的开关元件、二极管元件的耐压性较高、容许电流密度也较高，因此可以实现开关元件、二极管元件的小型化，通过使用这种小型化的开关元件、二极管元件，能够实现组装有这些元件的半导体模块的小型化。
此外，由于宽带隙半导体的耐热性也较高，因此可以实现散热器的散热翅片的小型化、水冷部的空气冷却化，从而能够实现半导体模块的进一步小型化。并且，由于功率损耗降低，能够实现开关元件、二极管元件的高效率化，进而能够实现半导体模块的高效率化。
由此，本实施方式包括：生成非同步PWM模式用的磁通指令的第一磁通指令生成部11a，以及生成同步PWM模式用的磁通指令的第二磁通指令生成部11b，第一磁通指令生成部11a生成将调制比抑制在与非同步PWM模式相对应的第一阈值以下的磁通指令。接着，基于逆变器输出频率进行从非同步PWM模式向同步PWM模式的切换。由此，与现有技术相比，能够扩大非同步PWM模式的区域，从而能够减少整体损耗。
实施方式2
图8是表示本发明所涉及的电动机矢量控制装置的实施方式2的第一磁通指令生成部11d的结构例的图。本实施方式的电动机矢量控制装置，除了具备第一磁通指令生成部11d，来替代实施方式1的电动机矢量控制装置的第一磁通指令生成部11a之外，其他结构均与实施方式1的电动机矢量控制装置相同。本实施方式的第一磁通指令生成部11d包括：最优磁通指令生成部21、最大容许磁通指令生成部22、以及低位选择部23。
最优磁通指令生成部生成满足例如国际公开第2008/107992号的图2及其说明所示的损耗最小条件(效率最大条件)的磁通指令。如国际公开第2008/107992号所记载的那样，可以对每个转矩指令求得满足效率最大条件的磁通值。因此，最优磁通指令生成部21预先以函数或表格等形式保持每个转矩指令的满足损失最小条件的磁通来作为特性，而后基于转矩指令和所保持的特性来求出满足效率最大条件的磁通指令。
最大容许磁通指令生成部22根据逆变器输出频率生成可输出的最大磁通指令。例如，可以利用上述专利文献1的权利要求3所记载的最大电压二次磁通指令的计算方法，来生成可输出的最大磁通指令。
低位选择部23从最优磁通指令生成部21所生成的磁通指令和最大容许磁通指令生成部22所生成的磁通指令中选择处于低位的一个，并输出至磁通指令选择部11c。上述内容以外的本实施方式的动作与实施方式1相同。
另外，同样地，也可以具备具有与第一磁通指令生成部11d相同的结构的第二磁通指令生成部11e(未图示)来替代第二磁通指令生成部11b。在这种情况下，第二磁通指令生成部11e的最大容许磁通指令生成部22生成具有比第一磁通指令生成部11d的最大容许磁通指令生成部22要高的调制比的磁通。
此外，第一磁通指令生成部及第二磁通指令生成部的结构不限于以上实施方式1及实施方式2所述的结构，例如，也可以采用上述专利文献1的权利要求1、国际公开第2008/107992号的权利要求1所记载的结构。
此外，也可以采用以下结构：同时具备实施方式1的第一磁通指令生成部11a和本实施方式的第一磁通指令生成部11d，从由第一磁通指令生成部11a生成的磁通指令和由第一磁通指令生成部11d生成的磁通指令中选择低位的一个，并将其输入至磁通指令选择部11c。
如上所述，该结构中具备进行最优磁通控制的第一磁通指令生成部11d。由此，能够获得与实施方式1相同的效果，并且与实施方式1相比，还能够进一步降低损耗。
实施方式3
本实施方式对车辆驱动系统进行说明，该车辆驱动系统应用了实施方式1及实施方式2所说明的矢量控制装置。
图9是表示适用于铁路车辆的作为车辆驱动系统的结构例的图。车辆驱动系统100包括：交流电动机1、功率转换器2、输入电路105以及矢量控制装置106。交流电动机1与图1所示的交流电动机1相同，搭载于铁路车辆。功率转换器2与图1所示的功率转换器2相同，将由输入电路105提供的直流电转换为交流电，并对交流电动机1进行驱动。矢量控制装置106相当于实施方式1及实施方式2所说明的矢量控制装置。
虽然省略了输入电路105的图示，但输入电路105具备开关、滤波电容器、滤波电抗器等，该输入电路105的一端经由集电装置102与架空线101相连接。此外，输入电路105的另一端经由车辆103与具有大地电位的轨道104相连接。该输入电路105接受来自架空线101的直流电或交流电的供给，生成提供给功率转换器2的直流电。
由此，通过将本实施方式的矢量控制装置应用于车辆驱动系统，能够降低系统整体的损耗，并实现小型化。
工业上的实用性
如上所述，本发明所涉及的电动机矢量控制装置、电动机、车辆驱动系统以及电动机矢量控制方法对控制交流电动机的矢量控制装置是有用的，尤其适用于电车中控制交流电动机的矢量控制装置。
标号说明
1 交流电动机
2 功率转换器
3 矢量控制部
4 直流电压检测部
5 速度检测部
6 电流检测部
10 转矩指令生成部
11a、11d 第一磁通指令生成部
11b 第二磁通指令生成部
11c 磁通指令选择部
12 脉冲模式选择部
21 最优磁通指令生成部
22 最大容许磁通指令生成部
100 车辆驱动系统
105 输入电路
106 转矩控制装置
111 规定磁通指令生成部
112 弱磁通控制部
113、23 低位选择部

Claims (10)

1.一种电动机矢量控制装置，是对将直流电转换为交流电、并向电动机提供交流电的功率转换器进行控制的矢量控制装置，其特征在于，包括：
矢量控制部，该矢量控制部基于所输入的转矩指令及磁通指令并通过矢量控制来运算所述功率转换器应输出的输出电压，并且基于所述输出电压来生成控制所述功率转换器的PWM信号；
第一磁通指令生成部，该第一磁通指令生成部生成非同步PWM模式用的磁通指令，在调制比大于等于第一阈值的情况下进行减小所述电动机的磁场磁通并提高旋转数的控制；以及
第二磁通指令生成部，该第二磁通指令生成部生成同步PWM模式用的磁通指令，
在所述功率转换器的输出频率小于比所述调制比为所述第一阈值时的所述输出频率要大的规定值的情况下，将由所述第一磁通指令生成部生成的磁通指令输入到所述矢量控制部，在所述调制比大于等于所述第一阈值且所述功率转换器的输出频率大于等于所述规定值的情况下，将由所述第二磁通指令生成部生成的磁通指令输入到所述矢量控制部。
2.如权利要求1所述的电动机矢量控制装置，其特征在于，
所述规定值是比所述调制比为78.5％时的所述功率转换器的输出频率要大的值。
3.如权利要求1或2所述的电动机矢量控制装置，其特征在于，
所述第一磁通指令生成部在所述调制比小于所述第一阈值时进行规定磁通控制。
4.如权利要求1或2所述的电动机矢量控制装置，其特征在于，
所述第一磁通指令生成部进行基于所述转矩指令来生成满足损耗最小条件的磁通指令的控制。
5.如权利要求3所述的电动机矢量控制装置，其特征在于，
所述第一磁通指令生成部输出以下两个磁通指令中较小的一个：即，由所述规定磁通控制生成的磁通指令；以及利用使得所述调制比成为所述第一阈值而进行的减小所述电动机的磁场磁通并提高旋转数的控制所生成的磁通指令。
6.如权利要求4所述的电动机矢量控制装置，其特征在于，
所述第一磁通指令生成部输出以下两个磁通指令中较小的一个：即，基于所述转矩指令来满足损耗最小条件的磁通指令；以及利用减小所述电动机的磁场磁通并提高旋转数的控制所生成的磁通指令。
7.如权利要求1所述的电动机矢量控制装置，其特征在于，
所述第二磁通指令生成部在所述调制比为大于所述第一阈值的第二阈值以上的情况下，利用减小所述电动机的磁场磁通并提高旋转数的控制，来生成同步PWM模式用的磁通指令。
8.如权利要求7所述的电动机矢量控制装置，其特征在于，
所述第二阈值设为95％以下。
9.一种车辆驱动系统，该车辆驱动系统对电车进行驱动，其特征在于，包括：
如权利要求1、2、7、8中的任一项所述的电动机矢量控制装置；
由所述矢量控制装置控制的功率转换器；
生成作为所述功率转换器的输入的直流电的输入电路；以及
由所述功率转换器来驱动的电动机。
10.如权利要求9所述的车辆驱动系统，其特征在于，
所述功率转换器所具备的开关元件和二极管元件中的至少一个由宽带隙半导体形成。
CN201180073699.9A 2011-09-30 2011-09-30 电动机矢量控制装置、电动机、车辆驱动系统以及电动机矢量控制方法 Active CN103828223B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2011/072644 WO2013046461A1 (ja) 2011-09-30 2011-09-30 電動機のベクトル制御装置、電動機、車両駆動システムおよび電動機のベクトル制御方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103828223A CN103828223A (zh) 2014-05-28
CN103828223B true CN103828223B (zh) 2017-06-23

Family

ID=47994563

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201180073699.9A Active CN103828223B (zh) 2011-09-30 2011-09-30 电动机矢量控制装置、电动机、车辆驱动系统以及电动机矢量控制方法

Country Status (10)

Country Link
US (1) US9246428B2 (zh)
EP (1) EP2763311B1 (zh)
JP (1) JP5503810B2 (zh)
KR (1) KR101565267B1 (zh)
CN (1) CN103828223B (zh)
BR (1) BR112014007114A2 (zh)
CA (1) CA2850294C (zh)
IN (1) IN2014CN02926A (zh)
MX (1) MX2014003619A (zh)
WO (1) WO2013046461A1 (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9007014B2 (en) * 2012-10-19 2015-04-14 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois System and method for compensating for high frequency application of ripple correlation to minimize power losses in induction machines
WO2014174597A1 (ja) * 2013-04-23 2014-10-30 三菱電機株式会社 交流電動機の制御装置
JP6414513B2 (ja) * 2015-06-05 2018-10-31 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 回転電機制御装置
JP6593685B2 (ja) * 2015-07-01 2019-10-23 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 モータ制御装置及び発電機制御装置
KR102088183B1 (ko) * 2015-11-12 2020-03-12 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 모터 제어 장치 및 이것을 이용한 엘리베이터
JP2019170098A (ja) * 2018-03-23 2019-10-03 本田技研工業株式会社 電力変換装置制御システム、モータシステムおよび複合システム
RU2699374C1 (ru) * 2018-07-31 2019-09-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" Устройство управления высоковольтным преобразователем частоты
JP6989574B2 (ja) * 2019-09-25 2022-01-05 本田技研工業株式会社 制御装置、車両システム及び制御方法
CN110138366B (zh) * 2019-06-11 2021-01-05 北京理工大学 一种信号波调制方法及系统
US11923716B2 (en) 2019-09-13 2024-03-05 Milwaukee Electric Tool Corporation Power converters with wide bandgap semiconductors
DE102019126268A1 (de) * 2019-09-30 2021-04-01 Audi Ag Bestimmung der Rotortemperatur einer PSM

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101350586A (zh) * 2007-07-20 2009-01-21 奇瑞汽车股份有限公司 全数字交流电机控制中时间延迟补偿方法及其控制装置
CN102075131A (zh) * 2011-01-22 2011-05-25 福州大学 同步电动机容错运行时低速及零速转子位置观测方法及装置
CN102130653A (zh) * 2010-01-14 2011-07-20 通用汽车环球科技运作有限责任公司 使用零电流偏差值消除来控制电动马达的方法和系统

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06343201A (ja) 1993-04-09 1994-12-13 Fuji Electric Co Ltd 電気自動車の電気システム
ZA949795B (en) * 1993-12-17 1995-08-18 Hitachi Ltd Electric power conversion equipment.
JPH10174484A (ja) * 1996-12-10 1998-06-26 Zexel Corp 直流ブラシレスモータ駆動装置
JP3346223B2 (ja) * 1997-06-10 2002-11-18 株式会社日立製作所 モータ制御方法及びモータ制御システム
JP2003033097A (ja) 2001-07-17 2003-01-31 Sanken Electric Co Ltd 同期電動機の制御装置及び制御方法
US6924617B2 (en) 2003-06-23 2005-08-02 General Motors Corporation Position sensorless control algorithm for AC machine
JP4380247B2 (ja) 2003-08-25 2009-12-09 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 電動駆動制御装置、電動駆動制御方法及びプログラム
JP2010104234A (ja) 2003-09-03 2010-05-06 Toshiba Corp 電気車制御装置
JP4715576B2 (ja) 2006-03-22 2011-07-06 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 電動駆動制御装置及び電動駆動制御方法
WO2008004294A1 (fr) 2006-07-06 2008-01-10 Mitsubishi Electric Corporation Dispositif de commande de vecteur de moteur à induction, procédé de commande de vecteur de moteur à induction, et dispositif de commande d'entraînement de moteur à induction
ES2384001T3 (es) 2007-03-08 2012-06-28 Mitsubishi Electric Corporation Controlador de vehículo eléctrico
EP2194643B1 (en) * 2007-09-25 2014-03-05 Mitsubishi Electric Corporation Controller for electric motor
US8497648B2 (en) 2008-05-30 2013-07-30 Panasonic Corporation Synchronous electric motor drive system
JP4985723B2 (ja) * 2009-07-27 2012-07-25 三菱電機株式会社 空気調和機
JP5252229B2 (ja) * 2009-10-02 2013-07-31 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 電動機駆動装置の制御装置
WO2011111175A1 (ja) * 2010-03-09 2011-09-15 三菱電機株式会社 パワー半導体モジュール、電力変換装置および鉄道車両

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101350586A (zh) * 2007-07-20 2009-01-21 奇瑞汽车股份有限公司 全数字交流电机控制中时间延迟补偿方法及其控制装置
CN102130653A (zh) * 2010-01-14 2011-07-20 通用汽车环球科技运作有限责任公司 使用零电流偏差值消除来控制电动马达的方法和系统
CN102075131A (zh) * 2011-01-22 2011-05-25 福州大学 同步电动机容错运行时低速及零速转子位置观测方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP2763311B1 (en) 2017-12-20
CA2850294A1 (en) 2013-04-04
US9246428B2 (en) 2016-01-26
BR112014007114A2 (pt) 2017-04-11
IN2014CN02926A (zh) 2015-07-03
CA2850294C (en) 2016-07-05
KR20140066196A (ko) 2014-05-30
JP5503810B2 (ja) 2014-05-28
EP2763311A1 (en) 2014-08-06
KR101565267B1 (ko) 2015-11-02
EP2763311A4 (en) 2016-01-13
MX2014003619A (es) 2014-06-05
WO2013046461A1 (ja) 2013-04-04
JPWO2013046461A1 (ja) 2015-03-26
CN103828223A (zh) 2014-05-28
US20140232307A1 (en) 2014-08-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103828223B (zh) 电动机矢量控制装置、电动机、车辆驱动系统以及电动机矢量控制方法
Lee et al. Torque ripple reduction in DTC of induction motor driven by three-level inverter with low switching frequency
CN104702107B (zh) 转换器电路、电动机驱动控制装置、空气调节器、冰箱
CN105432009B (zh) 电动机驱动控制装置、压缩机、送风机以及空气调节装置
CN105247769B (zh) 电力转换装置、电动机驱动控制装置、压缩机、鼓风机和空调机
CN104756381B (zh) 功率转换装置
CN108713285B (zh) 功率转换装置
CN105493375A (zh) 用于感应式能量传输的设备和用于运行用于感应式能量传输的设备的方法
CN102763321A (zh) 电动机驱动装置的控制装置
EP3081429A1 (en) Control method for integrated electric drive and charger apparatus for a grid enabled vehicle
KR101590211B1 (ko) 고압 인버터 시스템
EP3006257A1 (en) Control method for charger apparatus for an electric vehicle
CN106533208A (zh) 直流电源装置和空调机
WO2013076937A1 (ja) 交流変換回路
Na et al. A soft-switched modulation for a single-phase quasi-Z-source-integrated charger in electric vehicle application
Satheesh et al. Novel SVPWM algorithm for open end winding induction motor drive using the concept of imaginary switching times
JP2017163647A (ja) 電磁界共振ワイヤレス給電方法及び給電システム
CN112865658B (zh) 一种变频变拓扑调速电机控制系统
CN110429793B (zh) 四象限运行电磁离合器及其运行控制方法
CN102437812A (zh) 一种异步电动机变频调速的动态磁链控制方法
JP5836413B2 (ja) 電動機のベクトル制御装置および車両駆動システム
US20130076187A1 (en) 5-phase alternating current induction motor and inverter system
CN107070359A (zh) 一种变频空调机pam回路控制方法
CN110784136B (zh) 自励变励磁电压变发电电压的开关磁阻发电机变流系统
CN213937741U (zh) 基于三相耦合电感的无桥pfc电路

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant