CN104956586A - 失步检测方法和电力转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在进行同步电动机的驱动控制的电力转换装置中，不使用位置检测器的、不受噪声影响的可靠性高的失步检测方法。电力转换装置包括将直流电力转换为交流电力的转换电路；PWM控制器，其基于电压指令输出用于控制所述转换电路的接通、关断的转换控制信号；检测同步电动机中流动的电流的电流检测器；轴偏差推算器，其基于该电压指令和所述电流检测器检测出的电流来推算控制轴与该同步电动机的转子磁极轴的轴偏差；频率成分提取器，其提取所述轴偏差推算器推算出的轴偏差的任意的频率成分；和失步判断部，其基于所述频率成分提取器提取的频率成分判断是否失步。

Description

失步检测方法和电力转换装置
技术领域
本发明涉及不使用旋转位置检测器的同步电动机驱动控制中的失步检测方法和电力转换装置。
背景技术
以永磁体同步电动机为代表的同步电动机的驱动中，需要根据同步电动机的转子磁极位置控制电流，在该控制中使用电力转换装置。对于上述驱动控制而言转子磁极位置信息不可或缺，一般使用位置检测器检测转子磁极位置。但是，因位置检测器的价格和环境耐性等问题，近年来，提出了根据同步电动机的电压或电流等推算转子磁极位置，驱动同步电动机的各种方法。
在同步电动机的驱动中，因急剧的负载变动等原因而发生控制轴与转子磁极轴不同步旋转的状态、即失步的情况下，陷入不能进行驱动控制的状态，因此要求使电力转换装置迅速停止。此时，使用位置检测器的情况下，能够进行驱动控制来防止失步，能够容易地检测失步的发生。但是，未使用位置检测器的情况下，难以进行驱动控制来彻底防止失步，难以检测失步的发生。
关于不使用位置检测器而检测失步的方法，例如有专利文献1中记载的方法。在专利文献1中，公开了“在用于进行无传感器控制的永磁体型同步电动机的控制装置中，包括使用电动机的端子电压等效值、与电枢电流成比例的电枢电阻电压降运算值和电枢反作用磁通运算值、与电枢电流的时间微分值成比例的过渡电压运算值、以及速度运算值来计算扩展感应电压的扩展感应电压运算器；根据扩展感应电压计算其角度的角度运算器；对扩展感应电压的角度进行放大而求出速度运算值的速度运算器；对速度运算值进行放大而求出磁极位置运算值的磁极位置运算器；和根据扩展感应电压的角度检测失步的失步检测器”(说明书摘要)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-278595号公报
非专利文献
非专利文献1：坂本洁、岩路善尚、远藤常博，“通过轴偏差的直接推算进行的永磁体同步电动机的无位置传感器控制”，平成12年日本电气学会产业应用部门全国大会论文集[III]，No.97，p.963-966，日本平成12年8月(坂本潔、岩路善尚、遠藤常博、「軸誤差の直接推定演算による永久磁石同期モータの位置センサレス制御」、平成12年電気学会産業応用部門全国大会論文集[III]、No.97、p.963－966、平成12年8月)
发明内容
发明要解决的课题
专利文献1中公开的失步检测方法，例如在因电枢电流检测值上叠加的噪声的影响，扩展感应电压的角度瞬时地跳跃，超过了规定阈值的情况下误检测出失步。此外，为了排除上述噪声的影响而使用低通滤波器等时，发生扩展感应电压的角度高频地脉动这样的失步的情况下，存在不能检测出失步的可能性。
于是，本发明的目的在于提供一种在进行同步电动机的驱动控制的电力转换装置中，不使用位置检测器的、不受噪声影响的可靠性高的失步检测方法和电力转换装置。
用于解决课题的技术方案
电力转换装置包括：将直流电力转换为交流电力的转换电路；PWM控制器，其基于电压指令输出用于控制所述转换电路的接通、关断的转换控制信号；检测同步电动机中流动的电流的电流检测器；轴偏差推算器，其基于该电压指令和所述电流检测器检测出的电流来推算控制轴与该同步电动机的转子磁极轴的轴偏差；频率成分提取器，其提取所述轴偏差推算器推算出的轴偏差的任意的频率成分；和失步判断部，其基于所述频率成分提取器提取的频率成分判断是否失步。
发明效果
根据本发明，能够提供一种在进行同步电动机的驱动控制的电力转换装置中，不使用位置检测器的、不受噪声影响的可靠性高的失步检测方法和电力转换装置。
附图说明
图1是本发明的实施例1的电力转换装置的实施方式结构的一例。
图2是正常时和失步时的控制轴与转子磁极轴的关系的一例。
图3是正常时和失步时的轴偏差和轴偏差中的施加电压频率的整数倍成分波形的一例。
具体实施方式
以下使用附图说明本发明的实施例。其中，在以下的说明中，对各图中共用的构成要素分别附加相同的符号，省略对它们的重复说明。
实施例1
图1是实施例1的电力转换装置的实施方式结构的一例。
从三相交流电源1输入来的三相交流电压被整流电路(switchingcircuit)2整流，被平滑电路3平滑。
转换电路4将被平滑电路3平滑后的电压、即直流电压转换为三相交流电压，对三相交流同步电动机6施加。
PWM控制器7输出控制转换电路4的接通、关断的转换控制信号来对三相交流同步电动机6施加基于电压指令的电压。
电流检测器5检测三相交流同步电动机6中流动的三相交流电流。也可以仅检测两相，因为三相交流的总和为零，所以计算出剩余的一相。此外，还可以在平滑电路3的正极侧或负极侧设置分流电阻，根据该分流电阻中流动的电流推算三相交流电流。
轴偏差推算器8根据电压指令和检测电流推算控制轴与三相交流同步电动机6的转子磁极轴的轴偏差。关于根据电压指令和检测电流推算轴偏差的方法，例如有非专利文献1中记载的方法。在非专利文献1中，根据永磁体同步电动机的数学模型直接求出感应电压，根据该感应电压推算轴偏差。
频率成分提取器10提取推算轴偏差的任意的频率成分。任意的频率成分例如能够通过傅立叶转换而提取。提取的频率成分也可以是多个频段。此外，也可以使提取的频率成分的频段依赖于三相交流同步电动机6的驱动控制状态、例如控制轴的旋转频率而变化。
失步判断部9使用提取频率成分和预先设定的阈值进行失步的判断，输出失步信号。其中，也可以使阈值依赖于三相交流同步电动机6的驱动状况、例如频率或电压、电流等而变化。而且，也可以根据从外部输入来的信号和设定而变化。存在多个提取频率成分的情况下，也可以对其分别设定阈值，根据至少一个以上的组合判断为失步。
对PWM控制器7输入失步信号时，PWM控制器7使转换电路4的所有开关强制关断，切断转换电路4的输出或输出警报信息。其中，转换电路4的输出切断和警报信息的输出至少进行其中一方即可。
图2是正常时和失步时的控制轴与转子磁极轴的关系的一例。
正常时，控制轴与转子磁极轴以对三相交流同步电动机6施加的电压的频率同步旋转。另一方面，失步时，因为三相交流同步电动机6的旋转停止，所以转子磁极轴也停止，仅有控制轴以对三相交流同步电动机6施加的电压的频率旋转。
图3是正常时和失步时的轴偏差和轴偏差中的施加电压频率的整数倍成分波形的一例。
正常时，因为控制轴与转子磁极轴一致地同步旋转，所以轴偏差为零。另一方面，失步时的轴偏差以施加电压频率的整数倍脉动，所以其频率成分具有零以外的一定值。
从而，用频率成分提取器10提取推算轴偏差中的电压指令频率的整数倍成分，通过用失步判断部9与设定阈值进行比较，能够检测出失步。
此外，如图3所示，失步时的轴偏差中的施加电压频率的整数倍成分具有零以外的一定值。因此，即使对提取频率成分使用排除高频成分的低通滤波或移动平均等，也能够仅排除噪声等失步检测中不需要的频率成分，能够进行稳定的失步检测。
进而，因为能够检测出失步，所以也能够防止因失步导致的不能进行驱动控制的状态的持续。
此外，本发明不限定于上述实施例，包括各种变形例。例如，上述实施例是为了易于理解地说明本发明而详细说明的，并不限定于必须具备说明的所有结构。
此外，上述各结构、功能、处理部、处理单元等的一部分或全部，例如能够通过集成电路设计等而用硬件实现。此外，上述各结构、功能等，也能够通过处理器解释、执行实现各功能的程序而用软件实现。实现各功能的程序、表、文件等信息，能够保存在存储器、硬盘、SSD(Solid State Drive：固态硬盘)等记录装置、或者IC卡、SD卡、DVD等记录介质中。
此外，控制线和信息线示出了认为说明上必要的，并不一定示出了产品上所有的控制线和信息线。实际上也可以认为几乎所有结构都相互连接。
附图标记说明
1  三相交流电源
2  整流电路
3  平滑电路
4  转换电路
5  电流检测器
6  三相交流同步电动机
7  PWM控制器
8  轴偏差推算器
9  失步判断部
10  频率成分提取器。

Claims (12)

1.一种电力转换装置，其特征在于，包括：
将直流电力转换为交流电力的转换电路；
PWM控制器，其基于电压指令输出用于控制所述转换电路的接通、关断的转换控制信号；
检测同步电动机中流动的电流的电流检测器；
轴偏差推算器，其基于该电压指令和所述电流检测器检测出的电流来推算控制轴与该同步电动机的转子磁极轴的轴偏差；
频率成分提取器，其提取所述轴偏差推算器推算出的轴偏差的任意的频率成分；和
失步判断部，其基于所述频率成分提取器提取的频率成分判断是否失步。
2.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：
所述频率成分提取器提取的轴偏差的频率成分是控制轴的旋转频率的整数倍。
3.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：
在所述失步判断部判断为是失步状态的情况下，切断所述转换电路的输出。
4.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：
在所述失步判断部判断为是失步状态的情况下，所述PWM控制器将所述转换电路的所有开关关断而切断输出。
5.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：
在所述失步判断部判断为是失步状态的情况下，所述PWM控制器输出警报信息。
6.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：
所述失步判断部基于所述频率成分提取器提取的频率成分和预先设定的阈值来判断是否失步。
7.一种失步检测方法，其特征在于，包括：
检测同步电动机中流动的电流的电流检测工序；
轴偏差推算工序，基于电压指令和所述电流检测工序中检测出的电流来推算控制轴与该同步电动机的转子磁极轴的轴偏差；
频率成分提取工序，提取所述轴偏差推算工序中推算的轴偏差的任意的频率成分；和
失步判断工序，基于所述频率成分提取工序中提取的频率成分判断是否失步。
8.如权利要求7所述的失步检测方法，其特征在于：
所述频率成分提取工序中提取的轴偏差的频率成分是控制轴的旋转频率的整数倍。
9.如权利要求7所述的失步检测方法，其特征在于：
在所述失步判断工序中判断为是失步状态的情况下，切断对该同步电动机的输出。
10.如权利要求7所述的失步检测方法，其特征在于：
在所述失步判断工序中判断为是失步状态的情况下，将转换电路的所有开关关断而切断对该同步电动机的输出。
11.如权利要求7所述的失步检测方法，其特征在于：
在所述失步判断工序中判断为是失步状态的情况下，输出警报信息。
12.如权利要求7所述的失步检测方法，其特征在于：
在所述失步判断工序中，基于所述频率成分提取工序中提取的频率成分和预先设定的阈值来判断是否失步。
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