CN105814790B

CN105814790B - 电力转换装置

Info

Publication number: CN105814790B
Application number: CN201380079078.0A
Authority: CN
Inventors: 荒尾祐介; 杉本卓也
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2013-12-24
Filing date: 2013-12-24
Publication date: 2018-10-02
Anticipated expiration: 2033-12-24
Also published as: JP6286450B2; CN105814790A; EP3089354A4; JPWO2015097734A1; EP3089354B1; WO2015097734A1; EP3089354A1

Abstract

根据指令电压相位和基于其产生的电流相位判断失步，所以不受到在低速区间中减小的感应电压的影响，并且也不受到负载引起的电流变动的影响，因此能够稳定地检测失步。电力转换装置包括：使直流电压平滑化的直流电压单元；将直流电压转换成交流电压的电力转换单元；获取上述电力转换单元中流过的电流的电流获取单元；基于上述电流获取单元中获取的电流计算上述电力转换单元的输出电压的输出运算单元；和判断与上述电力转换单元连接的同步电动机的失步的失步判断单元，上述失步判断单元基于上述电流获取单元获取的电流中的电流相位、以及上述输出运算单元计算出的输出电压中的电压相位的相位差判断上述同步电动机的失步。

Description

电力转换装置

技术领域

本发明涉及电力转换装置中的失步检测功能。

背景技术

作为本技术领域的背景技术，有日本专利4167863号公报(专利文献1)。该公报中记载了：“在具有将直流电压转换成三相交流电压驱动同步电动机的逆变器电路、检测同步电动机中流过的电流的电流检测单元、按照指令速度进行控制处理的控制电路、以及驱动上述逆变器电路的驱动器的同步电动机的控制装置中，上述控制电路包括：根据由上述电流检测单元检测出的电动机电流计算励磁电流的坐标转换单元；励磁电流指令发生单元；使用电动机常数设定值、励磁电流指令和上述励磁电流决定逆变器电路的输出电压的电压指令发生单元；和以励磁电流指令与上述励磁电流一致的方式生成修正后发电常数的发电常数修正运算单元，上述发电常数是决定电动机旋转时产生的感应电压的常数，对上述修正后发电常数与预先设定的规定值进行比较而检测上述同步电动机的失步。”。

专利文献1：日本专利第4167863号公报

发明内容

发明要解决的课题

作为检测同步电动机的失步的方法，在专利文献1的公开内容中，使用同步电动机的感应电压进行，因此在起动时或速度较低的情况下，在因磁体的旋转而产生的感应电压较小的状态下，存在检测变得困难的可能性。本发明的目的在于提供一种特别在感应电压较小的低速区间中也稳定地检测失步的电力转换装置。

用于解决课题的方法

为了解决上述课题，例如采用权利要求书中记载的结构。本申请包括多种解决上述课题的手段，举其一例，特征在于，包括：直流电压单元，其使直流电压平滑化；电力转换单元，其将直流电压转换成交流电压；电流获取单元，其获取流过所述电力转换单元的电流；输出运算单元，其根据所述电流获取单元中获取的电流计算所述电力转换单元的输出电压；和失步判断单元，其判断与所述电力转换单元连接的同步电动机的失步，所述失步判断单元基于所述电流获取单元获取的电流中的电流相位、与所述输出运算单元计算出的输出电压中的电压相位的相位差判断所述同步电动机的失步。

发明效果

根据本发明，因为根据指令电压相位和基于其产生的检测电流相位判断失步，所以能够不受到在低速区间减小的感应电压的影响，稳定地检测失步。

上述以外的课题、结构和效果，通过以下实施方式的说明而明确。

附图说明

图1是实施例1～3中的电力转换装置的结构图的例子。

图2是示出了实施例1中的失步判断单元的判断动作的流程图的例子。

图3是示出了实施例1中的失步判断状态的电流和电压相位的图的例子。

图4是示出了实施例1～3中判断失步的流程图的例子。

图5是示出了实施例2中的失步判断单元的判断动作的流程图的例子。

图6是示出了实施例2中的失步判断状态的电流相位的图的例子。

图7是示出了实施例3中的失步判断单元的判断动作的流程图的例子。

图8是示出了实施例3中的失步判断状态的电流和电压相位的图的例子。

图9是示出了实施例1～3中判断为失步之后的动作的流程图的例子。

符号说明

101……三相交流电压，102……直流转换单元，103……平滑电容器，104……电力转换单元，105……同步电动机，106……电流检测器，107……电流获取单元，108……输出运算单元，109……失步判断单元，110……显示操作单元，111……存储单元

具体实施方式

以下，用附图说明实施例。

实施例1

在本实施例中，说明与同步电动机的失步相关的检测例和检测后的动作例。图1是本实施例的电力转换装置和同步电动机105的结构图的例子。在本实施例中，具有三相交流电源101、直流转换单元102、平滑电容器103、电力转换单元104、同步电动机105、电流检测器106、电流获取单元107、输出运算单元108、失步判断单元109、显示操作单元110、存储单元111。

三相交流电源101例如是从电力公司供给的三相交流电压或从发电机供给的交流电压，对直流转换单元102输出。

直流转换单元102例如用由二极管构成的直流转换电路或使用IGBT和续流二极管的直流转换电路构成，将从三相交流电源101输入的交流电压转换成直流电压，输出至平滑电容器103。图1中示出了由二极管构成的直流转换单元。

平滑电容器103使从直流转换单元102输入的直流电压平滑化，对电力转换单元104输出直流电压。例如在发电机的输出是直流电压的情况下，平滑电容器103也可以不经由直流转换单元102，直接从发电机输入直流电压。

电力转换单元104例如由使用IGBT和续流二极管的交流转换电路构成，以平滑电容器103的直流电压、以及输出运算单元108的输出指令作为输入，将直流电压转换成交流电压，输出至同步电动机105。

电流检测器106例如由霍尔CT或分流电阻构成，通过配置在电力转换装置的输出单元而检测同步电动机105中流过的电流，作为电流检测值输出至电流获取单元107。电流检测器106只要配置在能够推测、或者直接检测三相的输出电流的场所，就可以配置在任意的位置。图1中，示出了检测同步电动机105中流过的电流的例子。

电流获取单元107将从电流检测器106输入的电流检测值转换成例如以磁体轴为d轴、以与其正交的轴作为q轴的二轴坐标系的电流数据Id、Iq，输出至输出运算单元108、失步判断单元109。电流检测单元107输出的数据无论是三相电流，还是换算为直流电流，只要能够计算电流的相位即可。

输出运算单元108以电流获取单元107输出的电流数据、失步判断单元109输出的失步判断状态后动作、以及来自显示/操作单元110的运转指令作为输入，例如以能够将同步电动机的转矩特性控制成最优的方式计算输出电压，并转换成例如以磁体轴作为d轴、以与其正交的轴作为q轴的二轴坐标系的输出电压数据Vd*、Vq*，输出至电力转换单元104和失步判断单元109。

失步判断单元109以电流获取单元107获取的电流数据例如Id和Iq、输出运算单元108计算出的输出电压数据例如Vd*和Vq*作为输入，例如以磁体轴为基准相位，计算获取电流的相位δI和输出电压的δV，对失步判断状态进行判断。对于失步判断状态的判断方法，在后文中详细说明。失步判断单元109从存储单元111获取失步后的动作，在判断为失步之后，对输出运算单元108输出失步后的动作。

显示操作单元110例如由操作盘的操作面板或者与电力转换装置连接的操作单元这样的用户界面构成，对存储单元111输出操作者所选的失步后的动作。另外，显示操作单元110例如对于从失步判断单元109输入的失步判断状态警告显示当前为失步判断状态。

存储单元111例如由EEPROM或RAM等构成，将从显示操作单元110输入的失步后动作数据作为输入存储，对失步判断单元109输出失步后动作数据。

接着说明本实施例的失步检测原理。

稳定状态下的永磁体同步电动机的模型中，以下的(数1)成立。

[数1]

(数1)

此处，R：同步电动机的电阻值，Ld：同步电动机的d轴电感值，Lq：同步电动机的q轴电感值，ω：转速，Id：d轴电流，Iq：q轴电流，Ke：同步电动机的感应电压系数，Vd：d轴电压，Vq：q轴电压。

例如，输出运算单元108在计算要输出的电压时基于(数1)，例如如(数2)所示地计算电压。

[数2]

(数2)

此处，ω*：转速指令，Id*：d轴电流指令，Iq*：q轴电流指令，Vd*：d轴电压指令，Vq*：q轴电压指令。

同步电动机105在失步的情况下，如果旋转停止则不产生感应电压。在(数1)中，认为转速几乎为0，能够如(数3)那样地近似。但是，在同步电动机105中，因为存在来自电力转换装置的输出，所以(数3)的左边与右边不完全一致。

[数3]

(数3)

(数3)的状态表示电流和电压的比率是大致相同的比例，存在电力转换装置的输出的情况下，根据输出电压，检测电流与输出电压的关系成为(数4)所示的状态。

[数4]

(数4)

电流相位δI以d轴为基准轴，按照(数5)计算。

[数5]

(数5)

电压相位δV以d轴为基准轴，按照(数6)计算。

[数6]

(数6)

即，电流相位和电压相位的关系成为(数7)。

[数7]

δV≌δI (数7)

本实施例利用该状态检测失步。

图2是实施例1中失步判断单元109判断失步之前的流程图。电力转换装置起动后总是进行该流程图的判断。图3是实施例1中的相位的关系图。

失步判断单元109例如分别从电流获取单元107获取Id、Iq，从输出运算单元108获取Vd*、Vq*(S201)。失步判断单元109用(数5)(数6)求取各相位δI和δV，基于δI和δV用(数8)计算相位差Δ(S202)。

[数8]

Δ＝δV-δI (数8)

失步判断单元109判断相位差Δ是否进入了规定范围、例如±30°(相位A＝-30°，相位B＝30°)的范围内(S203)，进入了范围内的情况下判断为是失步判断状态(1)(S204)，在范围外的情况下继续进行监视。

图4示出了进行了失步判断的情况下的失步判断单元109的动作。

失步判断单元109判断是否是失步判断状态(S301)，如果是失步判断状态则使计时器逐渐增加(S302)，如果不是失步判断状态则使计时器清零并返回失步判断状态判断(S303)。失步判断单元109判断计时器是否达到了规定的判断时间以上(S304)，例如达到5秒以上的情况下，判断为失步，从存储单元111读取预先设定的失步后动作的设定值(S305)。如果计时器在规定的秒数以内，则失步判断单元109再次监视失步判断状态。这是为了在误检测出失步判断状态的情况下，避免电力转换装置进行误动作，也可以在刚刚被判断为失步判断状态之后从存储单元111读取预先设定的失步后动作的设定值。失步判断单元109对输出运算单元108指示失步后的动作(S306)。

图9是示出了接收到来自失步判断单元109的指令之后的输出运算单元108的动作的流程图。

输出运算单元108从存储单元111获取失步后动作设定(S901)，判断设定值是进行输出切断，还是进行重新起动(S902)，如果是进行输出切断，则将输出切断指令输出至电力转换单元104(S903)，如果是进行重新起动，则对电力转换单元104输出重新起动指令。

其中，在本发明中，特别在从起动直到无传感器矢量控制的速度较低的区间(例如，基本频率的10％以下的速度)中也能够稳定地进行失步检测这一点是有效的。进行传感器矢量控制的速度的区间中的失步检测，也可以切换控制用其他方式进行。另外，也可以在进行无传感器矢量控制的速度的区间中也继续应用本发明的失步检测方式。

实施例2

在本实施例中对于与实施例1共通的部分用相同的符号进行说明，对于不同的部分详细说明。本实施例的结构与实施例1中说明的图1相同，具有三相交流电源101、直流转换单元102、平滑电容器103、电力转换单元104、同步电动机105、电流检测器106、电流获取单元107、输出运算单元108、失步判断单元109、显示操作单元110、存储单元111。

接着说明本实施例的失步检测原理。

图6是示出了本实施例的失步判断状态的相位关系的图。例如，设同步电动机的规定的转矩特性是同步电动机的额定电流的200％的情况下，例如在以磁体轴作为d轴、以与其正交的轴作为q轴的二轴坐标系的电流数据Id、Iq中，贡献于转矩的电流Iq在动力运转转矩下成为200％以上或者在再生转矩下成为-200％以下的状态成为控制范围外，所以能够判断为异常。例如设(数2)中的Iq*的最大电流值IqL为200％、Id*的最大指令值IdL为10％时，相位的最大δIL是约87°，电流相位δI例如进入了87°至180°的范围内的情况下，判断为失步判断状态。

上述决定方法的例子是一例，只要存在能够判断为失步的相位范围即可，可以设定为任意的范围。

本实施例利用该状态检测失步。图5是实施例2中失步判断单元109判断失步之前的流程图。

失步判断单元109例如从电流获取单元107获取Id、Iq(S501)。失步判断单元109用(数5)求取相位δI(S502)。失步判断单元109例如将图5的相位C设定为87°、将相位D设定为180°，判断相位δI是否进入了相位C和相位D的范围内(S503)，如果进入了范围内则视为失步判断(2)的状态(S504)，如果未进入范围内则继续监视电流相位。

失步判断单元109在判断为失步的情况下，与实施例1同样按照图4的流程图，对失步判断状态进行判断。进而，输出运算单元108与实施例1同样按照图9的流程图，决定被判断为失步之后的动作。

实施例3

在本实施例中对于与实施例1共通的部分用相同的符号进行说明，对于不同的部分详细说明。本实施例的结构与实施例1说明的图1相同，具有三相交流电源101、直流转换单元102、平滑电容器103、电力转换单元104、同步电动机105、电流检测器106、电流获取单元107、输出运算单元108、失步判断单元109、显示操作单元110、存储单元111。

接着说明本实施例的失步检测原理。在本实施例中，同时使用实施例1的失步判断(1)和失步判断(2)的结果，检测失步判断状态。在实施例1的方法中，在使用(数2)的控制运算上，正常的情况下也可能发生(数7)的状态，因此存在需要将图4中的失步检测时间设定得较长的可能性。另一方面，实施例2的方法中，转矩电流处于高电平的情况下，也存在转矩电流在正常的状态下流过的情况，存在需要将图4中的失步检测时间设定得较长的可能性。在本实施例中，通过同时使用实施例1和实施例2，能够使失步判断状态变得可靠，短时间地检测出失步。

图7是实施例3中的失步判断状态的判断的流程图。失步判断单元109用图2和图5的流程图进行失步判断，获取各失步判断状态(S701)。失步判断单元109判断是否成为了失步判断状态(1)并且成为了失步判断状态(2)(S702)，如果成为了失步判断状态(1)并且成为了失步判断状态(2)则视为失步判断状态(3)。如果某一方的失步判断状态变得无效，则失步判断单元109再次继续监视失步判断状态。

另外，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，并不限定于必须具有说明的所有结构。

另外，能够将某个实施例的结构的一部分置换为其他实施例的结构，或者在某个实施例的结构上添加其他实施例的结构。另外，对于各实施例的结构的一部分，能够追加、删除、置换其他结构。

另外，上述各结构、功能、处理部、处理单元等的一部分或全部，例如可以通过集成电路设计等而用硬件实现。另外，上述各结构、功能等，也可以通过处理器解释、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。

另外，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。

Claims

1.一种电力转换装置，其特征在于，包括：

使直流电压平滑化的直流电压单元；

将直流电压转换成交流电压的电力转换单元；

获取流过所述电力转换单元的电流的电流获取单元；

基于在所述电流获取单元中获取的电流计算所述电力转换单元的输出电压的输出运算单元；和

判断与所述电力转换单元连接的同步电动机的失步的失步判断单元，

所述失步判断单元，在所述电流获取单元获取的电流中的电流相位进入了规定范围内的情况下进行失步的判断。

2.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：

所述失步判断单元，在判断出所述同步电动机的失步的情况下，对所述输出运算单元发出切断指令，切断所述电力转换单元的输出。

3.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：

所述失步判断单元，在判断出所述同步电动机的失步的情况下，对所述输出运算单元发出重新起动指令，使所述电力转换单元自动地重新起动。

4.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，包括：

存储规定的数据的存储单元；和

显示数据并接受用户的操作的显示操作单元，

所述失步判断单元，根据所述显示操作单元的操作有选择地在所述存储单元中存储在判断出所述同步电动机的失步的情况下是进行所述电力转换单元的输出的切断、还是进行所述电力转换单元的重新起动，在判断出所述同步电动机的失步的情况下，从所述存储单元读取数据，决定所述输出运算单元的动作。