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交流电机的变速控制方法和装置

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CN1065691C
CN1065691C CN 97110906 CN97110906A CN1065691C CN 1065691 C CN1065691 C CN 1065691C CN 97110906 CN97110906 CN 97110906 CN 97110906 A CN97110906 A CN 97110906A CN 1065691 C CN1065691 C CN 1065691C
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CN 97110906
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Inventor
田岛宏一
海田英俊
铁谷裕司
Original Assignee
富士电机株式会社
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    • HELECTRICITY
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02P2207/00Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
    • H02P2207/01Asynchronous machines

Abstract

一种变速控制装置,具有产生交流信号的交流信号发生电路,并根据交流信号和测量到的实际电流值得到交流电机的泄漏电感计算值。将电流命令值之和的微分值或者交流信号的微分值乘以泄漏电感计算值以产生用来补偿由泄漏电感引起的压降的信号,并且被加到电压命令值上,以消除实际电流值和M-轴电流命令值之间的偏差,并得到第二电压命令值。第二电压命令值被转换为3相电压命令值并用来控制交流电机,并且能补偿由泄漏电感引起的电压降。

Description

交流电机的变速控制方法和装置

本发明涉及控制交流电机变速的变速控制装置。

通常,感应电机被用做交流电机。感应电机的末端电压包括由原电流的微分项和感应电机的泄漏电感之积所代表的瞬变电压。在控制交流电机的电流时,用前馈补偿方法来降低瞬变电压,在这种方法中,计算电流命令值的微分项和预定泄漏电感的乘积,并将结果加到电压命令值上。

图1是一个方块图,给出了感应电机的常规变速控制装置的一个例子,其通过前馈补偿方法降低瞬变电压。

在图1中,通过电源转换器2将由交流电源1提供的交流电转换为所需电压和频率的交流电,变速地操作感应电机3。在控制电源转换器2的变速控制装置中,由电流检测器4所检测到的电源转换器的3相输出中的U-相电流实际值iu和W-相电流实际值iw(3相输出中至少2相)被第一坐标转换电路5划分成电机M-轴方向上的电流M-轴电流实际值IM(磁通方向上的分量)和电机的T-轴方向上的电流T-轴电流实际值IT(转矩方向上的分量)。M-轴垂直于T-轴。命令值发生电路7输出M-轴电流命令值IM*和T-轴电流命令值IT*。M-轴电流调节器8输出信号VM**,将M轴电流实际值IM和M-轴电流命令值IM*之间的偏差置为零。T-轴电流调节器9输出信号VT**,将T-轴电流实际值IT和T-轴电流命令值IT*之间的偏差置为零。如果这些轴电流调节器的输出VM**和VT**通过第二坐标转换电路6被提供为电源转换器2的电压命令值,则产生上述的瞬变电压。

接着,将在命令值发生电路7中预定的泄漏电感设置值L*、M-轴电流实际值IM、T轴电流实际值IT、M-轴电流命令值IM*和T-轴电流命令值IT*输入到前馈补偿电压运算电路11中,计算出M-轴前馈补偿电压命令值VMF*和T-轴前馈补偿电压命令值VTF*。M-轴补偿电压加法器12将M-轴前馈补偿电压命令值VMF*和上述的M-轴电流调节器的输出VM**相加,并将其和VM*作为M-轴电压命令值提供给第二坐标转换电路6。同样,T-轴补偿电压加法器13将T-轴前馈补偿电压命令值VTF*和T-轴电流调节器的输出VT**相加,并将其和VT*做为T-轴电压命令值提供给第二坐标转换电路6。第二坐标转换电路6将M-轴电压命令值VM*和T-轴电压命令值VT*转换为3相电压命令值VU*、VV*和VW*。利用这些3相电压命令值VU*、VV*和VW*控制电源转换器2。

上述前馈补偿电压运算电路11、M轴补偿电路加法器12以及T-轴补偿电压加法器13所执行的操作用下面的方程式(1)和(2)表达。

…(1)…(2)其中p表示微分算子,而L*表示泄漏电感设置值。

实际的电流值和实际电压值被控制,并通过下面的方程式(3)和(4)计算感应电机的M-轴感应电压EM*和T-轴感应电压ET*。

…(3)…(4)其中,IM表示M-轴电流实际值,IT表示T-轴电流实际值,VM表示M-轴电压实际值,VT表示T-轴电压实际值,R1*表示原边电阻设置值,而ω1*则表示频率设置值。

从实际电压值和实际电流值中得到感应电压的控制例如在日本的专利出版物Tokukohei 7-71400号中的“无传感器速度矢量控制”一文中得到公开。

利用上面列出的各个方程式计算M-轴电压命令值VM*、T-轴电压命令值VT*、M-轴感应电压EM*和T-轴感应电压ET*。这些方程式中的每一个都包括对由泄漏电感所引起的压降的计算。因此,如果在泄漏感应设置值L*和用在压降计算中的电机的实际泄漏电感值之间存在差别,则在对感应电压的计算中以及在上述参照图1用常规变速控制装置的前馈补偿中将出现误差。结果,在由前馈补偿对电机的控制中也将出现误差,由此将出现瞬变电压不能被适当降低的这样的缺陷。

本发明的目的是提供一种电路,以利用正确得到的电机泄漏电感值恰当地控制电机。

根据本发明的变速控制装置通过电源转换器调节为交流电机提供的电流来控制交流电机(或感应电机)的变速。变速控制装置包括第一坐标转换电路,以根据对交流电机提供的电流的检测值,得到交流电机的M-轴电流实际值(在磁通方向上的电流)以及T-轴电流实际值(在转矩方向上的电流,垂直于M-轴电流);包括命令值发生电路,用于产生交流电机的M-轴电流命令值和T-轴电流命令值;包括交流信号发生电路,用于输出交流信号;包括第一加法器,用于将M-轴电流命令值和交流信号相加并输出电流相加信号;包括M-轴电流调节器,以根据电流相加信号和M-轴电流实际值,输出用于消除M-轴电流命令值和M-轴电流实际值之间的偏差的第一M-轴电压命令值;包括泄漏电感计算电路,以根据交流信号和M-轴电流实际值,得到交流电机的泄漏电感计算值;包括乘法器,将电流相加信号或者交流信号的微分值乘以泄漏电感计算值,并输出相乘信号;包括第二加法器,将第一M-轴电压命令值和相乘信号相加并输出第二M-轴电压命令值;包括T-轴电流调节器,用于输出用于消除T-轴电流命令值和T-轴电流实际值之间偏差的T-轴电压命令值;还包括第二坐标转换电路,以根据第二M-轴电压命令值和T-轴电压命令值,产生交流电机的电压命令值(例如,3相(U,V和W)电压命令值),并将这些值输出到电源转换器。利用电压命令值控制电源转换器,并且变速控制交流电机,由此实现对由泄漏电感引起的压降的前馈补偿。

泄漏电感计算电路可以包括第一幅度计算电路,用于获取并输出交流信号的幅度;第二幅度计算电路,用于获取并输出M-轴电流实际值的幅度;第三加法器(减法器),用于从第一幅度计算电路的输出中减去第二幅度计算电路的输出,并输出其差;还包括调节电路,用于对第三加法器的输出执行积分运算或比例加积分运算,以获取泄漏电感的计算值。

泄漏电感计算电路可能进一步包括滤波器,用于有选择地从将被输入到第二幅度计算电路的信号中去掉低于M-轴电流实际值频率的频率成分。因此,即使不需要的低频率分量被叠加在M-轴电流实际值上,也可由滤波器消除不需要的分量并正确地计算出泄漏电感。

交流信号发生电路可能包括三角波发生电路,用于输出三角波,还包括积分电路,用于积分三角波并将结果输出为交流信号。

根据本发明的变速控制装置可以进一步包括用于存储由泄漏电感计算电路得到的泄漏电感计算值的存储器。在这种情况下,乘法器将存在存储器中的泄漏电感计算值乘以电流相加信号或者交流信号的微分值,得到相乘信号。变速控制装置可以进一步包括信号选择器,用于有选择地从泄漏电感计算电路的输出以及存储器的输出中选择一个输出到乘法器中。当交流电机没有运行时,信号选择器选择泄漏电感计算电路的输出,当交流电机正在运行时,选择存储器的输出。

根据本发明的第二变速控制装置包括第一坐标转换电路,以根据提供给交流电机的电流检测值,得到交流电机的M-轴电流实际值和T-轴电流实际值;包括命令值发生电路,用于产生交流电机的M-轴电流命令值和T-轴电流命令值;包括用于输出交流信号的交流信号发生电路;用于将T-轴电流命令值和交流信号相加以输出电流相加信号的第一加法器;包括T-轴电流调节器,以根据电流相加信号和T-轴电流实际值,输出用于消除T-轴电流实际值和T-轴电流命令值之间的偏差的第一T-轴电压命令值;包括泄漏电感计算电路,用于根据交流信号和T-轴电流实际值获取交流电机的泄漏电感计算值;包括乘法器,将电流相加信号或者交流信号的微分值乘以泄漏电感计算值并输出相乘的信号;包括第二加法器,用于将第一T-轴电压命令值和相乘信号相加并输出第二T-轴电压命令值;包括M-轴电流调节器,以输出用于消除M-轴电流命令值和M-轴电流实际值之间的偏差的M-轴电压命令值;还包括第二坐标转换电路,以根据第二T-轴电压命令值和M-轴电压命令值,产生交流电机的电压命令值,并将该值送到电源转换器。利用电压命令值控制电源转换器,并且变速控制交流电机,由此,实现对由泄漏电感引起的压降的前馈补偿。

泄漏电感计算电路包括第一幅度运算电路,用于获取并输出交流信号的幅度;用于获取并输出T-轴电流实际值的第二幅度计算电路;从第一幅度计算电路的输出中减去第二幅度计算电路的输出并输出该差的第三加法器(减法器);以及调节电路,对第三加法器的输出执行积分运算或比例加积分运算以便得到泄漏电感计算值。

泄漏电感计算电路可以进一步包括滤波器,用于有选择地从将被输入到第二幅度计算电路的信号中去掉其频率低于T-轴电流实际值频率的分量。因此,即使不需要的低频分量被叠加在T-轴电流实际值上,也可由滤波器消除不需要的分量并正确地计算出泄漏电感。

交流信号发生电路可以包括三角波发生电路,用于输出三角波,还可包括积分电路,用于积分三角波形并输出其结果做为交流信号。

根据本发明的变速控制装置可以进一步包括用于存储由泄漏电感计算电路得到的泄漏电感计算值的存储器。在这种情况下,乘法器将存在该存储器中的泄漏电感计算值乘以电流相加信号或者交流信号的微分值以获取相乘信号。变速控制装置可以进一步包括信号选择器,用于有选择地从泄漏感应计算电路的输出和存储器的输出中选择一个信息送到乘法器中。当交流电机不运转时,信号选择器选择泄漏电感计算电路的输出,而当交流电机正在运转时,选择存储器的输出。

根据本发明的变速控制方法包括根据提供给交流电机的电流检测值得到交流电机的M-轴电流实际值和T-轴电流实际值的步骤;产生交流电机的M-轴电流命令值和T-轴电流命令值的步骤;输出交流信号的步骤;将M-轴电流命令值和交流信号相加以输出电流相加信号的步骤;根据电流相加信号和M-轴电流实际值输出用于消除M-轴电流实际值和M-轴电流命令值之间偏差的第一M-轴电压命令值的步骤;根据交流信号和M-轴电流实际值得到交流电机的泄漏电感计算值的步骤;将电流相加信号或者交流信号的微分值乘以泄漏电感计算值并得到相乘信号的步骤;将第一M-轴电压命令值和相乘信号相加以得到第二M-轴电压命令值的步骤;获取用于消除T-轴电流命令值和T-轴电流实际值之间的偏差的T-轴电压命令值的步骤;以及根据第二M-轴电压命令值和T-轴电压命令值产生交流电机的电压命令值的步骤。

根据本发明的第二变速控制的方法包括根据提供给交流电机的电流检测值得到交流电机的M-轴电流实际值和T-轴电流实际值的步骤;产生交流电机的M-轴电流命令值和T-轴电流命令值的步骤;输出交流信号的步骤;将T-轴电流命令值和交流信号相加以输出电流相加信号的步骤;根据电流相加信号和T-轴电流实际值输出用于消除T-轴电流实际值和T-轴电流命令值之间的偏差的第一T-轴电压命令值的步骤;根据交流信号和T-轴电流实际值得到交流电机的泄漏电感计算值的步骤;将电流相加信号或者交流信号的微分值乘以泄漏电感计算值并得到相乘信号的步骤;将第一T-轴电压命令值和相乘信号相加以得到第二T-轴电压命令值的步骤;得到用于消除M-轴电流命令值和M-轴电流实际值之间的偏差的M-轴电压命令值的步骤;以及根据第二T-轴电压命令值和M轴电压命令值产生交流电机的电压命令值的步骤。利用该电压命令值控制电源转换器并变速控制交流电机,从而实现对由泄漏电感引起的电压降的前馈补偿。

根据本发明,可以利用运行交流电机之前计算出的泄漏电感计算值来执行控制电流下的前馈补偿和感应电压操作。因此,即使连接该交流电机的电线的长度被改变或者由于重绕交流电机或更换电机改变泄漏电感应值仍可根据交流电机的转矩和磁通适当地实现控制和计算。

此外,根据本发明,也可以通过比较加上交流信号的M-轴或T-轴电流命令值的幅度值和M-轴或T-轴电流实际值来验明泄漏电感。因此,可以在不受控制电流中的延迟时间的影响下得到泄漏电感应,由此实现将该影响考虑在内的正确的变速控制。

即使例如偏置这样的直流成分被叠加到M-轴或T-轴电流实际值上,也可以利用高通滤波器来消除这些直波成分,由此正确执行泄漏电感补偿操作。

此外,根据本发明,可以利用作为交流信号被加到电流命令值上的三角波的积分波形来验明泄漏电感。因此,电压命令值成为三角波,量化误差可以被减少,并且在没有对电源转换器增加额外负担的情况下验明泄漏感应。

此外,根据本发明,由于在T-轴电流命令值中不存在直流偏置,因此,可以在不受磁饱合的影响下验明泄漏感应。

图1表示感应电机的常规变速控制装置的一个示例,它通过前馈补偿降低瞬变电压;图2是一个方块图,表示根据本发明的变速控制装置的第一实施例;图3是一个方块图,表示根据本发明的变速控制装置的第二实施例;图4表示根据本发明的第一和第二实施例的第一加法器的输入信号和输出信号的波形;图5表示根据本发明的第一和第二实施例的泄漏电感计算电路的结构;图6表示根据本发明的第一和第二实施例的泄漏电感计算电路的第二种结构;图7表示根据本发明的第一和第二实施例的交流信号发生电路的结构;图8表示说明根据本发明第一和第二实施例的交流信号发生电路的作用的波形;图9是一个方块图,表示根据本发明的变速控制装置的第三实施例;图10是一个方块图,表示根据本发明的变速控制装置的第四实施例;图11表示根据本发明第三和第四实施例的第一加法器的输入信号和输出信号的波形;图12表示根据本发明第三和第四实施例的泄漏电感计算电路的结构;图13表示根据本发明第三和第四实施例的泄漏电感计算电路的第二种结构;以及图14表示根据本发明第三和第四实施例的交流信号发生电路的结构。

图2为一个方块图,表示变速控制装置的第一实施例。

变速控制装置包括电流检测器4、第一坐标转换电路5、第二坐标转换电路6、命令值发生电路7、M-轴电流调节器8、T-轴电流调节器9、交流信号发生电路21、泄漏电感计算电路22、存储器电路23、微分电路24、乘法器25、信号选择器26、第一加法器27以及第二加法器28。图2所示的交流电源1、电源转换器2、感应电机3、电流检测器4、第一坐标转换电路5、第二坐标转换电路6、命令值发生电路7、M-轴电流调节器8以及T-轴电流调节器9的功能和根据图1所示的常规装置中具有相同号码的各设备的功能相同。因此,对这些功能的描述被省略。然而,泄漏电感计算值L#是从泄漏电感计算电路22中输出的,而不是从命令值发生电路7中输出。电源转换器2可被看作变速控制装置的部件。

交流信号发生电路21输出交流信号△IM*。命令值发生电路7输出M-轴电流命令值IM*和该交流信号△IM*被输入到第一加法器27。在第一加法器27执行相加处理之后,由加上交流信号得到的M-轴电流命令值IM**代替M-轴电流命令值IM*,并且和M-轴电流实际值IM一起被输入到M-轴电流调节器8。M-轴电流调节器8输出M-轴电压命令值(第一M-轴电压命令值)VM**。泄漏电感计算电路22输入交流信号△IM*和M-轴电流实际值IM,以便计算并输出泄漏电感计算值L#。该泄漏电感计算值L#也被存放在存储器电路23中。在感应电机3运转之前,信号选择器26选择由泄漏电感计算电路22输出的泄漏电感计算值L#,而当感应电机3运行时,选择并输出存放在存储器电路23中的泄漏电感计算值L#’。信号选择器26具有接触切换信号的结构,但也可以采用无接触切换的结构。

微分电路24输入加上交流信号之后的M轴电流命令值IM**并输出该输入命令值IM**的微分运算值,即交流信号△IM*的微分运算值。乘法器25输出M-轴电压命令值改变量△VM*(由泄漏电感引起的压降:参考下面的等式(5)),表示微分运算值和由信号选择器26所选出的泄漏电感计算值L#或L#’的乘积。第二加法器28将M-轴电流调节器8的输出值VM**和M轴电压命令值改变量△VM*相加,并将M-轴电压命令值(第二M-轴电压命令值)VM*输出到第二坐标转换电路6。第二坐标转换电路6对输入的T-轴电压命令值VT*和M-轴电压命令值VM*进行坐标转换,产生3相电压命令值(VU*,VV*和VW*),并利用这些命令值控制电源转换器2。

根据(例如)感应电机3的额定电流和次级电路的截止频率可以确定交流信号发生电路21输出的交流信号△IM*的幅度和频率。如果提供给感应电机3的电流为30A,则该交流信号的幅度被设置成约为该电流的10%(9~10A)。如果感应电机3的次级电路的截止频率为200Hz,则该交流信号△IM*的频率被设置为小于200Hz,例如100Hz。

图3表示根据本发明变速控制装置的第二实施例的结构。

该变速控制装置是图2所示的第一实施例的一种变化,与第一实施例的区别在于交流信号△IM*被输入到微分电路24中。其余的都和第一实施例相同,详细描述被省略。

根据第二实施例的微分电路24,对交流信号△IM*进行微分运算,并将微分运算的结果通过乘法器25和泄漏电感计算值L#或L#’相乘。结果,得到由下式(5)表示的M-轴电压命令值。

图4给出了输入到第一加法器27的信号(M-轴电流命令值IM*和交流信号△IM*)及其输出信号(M-轴电流命令值IM**)的波形。图4中的(1)表示输入到第一加法器27的M-轴电流命令值IM*的波形。(2)表示输入到第一加法器27的交流信号△IM*的波形。(3)表示在加上交流信号之后,从第一加法器27中输出的M-轴电流命令值IM**的波形。将作为直流电流的M-轴电流命令值IM*加到交流信号△IM*上,在加上交流信号后就得到M-轴电流命令值IM**。因此对加上交流信号之后的M-轴电流命令值IM**的微分输出对交流信号△IM*的微分相同的结果。因此,在加上交流信号后,将M轴电流命令值IM**输入到微分电路24(根据第一实施例)和将交流信号△IM*输入到微分电路24(根据第二实施例),其输出结果是相同的。

下面介绍泄漏电感计算电路22的功能。

从乘法器25输出的M-轴电压命令值改变量△VM*是交流信号△IM*的微分值和由泄漏电感计算电路22输出的泄漏电感计算值L#的乘积。因此,M-轴电压命令值改变量△VM*由下式表示,其中,p表示微分算子。

…(5)当该电压命令值和通过电压相关电源转换器驱动交流电机的实际电压值匹配时,下面的方程式(6)成立。

△…(6)其中,△IM表示M-轴电流实际值的改变量,而L表示泄漏电感实际值。由等式(5)和(6)可得到方程(7)。

…(7)如果以M-轴电流实际值改变量△IM匹配交流信号△IM*的方式提供调节泄漏电感计算值L#的运算电路,则泄漏电感计算值L#就能匹配泄漏电感实际值L。根据交流信号△IM*的绝对值运算得到的幅度信息,可得到下式(8)。等式(8)可以被转换为方程式(9)和(10)。

…(8)…(9)…(10)如果L#大于L,则方程式(10)输出负值。如果L#小于L,则方程式(10)输出正值。如式(10)所示,利用△IM*的绝对值和△IM的绝对值之差作为误差信号,执行积分运算或比例加积分运算得到泄漏电感计算值L#,并且,泄漏电感计算值L#收敛为实际值L。

图5给出了根据本发明第一和第二实施例的泄漏电感计算电路22的结构。

如图5中所示,泄漏电感计算电路22包括第一幅度计算电路31、第二幅度计算电路32、第三加法器(或减法器)33以及调节电路34。交流信号△IM*被输入到第一幅度计算电路31中,该电路2包括绝对值运算电路,由此能得到交流信号△IM*的绝对值。第二幅度计算电路32接收M-轴电流实际值IM并得到其绝对值。第三加法器33从交流信号△IM*的绝对值中减去(利用方程式(10)执行运算)M轴电流实际值IM的绝对值。其差被输入到包含积分运算器或比例加积分运算器的调节电路34。调节电路34输出的泄漏电感计算值L#等于泄漏电感实际值L。

如果由于电源转换器2的脉冲宽度调制控制或检测电流时的采样延迟而存在延迟时间t,则方程式(7)可由下式(11)表示。

…(11)在这种情况下,如果M轴电流实际值IM的绝对值的平均值由|IM|AV表示,M-轴电流命令值IM*绝对值的平均值用|IM*|AV表示,则这些值之间的关系可由下式(12)表示。

…(12)由于方程式(12)并不包含代表延迟时间t影响的ε-st,因此,可以利用上述的绝对值执行获取泄漏电感计算值L#的运算而不受延迟时间的影响。

图6给出根据本发明的泄漏电感计算电路22的结构的第二个示例。

该泄漏电感应计算电路22是在图5所示的电路的基础上加上图6所示的高通滤波器35。第一幅度计算电路31、第二幅度计算电路32、第三加法器33以及调节电路34的结构和图5中所示的结构相同。如果输入到泄漏电感计算电路22的M-轴电流实际值IM中包含直流成分或低频成分,而且还被输入到第二幅度计算电路32中,则不可能得到有关改变量的正确幅度信息。因此,在该例子中,在第二幅度计算电路32之前的阶段加入高通滤波器35以便消除上述的低频成分。

具有和高通滤波器35相同功能的滤波器也可以被加在第一幅度计算电路31之前。加上从第一加法器27中输出的交流信号之后的M轴电流命令值IM**可以代替交流信号△IM*,并且可以输入到第一幅度计算电路31。

图7中给出了根据本发明的交流信号发生电路21的结构的一个示例。

交流信号发生电路21包括三角波发生电路36和积分电路37,并且输出积分后的三角波作为交流信号△IM*。由于第一加法器27将交流信号△IM*加到M轴电流命令值IM*上,M-轴电压命令值VM*也是一个三角波。因此,通过将电压命令值设置为三角波可减少量化误差。交流信号发生电路21也可以把交流信号输出为正弦波。

图8输出的波形说明图7所示的交流信号发生电路21的影响。在图8中,(1)表示交流信号△IM*的波形,(2)表示M-轴电压命令值VM*的波形。

图9给出根据本发明的变速控制装置的第三实施例。

该变速控制装置包括电流检测器4、第一坐标转换电路5、第二坐标转换电路6、命令值发生电路7、M-轴电流调节器8、T-轴电流调节器9、交流信号发生电路41、泄漏电感计算电路42、存储器电路43、微分电路44、乘法器45、信号选择器46、第一加法器47、第二加法器48。图9所示的交流电源1、电源转换器2、感应电机3、电流检测器4、第一坐标转换电路5、第二坐标转换电路6、命令值发生电路7、M-轴电流调节器8以及T-轴电流调节器9的功能和图1中所示的常规技术中的部件的功能相同。因此,这里省略了对这些功能的详细解释。然而,泄漏电感计算值L#是从泄漏电感计算电路42中输出,而不是从命令值发生电路7中输出。

交流信号发生电路41输出交流信号△IT*并将由命令值发生电路7输出的T-轴电流命令值IT*和交流信号△IT*输入到第一加法器47。加上由第一加法器47的相加处理中得到的交流信号之后的T-轴电流命令值IT**和T轴电流实际值IT一起输入到T-轴电流调节器9,并且,T-轴电流调节器9输出T-轴电压命令值VT**。泄漏电感计算电路42接收上述的交流信号△IT*和T-轴电流实际值IT,并且计算和输出泄漏电感计算值L#。泄漏电感计算值L#也被存放在存储器电路43中。在感应电机运行之前,信号选择器46选择从泄漏电感计算电路42中输出的泄漏电感计算值L#,而如果感应电机3正在运行,则选择并输出存放在存储器电路43中的泄漏电感计算值L#’。所示的信号选择器46采用接触方式切换信号。但也可以采用无接触切换。

微分电路44接收加上交流信号之后的T-轴电流命令值IT**,并输出所输入的T-轴电流命令值IT**的微分值,即,交流信号△IT*的微分运算值。乘法器45计算T-轴电压命令值改变量△VT*(由泄漏电感引起的压降:参考下面的方程(13)),以表示微分运算值和由信号选择器46所选择的泄漏电感计算值L#或L#’的乘积。第二加法器48将从T-轴电流调节器9中输出的值VT**和T-轴电压命令值改变量△VT*相加,并将T-轴电压命令值VT*输出到第二坐标转换电路6。

图10表示根据本发明的变速控制装置的第四实施例的结构。

该变速控制装置是图9所示的第三实施例的变形,但不同于第三实施例之处在于交流信号△IT*被输入到微分电路44。其余的都和第三实施例相同,这里省略了详细介绍。

根据第四实施例的微分电路44对交流信号△IT*进行微分运算,并利用乘法器45将微分运算的结果乘以泄漏电感计算值L#或L#’。结果,得到由下式(13)所表示的T-轴电压命令值VT*。

图11结出第一加法器47输入和输出信号的波形。图11中的(1)表示输入到第一加法器47的T-轴电流命令值IT*的波形,(2)表示输入到第一加法器47的交流信号△IT*的波形。(3)表示加上第一加法器47中输出的交流信号之后的T-轴电流命令值IT**的波形。

在感应电机3开始其运行之前,从第一加法器47中输出的T-轴电流命令值IT*为零(如图11中所示的(1))。因此,加上从第一加法器47中输出的交流信号之后的T-轴电流命令值IT**和交流信号△IT*是相等的,并且,T-轴电流命令值IT**的微分运算结果加上交流信号之后和交流信号△IT*的微分运算结果匹配。因此,将加上交流信号之后的T-轴电流命令值IT**输入到微分电路44(对应图9所示的第三实施例)所输出的结果和将交流信号△IT*输入到微分电路44(对应图10所示的第四实施例)的输出结果一致。

交流信号△IT*的幅度可以被设置为例如是提供给感应电机3的电流值的80%,这大于在第一或第二实施例中所设置的幅度。此外,在电流命令值中没有偏置。因此,具有高精度的泄漏电感补偿可根据该实施例来实现。

下面介绍泄漏电感计算电路42的功能。

从乘法器45中输出的T-轴电压命令值改变量△VT*为交流信号△IT*的微分值和从泄漏电感计算电路42中输出的泄漏电感计算值L#的乘积。因此,T-轴电压命令值改变量△VT*由下式(13)表示,其中p表示微分算子。

…(13)当电压命令值匹配由电压相关电源转换器驱动交流电机的实际电压值时,下面的方程式(14)成立。

…(14)其中,△IT表示T-轴电流实际值改变量,而L则表示泄漏电感实际值。由式(13)和(14)可得到方程式(15)。

…(15)如果按照使T-轴电流实际值改变量△IT匹配交流信号△IT*的方式提供用于调节泄漏电感计算值L#的运算电路,则泄漏电感计算值L#可以匹配泄漏电感实际值L。根据从交流信号△IT*的绝对值运算中得到的幅度信息和从T-轴电流实际值IT的绝对值运算中得到的幅度信息就得到下面的方程式(16)。方程式(16)可以被转换为下面的等式(17)和(18)。

…(16)…(17)…(18)如果L#大于L,方程式(18)输出负值。如果L#小于L,方程式(18)输出正值。如式(18)所示,利用△IT*的绝对值和△IT的绝对值之差作为误差信号,执行积分运算或比例加积分运算,得到泄漏电感计算值L#,而且泄漏电感计算值L#收敛为实际值L。

图12给出根据本发明第三和第四实施例的泄漏电感计算电路42的结构。

如图12所示,泄漏电感计算电路42包括第一幅度计算电路51、第二幅度计算电路52、第三加法器(或减法器)53,以及调节电路54。交流信号△IT*输入到包含绝对值运算电路的第一幅度计算电路51,由此得到交流信号△IT*的绝对值。第二幅度计算电路52接收T-轴电流实际值IT并得到其绝对值。第三加法器53从交流信号△IT*的绝对值中减去T-轴电流实际值IT的绝对值(执行方程式(18)的运算)。其差值被输入到包含积分运算器或比例加积分运算器的调节电路54中。调节电路54输出等于泄漏电感实际值L的泄漏电感计算值L#。

如果由于电源转换器2的脉冲宽度调制控制或检测电流时的采样延迟而存在延迟时间t,则方程式(15)可由下面的方程式(19)表示。

…(19)在这种情况下,如果用|IT|AV表示T-轴电流实际值IT绝对值的平均值,用|IT*|AV代表T-轴电流命令值IT*绝对值的平均值,则这些值之间的相关性可由式(20)表示。

…(20)由于式(20)不包含表示延迟时间t的影响的ε-st,可以利用上述的绝对值执行泄漏电感计算值L#的运算,而不受延迟时间t的影响。

图13给出根据本发明第三和第四实施例的泄漏电感计算电路42的结构的第二个示例。

该泄漏电感计算电路的配置是将图13所示的高通滤波器55增加到图12中所示的泄漏电感电路42中。第一幅度计算电路51、第二幅度计算电路52、第三加法器53以及调节电路54的结构和图12所示的结构相同。如果输入到泄漏电感计算电路42中的的T-轴电流实际值IT包含直流成分或低频成分,并且也输入到第二幅度计算电路52中,则不可能得到关于某种变化的正确幅度信息。因此,在该例子中,在第二幅度计算电路52之前加入高通滤波器55以消除上述的低频成分。

具有和高通滤波器55相同功能的滤波器也可以被加到第一幅度计算电路51之前。T-轴电流命令值IT**在加上从第一加法器47中输出的交流信号之后可以代替交流信号△IT*,并且可以被输入以第一幅度计算电路51。

图14给出了根据本发明第三和第四实施例的交流信号发生电路41的结构的一个示例。

交流信号发生电路41包括三角波发生电路56和积分电路57,并且输出积分后的三角波作为交流信号△IT*。由于第一加法器47将交流信号△IT*加到T-轴电流命令值IT*上,T-轴电压命令值VT*也是一个三角波。因此,可以通过将电压命令值设置为三角波而降低量化误差。交流信号△IT*和T-轴电压命令值VT*的波形和分别由图8中的(1)和(2)所表示的波形一致。交流信号发生电路41也可以把交流信号输出为正弦波。

Claims (16)

1.控制交流电机变速的变速控制装置,其调节经电源转换器提供给交流电机的电流,该装置包括:第一坐标转换装置,用于根据对交流电机提供的电流的检测值,得到交流电机的M-轴电流实际值和T-轴电流实际值;T-轴电流调节装置,用于输出用来消除T-轴电流命令值和T-轴电流实际值之间偏差的T-轴电压命令值;该装置的特征在于还包括:命令值发生装置,用于产生交流电机的M-轴电流命令值和T-轴电流命令值;交流信号发生装置,用于输出交流信号;第一相加装置,将M-轴电流命令值和交流信号相加,并输出电流相加信号;M-轴电流调节装置,用于根据电流相加信号和M-轴电流实际值,输出用来消除M-轴电流实际值和M-轴电流命令值之间的偏差的第一M-轴电压命令值;泄漏电感计算装置,用于根据交流信号和M-轴电流实际值,得到交流电机的泄漏电感计算值;乘法装置,将电流相加信号的微分值或者交流信号的微分值乘以泄漏电感计算值并输出相乘信号;第二相加装置,将第一M-轴电压命令值和乘法信号相加并输出第二M-轴电压命令值;以及第二坐标转换装置,用于根据第二M-轴电压命令值和T-轴电压命令值,产生交流电机的电压命令值,并将所产生的电压命令值输出到电源转换器。
2.根据权利要求1的变速控制装置,其中所述的泄漏电感计算装置包括:第一幅度计算装置,用于获取并输出交流信号的幅度;第二幅度计算装置,用于获取并输出M-轴电流实际值的幅度;第三相加装置,用于从所述第一幅度计算装置的输出中减去所述第二幅度计算装置的输出,并输出相减的结果;以及调节装置,对所述第三相加装置的输出执行积分运算和比例加积分运算中的一种,得到泄漏电感计算值。
3.权利要求2的变速控制装置,其中,所述的泄漏电感计算装置进一步包括滤波器装置,用于有选择地从将输入到所述第二幅度计算装置的信号中消除其频率低于M-轴电流实际值的频率的分量。
4.权利要求1的变速控制装置,其中所述的交流信号发生装置包括:三角波发生装置,用于输出三角波;以及积分装置,用于积分三角波并将积分结果作为交流信号输出。
5.权利要求1的变速控制装置进一步包括:存储器装置,用于存放由所述的泄漏电感计算装置得到的泄漏电感计算值,其中所述的乘法装置将存放在所述存储器装置中的泄漏电感计算值乘以交流信号的微分值,并得到相乘的信号。
6.权利要求5的变速控制装置进一步包括:信号选择装置,从所述的泄漏电感计算装置的输出和所述存储器装置的输出中选择一种输出到所述的乘法装置。
7.权利要求6的变速控制装置,其中,所述的信号选择装置当交流电机不运行时选择所述泄漏电感计算装置的输出,而当交流电机运行时,选择所述存储器装置的输出。
8.控制交流电机变速的变速控制装置,其调节经电源转换器提供给交流电机的电流,该装置包括:第一坐标转换装置,用于根据提供给交流电机的电流的检测值,得到交流电机的M-轴电流实际值和T-轴电流实际值;命令值发生装置,用于产生交流电机的M-轴电流命令值和T-轴电流命令值;输出交流信号的交流信号发生装置;第一相加装置,将T-轴电流命令值和交流信号相加并输出电流相加信号;T-轴电流调节装置,用于根据电流相加信号和T-轴电流实际值,输出用来消除T-轴电流实际值和T-轴电流命令值之间偏差的第一T-轴电压命令值;泄漏电感计算装置,用于根据交流信号和T-轴电流实际值得到交流电机的泄漏电感计算值;乘法装置,将电流相加信号的微分值或者交流信号的微分值乘以泄漏电感计算值并输出相乘信号;第二相加装置,将第一T-轴电压命令值和相乘信号相加并输出第二T-轴电压命令值;M-轴电流调节装置,用于输出用来消除M-轴电流命令值和M-轴电流实际值之间偏差的M-轴电压命令值;以及第二坐标转换装置,用于根据第二T-轴电压命令值和M-轴电压命令值,产生交流电机的电压命令值并输出所产生的电压命令值到电源转换器。
9.权利要求8的变速控制装置,其中所述的泄漏电感计算装置包括:第一幅度计算装置,用于获取并输出交流信号的幅度;第二幅度计算装置,用于获取并输出T-轴电流实际值的幅度;第三相加装置,用于从所述第一幅度计算装置的输出中减去所述第二幅度计算装置的输出并输出相减的结果;以及调节装置,用于对所述第三相加装置的输出执行积分运算和比例加积分运算中的一种运算并得到泄漏电感计算值。
10.权利要求8的变速控制装置,其中,所述的泄漏电感计算装置进一步包括滤波器装置,以从将输入到所述的第二幅度计算装置的信号中有选择地消除其频率低于T-轴电流实际值频率的分量。
11.权利要求8的变速控制装置,其中所述的交流信号发生装置包括:用于输出三角波的三角波发生装置;以及用于积分三角波并将积分结果作为交流信号输出的积分装置。
12.权利要求8的变速控制装置进一步包括:存储器装置,用于存放由所述泄漏电感计算装置得到的泄漏电感计算值,其中所述的乘法装置将存放在存储器中的泄漏电感计算值乘以交流信号的微分值而得到相乘信号。
13.权利要求12的变速控制装置进一步包括:从所述的泄漏电感计算装置的输出和所述的存储器装置的输出中有选择地输出其中的一个到所述的乘法装置的信号选择装置。
14.权利要求13的变速控制装置,其中,当交流电机不运行时,所述的信号选择装置选择所述泄漏电感计算装置的输出,而当交流电机运行时,则选择所述存储器装置的输出。
15.通过调节提供给交流电机的电流来控制交流电机变速的方法,包括步骤:根据提供给交流电机的电流的检测值,得到交流电机的M-轴电流实际值和T-轴电流实际值;产生交流电机的M-轴电流命令值和T-轴电流命令值;产生交流信号;将M-轴电流命令值和交流信号相加并输出电流相加信号;根据电流相加信号和M-轴电流实际值,输出用于消除M-轴电流实际值和M-轴电流命令值之间偏差的第一M-轴电压命令值;根据交流信号和M-轴电流实际值获取交流电机的泄漏电感计算值;将电源相加信号的微分值或者交流信号的微分值乘以泄漏电感计算值并得到相乘信号;将第一M-轴电压命令值和相乘信号相加而得到第二M-轴电压命令值;获取用于消除T-轴电流命令值和T-轴电流实际值之间偏差的T-轴电压命令值;并且根据第二M-轴电压命令值和T-轴电压命令值产生交流电机的电压命令值。
16.通过调节提供给交流电机的电流来控制交流电机变速的方法,包括步骤:根据提供给交流电机的电流的检测值,得到交流电机的M-轴电流实际值和T-轴电流实际值;产生交流电机的M-轴电流命令值和T-轴电流命令值;产生交流信号;将T-轴电流命令值和交流信号相加并输出电流相加信号;根据电流相加信号和T-轴电流实际值,输出用于消除T-轴电流实际值和T-轴电流命令值之间偏差的第一T-轴电压命令值;根据交流信号和T-轴电流实际值获取交流电机的泄漏电感计算值;将电流相加信号的微分值或者交流信号的微分值乘以泄漏电感计算值并得到相乘信号;将第一T-轴电压命令值和相乘信号相加并得到第二T-轴电压命令值;获取用于消除M-轴电流命令值和M-轴电流实际值之间偏差的M-轴电压命令值;并且根据第二T-轴电压命令值和M-轴电压命令值产生交流电机的电压命令值。
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