CN107836079A - 同步电动机控制装置、压缩机驱动装置、空气调节机以及同步电动机的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种同步电动机控制装置，具备：直流电源(1)；逆变器主电路(2)；三相同步电动机(3)，直流电源(1)的直流被逆变器主电路(2)变换为交流而驱动上述三相同步电动机(3)；以及逆变器控制部(6)，被输入角速度指令值、三相同步电动机(3)的相电流值以及直流电源(1)的直流电压值，输出用于控制逆变器主电路(2)的PWM信号，逆变器控制部(6)具备：PWM信号生成部(10)；启动控制部(8)，在启动时将与相电流值相应的启动时电压指令值输出到PWM信号生成部(10)；稳态控制部(13)，在稳态时使用电压方程来计算稳态时电压指令值并输出到PWM信号生成部(10)；以及稳态控制参数初始值运算部(12)，在从启动时切换到稳态时之时，以使从逆变器主电路(2)向三相同步电动机(3)的输出电压矢量在切换前后一致的方式将稳态控制部(13)的控制参数初始值输出到稳态控制部(13)，上述同步电动机控制装置能够进行稳定的启动。

Description

同步电动机控制装置、压缩机驱动装置、空气调节机以及同步 电动机的控制方法

技术领域

本发明涉及检测在同步电动机中流过的电流并进行控制的同步电动机控制装置以及压缩机驱动装置、空气调节机以及同步电动机的控制方法。

背景技术

在专利文献1中，公开了作为以往的同步电动机控制装置的一个例子的同步电动机控制装置，该同步电动机控制装置具备：电流检测单元，检测流到同步电动机的电流；电流坐标变换单元，将由同步电动机检测到的电流坐标变换到在转子上设想的γ－δ轴；校正项运算单元，根据校正电流指令以及被坐标变换后的电流来计算校正项；以及电压指令运算单元，根据同步电动机的稳态状态下的电压方程以及校正项来计算γ－δ轴电压指令，上述同步电动机控制装置在起动时与被检测到的磁极位置相配合地使直流电流流过，推测同步电动机的初级侧电阻。根据该技术，通过使用电压方程来计算电压指令值，从而能够减小运算负担，通过在起动时推测同步电动机的初级侧电阻，从而在如搭载于压缩机的同步电动机那样温度变化大的环境下也能够跟随绕组电阻的变化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第01/015311号

发明内容

发明要解决的技术问题

然而，根据上述现有技术，仅在电阻值的推测期间设置调整同步电动机的相电流的大小的电流控制单元。因此，存在如下问题：由于在进行PWM控制的情况下进行PWM控制的开关元件的开关偏差的影响以及在将直流变换为三相交流来驱动的情况下直流电压的检测偏差的影响中的至少任意一方的影响，在启动时所需的转矩大的情况下，有可能会无法启动。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于得到能够进行稳定的启动的同步电动机控制装置。

解决技术问题的技术方案

为了解决上述课题，达到目的，本发明的同步电动机控制装置具备：逆变器主电路；同步电动机，直流电源的直流被逆变器主电路变换为交流，驱动上述同步电动机；以及逆变器控制部，被输入角速度指令值、同步电动机的相电流值以及直流电源的直流电压值，输出用于控制逆变器主电路的PWM信号。而且，逆变器控制部具备：PWM信号生成部；启动控制部，在启动时，将与相电流值相应的启动时电压指令值输出到PWM信号生成部；稳态控制部，在稳态时，使用电压方程来计算稳态时电压指令值并输出到PWM信号生成部；以及稳态控制参数初始值运算部，在从启动时切换到稳态时之时，以使从逆变器主电路向同步电动机的输出电压矢量在切换前后一致的方式将稳态控制部的控制参数初始值输出到稳态控制部。

发明效果

本发明的同步电动机控制装置起到能够进行稳定的启动的效果。

附图说明

图1是示出实施方式1的同步电动机控制装置的结构的框图。

图2是实施方式1的从启动时起至稳态时为止的时序图。

图3是示出在实施方式1中当在启动时与稳态时为一致时的输出电压矢量以及电流矢量的图。

图4是示出实施方式1中的稳态控制参数初始值运算部的工作的流程图。

图5是示出实施方式2的同步电动机控制装置的结构的框图。

图6是实施方式2的从启动时起至稳态时为止的时序图。

图7是示出实施方式2的稳态控制参数初始值运算部的工作的流程图。

附图标记

1：直流电源；2：逆变器主电路；3：三相同步电动机；3a：定子；3b：永磁转子；4a、4b：电流检测器；5：电压检测器；6、6a：逆变器控制部；7：电流坐标变换部；8：启动控制部；9：电压坐标变换部；10：PWM信号生成部；11：积分器；12、12a：稳态控制参数初始值运算部；13、13a：稳态控制部；14：频率补偿量运算部；15：减法器；16：校正电流指令值输出部；16a：初级磁通指令值输出部；17、17a：滤波器；18、19、19a、20：开关。

具体实施方式

以下，根据附图，对本发明的实施方式的同步电动机控制装置、压缩机驱动装置、空气调节机以及同步电动机的控制方法详细地进行说明。此外，本发明并不被该实施方式限定。

实施方式1.

图1是示出本发明的实施方式1的同步电动机控制装置的结构的框图。如图1所示，本实施方式1的同步电动机控制装置具备：逆变器主电路2，连接于直流电源1，由多个开关元件构成；三相同步电动机3，由逆变器主电路2输出的交流电力驱动；电流检测器4a、4b，检测三相同步电动机3的相电流值；电压检测器5，检测直流电源1的直流电压值；以及逆变器控制部6，被输入角速度指令值、电流检测器4a、4b所检测到的相电流值、以及电压检测器5所检测到的直流电压值，生成用于控制逆变器主电路2的多个开关元件的导通截止的PWM信号，输出到逆变器主电路2。在图1中，连接有直流电源1的逆变器主电路2具备电力开关元件SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6、与电力开关元件SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6的每一个电力开关元件反并联地连接的二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、以及电力开关元件SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6的未图示的驱动电路，将来自直流电源1的直流变换为交流，驱动三相同步电动机3。作为一个例子，逆变器主电路2由IPM(Intelligent Power Module，智能功率模块)构成。三相同步电动机3具备由U相、V相以及W相构成的三相Y形接线的定子3a以及永磁转子3b。在图1中，将电力开关元件SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6设为IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)，但本发明并不限定于此。另外，作为一个例子，直流电源1可以是对交流电源进行整流、平滑而生成的。此外，在此，例示出三相同步电动机作为同步电动机，但本发明并不限定于此。

电流检测器4a检测在三相同步电动机3中流过的U相电流Iu，电流检测器4b检测在三相同步电动机3中流过的W相电流Iw。电压检测器5检测直流电源1的电压。此外，虽然在图1中检测U相电流和W相电流，但本发明并不限定于此，既可以检测U相电流Iu和V相电流Iv，也可以检测V相电流Iv和W相电流Iw，也可以检测全部三相的电流。或者，也可以检测在直流电源1中流过的电流，检测二相的相电流。在检测在直流电源1中流过的电流并检测二相的相电流的情况下，设置电流检测单元以及相判断单元，构成为与除了零矢量以外的任意的基本电压矢量对应的开关模式的保持时间比逆变器主电路的死区时间(dead time)与由电流检测单元进行电流检测所需的时间之和长，其中该电流检测单元检测在逆变器主电路的直流母线中流过的电流，该相判断单元根据在由该电流检测单元检测到电流时的逆变器主电路的开关模式来判断此时的检测电流值相当于哪个相的电流值。在日本特开平3-230767号公报，记载有这种技术的一个例子。

逆变器控制部6使用从外部输入的角速度指令值ω*、由电流检测器4a检测的U相电流Iu、由电流检测器4b检测的W相电流Iw以及由电压检测器5检测的直流电压Vdc，生成用于驱动逆变器主电路2的电力开关元件SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6的PWM信号而输出。作为一个例子，逆变器控制部6能够由微处理器实现。

逆变器控制部6按照“启动控制模式”或者“稳态控制模式”而工作，在逆变器控制开始时按照“启动控制模式”工作。此外，在以下的说明中，“启动时”是按照“启动控制模式”工作时，“稳态时”是按照“稳态控制模式”工作时。“启动时”还被记载为“启动控制时”，“稳态时”还被记载为“稳态控制时”。在启动时开关18、19、20全部连接于a端子侧，在稳态时开关18、19、20全部连接于b端子侧。启动控制部8和稳态控制参数初始值运算部12仅在启动时工作。首先，对逆变器控制部6按照“启动控制模式”工作的情况进行说明。

电流坐标变换部7根据后述的相位θ，将U相电流Iu以及W相电流Iw作为输入，将它们变换为作为旋转坐标系的控制轴的γ－δ轴上的值，输出γ轴电流Iγ以及δ轴电流Iδ。在此，当将后述的根据启动控制部8所输出的电压指令值来进行控制的启动控制下的控制轴定义为“γ_K－δ_K轴”，将后述的根据稳态控制部13所输出的电压指令值来进行控制的稳态控制下的控制轴定义为“γ_T－δ_T轴”时，如后所述，在从启动控制转移到稳态控制时对相位θ进行了校正，所以关于γ轴电流Iγ以及δ轴电流Iδ，在启动控制时输出“γ_K－δ_K轴”的值，在稳态控制时输出“γ_T－δ_T轴”的值。

进行电流控制的启动控制部8以使γ轴电流Iγ以及δ轴电流Iδ分别与预先提供给启动控制用的启动时γ轴电流指令值Iγ_K*以及启动时δ轴电流指令值Iδ_K*一致的方式，计算启动时γ轴电压指令值Vγ_K*以及启动时δ轴电压指令值Vδ_K*并输出。该启动控制部8通过PI控制来实现。在“启动控制模式”下，开关20连接于a端子侧，所以选择“Vγ*＝Vγ_K*”以及“Vδ*＝Vδ_K*”。

电压坐标变换部9将γ轴电压指令值Vγ*、δ轴电压指令值Vδ*以及相位θ作为输入，根据相位θ将γ轴电压指令值Vγ*以及δ轴电压指令值Vδ*变换为三相电压指令值Vu*、Vv*、Vw*并输出。PWM信号生成部10将三相电压指令值Vu*、Vv*、Vw*和直流电压Vdc作为输入，生成用于驱动电力开关元件SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6的PWM信号并输出。积分器11将初级角速度ω1作为输入，对初级角速度ω1进行积分，输出相位θ。相位θ被输入到电流坐标变换部7以及电压坐标变换部9。在“启动控制模式”下，开关18连接于a端子侧，所以ω1＝ω*。

稳态控制参数初始值运算部12以使从“启动控制模式”转移到“稳态控制模式”时的输出电压矢量在转移前后一致的方式，计算作为后述的稳态控制部13的控制参数的校正电流指令值Ix*的初始值并输出。稳态控制参数初始值运算部12将从启动控制部8输出的启动时γ轴电压指令值Vγ_K*以及启动时δ轴电压指令值Vδ_K*、从稳态控制部13输出的稳态时γ轴电压指令值Vγ_T*、稳态时δ轴电压指令值Vδ_T*、以及预先提供给启动控制用的启动时γ轴电流指令目标值Iγ_K**作为输入，计算“γ_T－δ_T轴”上的γ轴电流Iγ’、δ轴电流Iδ’并输出，并且计算在“启动控制模式”下使用的启动时校正电流指令值Ix_K*并输出。在“启动控制模式”下，开关19连接于a端子侧，所以选择“Iγ_T＝Iγ’”、“Iδ_T＝Iδ’”以及“Ix*＝Ix_K*”。在“稳态控制模式”下，开关19连接于b端子侧，所以选择“Iγ_T＝Iγ”、“Iδ_T＝Iδ”以及“Ix*＝Ix_T*’”。在此，Iγ_T以及Iδ_T分别是稳态控制部13所使用的γ轴电流以及δ轴电流。

稳态控制部13计算稳态时γ轴电压指令值Vγ_T*以及稳态时δ轴电压指令值Vδ_T*并输出。在此，稳态时γ轴电压指令值Vγ_T*以及稳态时δ轴电压指令值Vδ_T*通过下述式(1)所示的电压方程来计算。该电压方程是对校正项Icmp乘以增益并加到三相同步电动机3的稳态状态下的电压方程而得的。

[式1]

其中，校正项Icmp通过下述式(2)表示。

[式2]

Icmp＝Ix*-Iγ_T+Kcmp·Iδ_T²…(2)

此外，在此，相电阻Ra、d轴电感Ld、q轴电感Lq、感应电压常数φf为马达参数，Kγ、Kδ、Kcmp为设定的增益。其中，当增益过大时，无法控制为启动控制时与稳态启动时的输出电压矢量一致，所以有时需要将增益分为启动控制用和稳态控制用的值，设为能够切换的结构。

接下来，对逆变器控制部6按照“稳态控制模式”工作的情况进行说明。

频率补偿量运算部14将δ轴电流Iδ作为输入，计算角速度补偿量ωd并输出。减法器15将角速度指令值ω*以及角速度补偿量ωd作为输入，从角速度指令值ω*减去角速度补偿量ωd并输出。在逆变器控制部6为“稳态控制模式”的情况下，开关18连接于b端子，所以选择减法器15的输出作为初级角速度ω1。校正电流指令值输出部16将δ轴电流Iδ作为输入，输出在“稳态控制模式”下使用的稳态时校正电流指令值Ix_T*。作为一个例子，校正电流指令值输出部16将针对δ轴电流Iδ的稳态时校正电流指令值Ix_T*预先存储为数据表格，校正电流指令值输出部16参照该数据表格，输出针对所输入的δ轴电流Iδ的稳态时校正电流指令值Ix_T*。滤波器17将稳态时校正电流指令值Ix_T*以及启动时校正电流指令值Ix_K*作为输入，输出对校正电流指令值输出部16的输出乘以一阶滞后滤波器而得到的值Ix_T*’。在此，使用由稳态控制参数初始值运算部12计算出的启动时校正电流指令值Ix_K*作为滤波器17的输出即值Ix_T*’的初始值。

图2是本实施方式1的从启动时起至稳态时为止的时序图。在图2中，(a)表示开关18、19、20的端子位置为a端子侧还是b端子侧，(b)表示输入到启动控制部8的启动时γ轴电流指令值Iγ_K*以及启动时δ轴电流指令值Iδ_K*、以及输入到稳态控制部13的校正电流指令值Ix*，(c)表示角速度指令值ω*。

在从开始三相同步电动机3的驱动的启动开始时间点起至时刻t2为止的“启动控制模式”下，将开关18、19、20全部连接于a端子侧，使用从启动控制部8输出的启动时γ轴电压指令值Vγ_K*以及启动时δ轴电压指令值Vδ_K*进行启动控制，在时刻t2以后的“稳态控制模式”下，将开关18、19、20全部连接于b端子侧，使用从稳态控制部13输出的稳态时γ轴电压指令值Vγ_T*以及稳态时δ轴电压指令值Vδ_T*来进行稳态控制。

输入到启动控制部8的启动时γ轴电流指令值Iγ_K*被设定为按照例如滤波器时间常数为100ms的一阶滞后从0[A]接近启动时γ轴电流指令目标值Iγ_K**。在此，启动时γ轴电流指令目标值Iγ_K**设定为能够使能够可靠地确保三相同步电动机3所要求的启动转矩的相电流流过的值。启动时δ轴电流指令值Iδ_K*固定为0[A]。此时，三相同步电动机3的相电流有效值被控制为收敛于从启动开始时起至启动时γ轴电流指令值Iγ_K*收敛于启动时γ轴电流指令目标值Iγ_K**为止，角速度指令值ω*设为0[rad/s]，为了在收敛之后也可靠地确保为同步，以比“稳态控制模式”时慢的“启动控制模式”专用的加速速率加速直至时间t2。

然后，在作为“启动控制模式”的后期的时刻t1至时刻t2的期间、即图2中的稳态控制参数初始值运算期间，使稳态控制参数初始值运算部12以及稳态控制部13工作，在开关18、19、20从a端子侧转移到b端子侧时进行用于输出电压矢量无变动地工作的调整。在此，作为校正电流指令值Ix*，在稳态控制参数初始值运算期间，选择从稳态控制参数初始值运算部12输出的启动时校正电流指令值Ix_K*，在时刻t2以后的“稳态控制模式”下，选择滤波器17的输出即值Ix_T*’。在时刻t2的时间点，设为“Ix_T*’＝Ix_K*”。另外，在时刻t1，电流坐标变换部7的输出即γ轴电流Iγ以及δ轴电流Iδ分别被设定为可靠地收敛于启动时γ轴电流指令值Iγ_K*以及启动时δ轴电流指令值Iδ_K*。

在此，在图2中，不推测停止时永磁转子3b的磁极位置，而开始启动控制，但从无法使三相同步电动机3反向旋转的用途来看，最好是在推测出磁极位置之后开始启动控制。

图3是示出在本实施方式1中当启动时与稳态时为一致时的输出电压矢量以及电流矢量的图。即，是示出启动时输出电压矢量Va_K与稳态时输出电压矢量Va_T一致时、以及启动时电流矢量Ia_K与稳态时电流矢量Ia_T一致时的矢量图的图。即，图3是示出Va_K＝Va_T以及Ia_K＝Ia_T时的矢量图的图。在三相同步电动机3有未图示的负载的情况下，“γ_K－δ_K轴”与“γ_T－δ_T轴”不一致，而产生轴误差Δθv。该轴误差Δθv在Va_K＝Va_T的情况下，能够表示成稳态时γ轴电压指令值Vγ_T*以及稳态时δ轴电压指令值Vδ_T*所成的角度即稳态时电压相位θv_T与启动时γ轴电压指令值Vγ_K*以及启动时δ轴电压指令值Vδ_K*所成的角度即启动时电压相位θv_K之差。

图4是示出本实施方式1的稳态控制参数初始值运算部12的工作的流程图。在时刻t1至时刻t2的期间，在逆变器控制部6的每个控制周期、例如PWM信号的每个载波周期反复进行图4所示的流程图的处理。首先，开始处理，根据启动时γ轴电压指令值Vγ_K*以及启动时δ轴电压指令值Vδ_K*来计算启动时输出电压矢量的大小|Va_K|以及启动时电压相位θv_K(S1)。接下来，判定该处理是否为第1次处理(S2)，在该处理为第1次时(S2：是)，假定为“γ_K－δ_K轴”与“γ_T－δ_T轴”一致，进行S3至S5的处理。这样，能够缩短直至启动时输出电压矢量Va_K与稳态时输出电压矢量Va_T一致为止的时间。在此，设为Iγ_T＝Iγ_K*，设为Iδ_T＝Iδ_K*，设为Icmp＝0，根据上述式(1)来计算稳态时γ轴电压指令值Vγ_T*以及稳态时δ轴电压指令值Vδ_T*(S3)。然后，使用在S3中计算出的稳态时γ轴电压指令值Vγ_T*以及稳态时δ轴电压指令值Vδ_T*，计算稳态时电压相位θv_T(S4)。之后，计算在S4中计算出的稳态时电压相位θv_T与在S1中计算出的启动时电压相位θv_K之差，将其设定成轴误差Δθv的初始值(S5)。在该流程处理不是第1次的情况下(S2：否)、即为第2次以后的情况下，以每次接近调整相位θv_adj、例如0.1°的方式进行调整，以使轴误差Δθv为稳态时电压相位θv_T与启动时电压相位θv_K之差即“θv_T－θv_K”。在此，不设为轴误差Δθv＝θv_T－θv_K而是使用调整相位θv_adj在每个控制周期接近是为了抑制在S7中求出的电流值振荡，使稳态时输出电压矢量Va_T可靠地收敛于启动时输出电压矢量Va_K。

接下来，根据在S5或者S6中求出的轴误差Δθv，计算“γ_T－δ_T轴”上的γ轴电流Iγ’、δ轴电流Iδ’(S7)。在此，以电流坐标变换部7的输出即γ轴电流Iγ以及δ轴电流Iδ分别收敛于启动时γ轴电流指令值Iγ_K*以及启动时δ轴电流指令值Iδ_K*为前提，将电流矢量的大小|Ia|设为启动时γ轴电流指令目标值Iγ_K**，计算稳态时γ轴电流Iγ_T以及稳态时δ轴电流Iδ_T(S7)。在此，该流程处理在时刻t1至时刻t2的期间进行，所以是“Iγ_T＝Iγ’，Iδ_T＝Iδ’”。

接下来，再次判定该流程处理是否为第1次处理(S8)，在该流程处理为第1次的情况下(S8：是)，设为校正项Icmp＝0，使用上述式(2)来计算校正电流指令值Ix*，将该值设为启动时校正电流指令值Ix_K*的初始值(S9)。在该流程处理不是第1次的情况下(S8：否)、即为第2次以后的情况下，以使启动时输出电压矢量Va_K的大小|Va_K|与稳态时输出电压矢量Va_T的大小|Va_T|在每个控制周期接近而一致的方式，通过比例增益Kp_va的PI控制来计算启动时校正电流指令值Ix_K*(S10)。该处理在时刻t1至时刻t2的期间进行，所以是Ix*＝Ix_K*。

接下来，将在S7中计算出的稳态时γ轴电流Iγ_T以及稳态时δ轴电流Iδ_T、以及在S9或者S10中计算出的校正电流指令值Ix*代入到上述式(1)、(2)，计算稳态时γ轴电压指令值Vγ_T*以及稳态时δ轴电压指令值Vδ_T*(S11)。之后，使用在S11中计算出的稳态时γ轴电压指令值Vγ_T*以及稳态时δ轴电压指令值Vδ_T*，计算稳态时输出电压矢量的大小|Va_T|以及稳态时电压相位θv_T。通过在时刻t1至时刻t2的期间反复进行该处理，从而成为启动时输出电压矢量Va_K与稳态时输出电压矢量Va_T一致的状态，在开关18、19、20从a端子侧切换到b端子侧时，设定启动时校正电流指令值Ix_K*作为滤波器17的输出即值Ix_T*’的初始值，并且将积分器11的输出即相位θ校正轴误差Δθ的量，从而能够在输出电压矢量Va无变动的情况下转移模式。

如以上那样，即使利用使用在稳态时无电流控制部的电压方程来计算电压指令值的控制，也能够可靠地确保启动时所需的转矩，并且能够得到从启动时向稳态时的转移时的输出电压无变动的稳定的启动性能。

另外，在启动时使用电流指令值来计算电压指令值，在稳态时使用电压方程来计算电压指令值，所以启动设定容易，并且能够以少的运算量来实现。另外，由于能够使能够可靠地确保启动时所需的启动转矩的相电流流过，所以作为三相同步电动机的负载，还能够应用于压缩机那样的根据制冷剂的状态而在启动时需要大的转矩的负载。另外，在以使启动时的输出电压矢量与稳态时的输出电压矢量一致的方式计算稳态控制的控制参数初始值时，通过反复计算来在每个控制周期使稳态时的输出电压矢量的大小和相位接近，所以即使电流检测器以及电压检测器因噪声而进行了误检测，也能够使稳态时的输出电压矢量收敛于启动时的输出电压矢量。另外，能够在不将三相同步电动机的转速设为恒定而在加速过程中进行从启动控制向稳态控制的模式切换，所以能够尽可能抑制在低速区可能出现的共振点的影响。

实施方式2.

实施方式1中的稳态控制部13对校正项Icmp乘以增益并加到三相同步电动机3的稳态状态下的电压方程，计算电压指令值，而在本实施方式2中，说明在稳态控制部中使用初级磁通控制的方式。

图5是示出本发明的实施方式2的同步电动机控制装置的结构的框图。在本实施方式2中，对与实施方式1等同的结构附加相同的附图标记而省略说明。以下，对附加有与实施方式1不同的附图标记的结构即逆变器控制部6a内的稳态控制参数初始值运算部12a、稳态控制部13a、初级磁通指令值输出部16a、滤波器17a以及开关19a进行说明。

稳态控制参数初始值运算部12a以使从“启动控制模式”转移到“稳态控制模式”时的输出电压矢量在转移前后一致的方式，计算作为后述的稳态控制部13a的控制参数的初级磁通控制的初级磁通指令值φγ*的初始值并输出。稳态控制参数初始值运算部12a将从启动控制部8输出的启动时γ轴电压指令值Vγ_K*以及启动时δ轴电压指令值Vδ_K*、从稳态控制部13a输出的稳态时γ轴电压指令值Vγ_T*以及稳态时δ轴电压指令值Vδ_T*、以及预先提供给启动控制用的启动时γ轴电流指令目标值Iγ_K**作为输入，计算“γ_T－δ_T轴”上的γ轴电流Iγ’、δ轴电流Iδ’并输出，并且计算在“启动控制模式”下使用的启动时初级磁通指令值φγ_K*并输出。在“启动控制模式”下，开关19a连接于a端子侧，所以选择“Iγ_T＝Iγ’”、“Iδ_T＝Iδ’”以及“φγ*＝φγ_K*”。在“稳态控制模式”下，开关19a连接于b端子侧，所以选择“Iγ_T＝Iγ”、“Iδ_T＝Iδ”以及“φγ*＝φγ_T*’”。

稳态控制部13a进行初级磁通控制，计算稳态时γ轴电压指令值Vγ_T*以及稳态时δ轴电压指令值Vδ_T*并输出。在此，根据基于初级磁通控制的下述式(3)所示的电压方程来计算稳态时γ轴电压指令值Vγ_T*以及稳态时δ轴电压指令值Vδ_T*。

[式3]

其中，φerr通过下述式(4)表示。

[式4]

此外，在此，相电阻Ra、d轴电感Ld、q轴电感Lq以及感应电压常数φf为马达参数，Kγ’、Kδ’为设定的增益。其中，当增益过大时，无法控制为启动时与稳态时的输出电压矢量一致，所以有时需要将增益分为启动控制用和稳态控制用的值，设为能够切换的结构。

初级磁通指令值输出部16a将δ轴电流Iδ作为输入，输出在“稳态控制模式”下使用的稳态时初级磁通指令值φγ_T*。例如，针对δ轴电流Iδ的稳态时初级磁通指令值φγ_T*的值作为数据表格而预先存储于初级磁通指令值输出部16a内，初级磁通指令值输出部16a参照该数据表格，输出针对所输入的δ轴电流Iδ的稳态时初级磁通指令值φγ_T*。滤波器17a输出对初级磁通指令值输出部16a的输出乘以一阶滞后滤波器而得到的值φγ_T*’。在此，使用由稳态控制参数初始值运算部12a计算出的启动时初级磁通指令值φγ_K*作为滤波器17a的输出即值φγ_T*’的初始值。

图6是本实施方式2的从启动时起至稳态时为止的时序图。在图6中，(a)表示开关18、19a、20的端子位置是a端子侧还是b端子侧，(b)表示输入到启动控制部8的启动时γ轴电流指令值Iγ_K*以及启动时δ轴电流指令值Iδ_K*，(c)表示输入到稳态控制部13a的初级磁通指令值φγ*，(d)表示角速度指令值ω*。在此，关于除了(c)以外的工作，由于与实施方式1相同，所以省略说明。

在作为“启动控制模式”的后期的时刻t1至时刻t2的期间、即图6中的稳态控制参数初始值运算期间，使稳态控制参数初始值运算部12a以及稳态控制部13a工作，进行用于在开关18、19a、20从a端子侧转移到b端子侧时输出电压矢量无变动地工作的调整。在此，作为初级磁通指令值φγ*，在稳态控制参数初始值运算期间，选择从稳态控制参数初始值运算部12a输出的启动时初级磁通指令值φγ_K*，在时刻t2以后的“稳态控制模式”下，选择滤波器17a的输出即值φγ_T*’。在时刻t2的时间点，设为“φγ_T*’＝φγ_K*”。

图7是示出本实施方式2的稳态控制参数初始值运算部12a的工作的流程图。在时刻t1至时刻t2的期间，在逆变器控制部6a的每个控制周期、例如PWM信号的每个载波周期反复进行图7所示的流程处理。在图7中，关于除了S3a、S9a、S10a、S11a以外的处理，由于与实施方式1的图4相同，所以附加相同的附图标记而省略说明。

在S3a中，假定为“γ_K－δ_K”轴与“γ_T－δ_T”轴一致，设为Iγ_T＝Iγ_K*，设为Iδ_T＝Iδ_K*，设为φerr＝0，根据上述式(3)、(4)式来计算稳态时γ轴电压指令值Vγ_T*以及稳态时δ轴电压指令值Vδ_T*。在S9a中，设为φerr＝0，使用上述式(4)来计算初级磁通指令值φγ*，将该值设为启动时初级磁通指令值φγ_K*的初始值。在S10a中，以使启动时输出电压矢量Va_K的大小|Va_K|与稳态时输出电压矢量Va_T的大小|Va_T|在每个控制周期接近而一致的方式，通过比例增益Kp_va’的PI控制来计算启动时初级磁通指令值φγ_K*。该流程处理在时刻t1至时刻t2的期间进行，所以是φγ*＝φγ_K*。在S11a中，将在S7中计算出的稳态时γ轴电流Iγ_T以及稳态时δ轴电流Iδ_T、以及在S9a或者S10a中计算出的初级磁通指令值φγ*代入到上述式(3)、(4)式，计算稳态时γ轴电压指令值Vγ_T*以及稳态时δ轴电压指令值Vδ_T*。

通过在时刻t1至时刻t2的期间反复进行该处理，从而成为启动时输出电压矢量Va_K与稳态时输出电压矢量Va_T一致的状态，在开关18、19a、20从a端子侧切换到b端子侧时，设定启动时初级磁通指令值φγ_K*作为滤波器17a的输出即值φγ_T*’的初始值，并且将积分器11的输出即相位θ校正轴误差Δθ的量，从而能够在输出电压矢量Va无变动的情况下进行转移。

如以上那样，在使用了根据基于初级磁通控制的电压方程来计算电压指令值的稳态控制部的情况下，由于具备根据三相同步电动机的相电流的大小来计算电压指令值的启动控制部、以及在从启动控制部切换到稳态控制部时以使输出电压矢量一致的方式计算稳态控制部的控制参数初始值的稳态控制参数初始值运算部，从而也能够得到与实施方式1同样的效果。

此外，不仅实施方式1、2中说明的同步电动机控制装置包含于本发明，这样的同步电动机的控制方法也包含于本发明。即，具备如下步骤的同步电动机的控制方法也包含于本发明：根据同步电动机的相电流以及直流电源的直流电压来计算启动时电压指令值并输出的步骤；使用电压方程来计算稳态时电压指令值并输出的步骤；以及在将直流电源的直流电力变换为交流电力时的电压指令值从启动时电压指令值切换到稳态时电压指令值时，以使基于启动时电压指令值的向同步电动机的输出电压矢量与基于稳态时电压指令值的向同步电动机的输出电压矢量一致的方式计算稳态控制参数初始值的步骤。通过这样控制同步电动机，能够使同步电动机的启动变稳定，能够降低环境负担。

另外，在计算稳态控制参数初始值的步骤中，优选如在实施方式1、2中所说明那样，通过反复计算来在每个控制周期接近稳态时的从逆变器主电路向同步电动机的输出电压矢量的大小以及相位。这是因为即使电流检测器以及电压检测器因噪声而进行了误检测，也能够使稳态时的输出电压矢量收敛于启动时的输出电压矢量。

此外，具备在实施方式1、2中说明的同步电动机控制装置以及与压缩机连接的永磁同步电动机的压缩机驱动装置也包含于本发明。即，在实施方式1、2中说明的同步电动机控制装置还能够应用于驱动压缩机的压缩机驱动装置，这样的压缩机驱动装置能够进行稳定的启动。

另外，这样的压缩机驱动装置能够应用于使空气调节机的制冷剂循环的压缩机，具备这样的压缩机的空气调节机也包含于本发明。这样的空气调节机能够进行稳定的启动。

以上的实施方式所示的结构示出了本发明的内容的一个例子，既能够与其它公知的技术进行组合，还能够在不脱离本发明的要点的范围对结构的一部分进行省略、变更。

Claims (5)

1.一种同步电动机控制装置，其特征在于，具备：

逆变器主电路，连接于直流电源，该逆变器主电路包括多个开关元件；

同步电动机，被所述逆变器主电路所输出的交流电力驱动；

电流检测器，检测所述同步电动机的相电流值；

电压检测器，检测所述直流电源的直流电压值；以及

逆变器控制部，被输入角速度指令值、所述相电流值以及所述直流电压值，生成用于控制所述多个开关元件的导通截止的PWM信号并输出到所述逆变器主电路，

在启动时和稳态时按照不同的工作模式工作的所述逆变器控制部具备：

PWM信号生成部，生成向所述逆变器主电路的PWM信号；

启动控制部，在按照所述启动时的工作模式工作时，将与所述相电流值相应的启动时电压指令值输出到所述PWM信号生成部；

稳态控制部，在所述稳态时，使用电压方程来计算稳态时电压指令值并输出到所述PWM信号生成部；以及

稳态控制参数初始值运算部，在从所述启动时的工作模式切换到所述稳态时的工作模式时，以使从所述逆变器主电路向所述同步电动机的输出电压矢量在切换的前后一致的方式将所述稳态控制部的控制参数初始值输出到所述稳态控制部。

2.一种压缩机驱动装置，其特征在于，具备：

权利要求1所述的同步电动机控制装置；以及

所述同步电动机，是与压缩机连接的永磁同步电动机。

3.一种空气调节机，其特征在于，

具备权利要求2所述的压缩机驱动装置以及所述压缩机，

所述压缩机使制冷剂循环而工作。

4.一种同步电动机的控制方法，所述同步电动机被将直流电源的直流电力变换为交流电力从而来自逆变器主电路的输出电压矢量驱动，所述同步电动机的控制方法的特征在于具备：

根据所述同步电动机的相电流以及所述直流电源的直流电压来计算启动时电压指令值并输出的步骤；

使用电压方程来计算稳态时电压指令值并输出的步骤；以及

在将把所述直流电源的直流电力变换为交流电力时的电压指令值从所述启动时电压指令值切换为所述稳态时电压指令值时，以使基于所述启动时电压指令值的从所述逆变器主电路向所述同步电动机的输出电压矢量与基于所述稳态时电压指令值的从所述逆变器主电路向所述同步电动机的输出电压矢量一致的方式计算稳态控制参数初始值的步骤。

5.根据权利要求4所述的同步电动机的控制方法，其特征在于，

在计算所述稳态控制参数初始值的步骤中，

通过反复运算来在每个控制周期使从所述逆变器主电路向所述同步电动机的稳态时的输出电压矢量的大小以及相位接近于启动时的输出电压矢量的大小以及相位。