CN108575113A - 电动机控制装置 - Google Patents

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Abstract

实施方式的电动机控制装置具备：多个磁极位置推断部，分别推断多个电动机的磁极位置；向量控制部，基于所述磁极位置，对所述多个电动机分别进行向量控制；以及相位同步控制部，输出相位调整信号以使所述多个电动机中作为基准的一个电动机的旋转相位与其他电动机的旋转相位同步，该相位调整信号用于对与所述其他电动机相对应的向量控制部所具备的速度控制部的输入信号或者输出信号进行修正。

Description

电动机控制装置
技术领域
本发明的实施方式涉及一种使多个电动机的旋转相位同步的控制装置。
背景技术
以前，作为使用多个逆变器来驱动永磁式同步电动机的方法，有例如专利文献1中公开的同步电动机的无位置传感器控制装置。在该现有技术中，将具有复绕组的同步电动机作为控制对象。需要在复绕组中使各绕组的通电相位一致，并且，所连接的多个逆变器使通电相位来进行控制。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5527025号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，在专利文献1的结构中，无法完全通过无位置传感器的控制来驱动独立的永磁式同步电动机而使各电动机的旋转相位同步运转。
因此，提供一种电动机控制装置，该电动机控制装置采用无位置传感器方式对多个电动机进行驱动，并且能够使各电动机的旋转相位同步进行运转。
用于解决问题的手段
根据实施方式的电动机控制装置，具备：多个磁极位置推断部，分别推断多个电动机的磁极位置；向量控制部，基于所述磁极位置，对所述多个电动机分别进行向量控制；以及相位同步控制部，输出相位调整信号以使所述多个电动机中作为基准的一个电动机的旋转相位与其他电动机的旋转相位同步，该相位调整信号用于对与所述其他电动机相对应的向量控制部所具备的速度控制部的输入信号或者输出信号进行修正。
附图说明
图1是示出第一实施方式的电动机控制装置的结构的功能框图。
图2是示出向量控制部的结构的功能框图。
图3是示出位置推断部的结构的功能框图。
图4是示出相位同步控制部的结构的功能框图。
图5是示出在使2个电动机等速旋转时进行了相位同步控制的情况下的各电动机的旋转电角度及其差分值以及从属侧电动机电流的各波形的图。
图6是示出第二实施方式的相位同步控制部的结构的功能框图。
图7是示出第三实施方式的相位同步控制部的结构的功能框图。
图8是说明MTPA控制的图。
具体实施方式
(第一实施方式)
以下，参照图1至图5，对第一实施方式进行说明。图1是示出电动机控制装置的结构的功能框图。虽然在本实施方式中对控制2个电动机的旋转相位的结构进行说明，但也可以适用于控制3个以上电动机的结构。在本实施方式中，在控制多个电动机的旋转相位时，将以作为基准的旋转相位驱动的电动机定义为主侧电动机，将以该主侧电动机为基准按任意相位差进行驱动、但完全同步时相位差为零的电动机定义为从属侧电动机。而且，如上所述，该从属侧电动机也可以为几个电动机。
速度指令值ωRef由驱动电动机的上位系统、例如空调机等系统被指示而被输入给控制部1。控制部1具备主侧向量控制部2M和从属侧向量控制部2S。速度指令值ωRef作为ωRef1而被原样地输入主侧向量控制部2M。另一方面，速度指令值ωRef与同步角度指令θRef被一起输入到相位同步控制部3进行控制的结果是，新的速度指令值ωRef2被生成并输入到从属侧向量控制部2S。
在各个向量控制部2M、2S中，基于对各自对应的电动机检测出的速度和/或电流，分别生成针对主侧逆变器4M、从属侧逆变器4S的PWM(脉冲宽度调制)信号并输出。这些逆变器4M、4S根据输入的PWM信号，分别对主侧电动机5M、从属侧电动机5S施加交流电压进行驱动。电动机5为永磁式同步电动机。
图2示出了向量控制部2的结构。该结构在主侧和从属侧通用。三相/二相转换部11将三相电流转换成用于向量控制的d－q轴坐标电流Id、Iq，所述三相电流是通过配置于未图示的电流传感器或逆变器4上的电流检测用电阻等对电动机5检测出来的。速度控制部12根据输入的速度指令ωRef(1、2)和从位置推断部13输出的推断速度ωc，生成q轴电流指令Iq_Ref并输出。弱磁控制部14以使逆变器输出电压Vd、Vq不超过直流电压VDC的方式，生成作为弱磁电流的d轴电流指令Id_Ref并输出。
电流控制部15根据输入的d轴、q轴的电流指令Id_Ref、Iq_Ref以及电流Id、Iq，生成d、q轴电压指令Vd、Vq并输出。二相/三相转换部16将dq轴电压指令Vq、Vd转换成三相电动机电压Vu、Vv、Vw。调制控制部17根据三相电动机电压Vu、Vv、Vw和直流电压VDC，生成通电到逆变器4的六个元件量的PWM信号U±、V±、W±。
位置推断部13根据d轴、q轴电流Id、Iq和d轴电压Vd，求出电动机5的推断速度ωc、推断旋转位置θc以及位置推断误差Δθ。图3示出位置推断部13的结构。感应电压运算部18根据电流Id、Iq和d轴电压Vd运算d轴感应电压Ed，PI(Proportional-Integral：比例积分)运算器19对d轴感应电压Ed进行PI运算后输入到减法器20。减法器20从速度指令值ωRef减去上述的PI运算结果而求出电动机5的推断速度ωc。此外，还通过由积分器21对推断速度ωc进行积分来求出推断旋转位置θc。进一步由除法器22将d轴感应电压Ed除以推断速度ωc与电枢交链磁通Ф的乘积，从而求出位置推断误差Δθ。
下面，参照图4，对相位同步控制部3的结构进行说明。在相位同步控制部3中输入2个电动机5M、5S的旋转相位差指令即同步角度指令θRef。减法器23将从同步角度指令θRef减去2个电动机5M、5S的相位差θdev2后得到的偏差sinθdev输入到控制器24。控制器24在此使用比例器，对偏差sinθdev乘以比例系数C(s)＝KP_APR后输出。该控制器24的输出信号相当于相位调整信号，通过用加法器25将该相位调整信号和主侧的速度指令值ωRef1相加，求出从属侧的速度指令值ωRef2。
各个速度指令值ωRef1、ωRef2如前所述地被输入到各个向量控制部2M、2S以进行速度控制，逆变器4M、4S分别对电动机5M、5S施加PWM信号。其结果，电动机5M、5S分别以速度ω1、ω2进行旋转，各自的旋转位置成为θ1、θ2。再有，在图4中，将向量控制部2分为速度控制部12和表示其他功能块的向量控制部2’来示出。
实际的旋转位置θ1、θ2由于无法直接检测出来，因此，由减法器26从推断旋转位置θc1减去推断旋转位置θc2而求出两者间的旋转相位差θdev1。进一步地，由减法器27对位置推断部13运算出的位置推断误差Δθ1、Δθ2之差进行运算，并由减法器28从旋转相位差θdev1中减去该差，由此求出考虑了推断误差的旋转相位差θdev2，并反馈给减法器23。
下面，对本实施方式的作用进行说明。在此例示同步角度指令θRef为零的情况。例如，在从属侧电动机5S相对主侧电动机5M以延迟相位进行旋转的情况下，求出2个电动机5M、5S的推断旋转位置θc1、θc2的差分值并进行反馈时，电动机5S的速度指令值ωRef2比电动机5M的速度指令值ωRef1大出相加了控制器24的输出信号后的量。其结果，电动机5S的速度也会比电动机5M快，作为其积分值的旋转位置θ2、推断旋转位置θc2也会前进，因此，相位误差被降低。
即使保持这样，也可以在某种程度上达成2个电动机5M、5S间的相位同步驱动。但是，若相对于电动机5的实际旋转位置θ而推断旋转位置θc存在误差，则会产生同步相位差。于是，如上所述，用各自的位置推断部13运算2个电动机5M、5S的位置推断误差Δθ1、Δθ2，求出它们的差并与相位差θdev1相加，通过对考虑了位置推断误差的同步相位差θdev2进行运算而进行高精度的相位同步控制。
图5示出了：在使2个电动机5M、5S以相同速度进行旋转时进行了相位同步控制的情况下的、电动机5M、5S的旋转电角度、作为其差分值的相位误差以及从属侧电动机5S的电流。可知，在开始了相位同步控制之后，电动机5M、5S的旋转角度被同步，相位误差收敛为零。
如上所述，根据本实施方式，通过磁极位置推断部13M、13S来推断电动机5M、5S的磁极位置θc1、θc2。相位同步控制部3输出用于使电动机5S的旋转位置θc2与成为基准的电动机5M的旋转位置θc1相同步的相位调整信号，并对旋转速度指令ωRef1进行修正。由此，伴随着2个电动机5M、5S的运转的振动等降低，因此，能够降低作为例如空调机等产品而成为问题的噪声和/或振动等。
而且，相位同步控制部3基于在磁极位置推断部13中检测出的各电动机5M、5S的磁极位置θc1、θc2的差分值θdev1以及磁极位置推断误差Δθ1、Δθ2来进行相位同步控制。由此，即使是推断的旋转位置θc包含有误差Δθ的情况，也能够进行高精度的相位同步控制。
(第二实施方式)
图6是第二实施方式，对与第一实施方式相同的部分标注相同符号并省略说明，对不同的部分进行说明。在第一实施方式的控制部3中，加法器25位于速度控制部12S的输入侧，将运算器24的输出信号与主侧的速度指令值ωRef1相加。与此相对，在第二实施方式的控制部31中，加法器25位于速度控制部12S的输出侧，将运算器24的输出信号与速度控制部12S的输出即Iq_Ref2相加。并且，在第一实施方式的向量控制部2S中添加了加法器25后，即构成第二实施方式的向量控制部32S。
图6中示出的结构以控制对象的电动机5是表面永磁式同步电动机(SPMSM)为前提。该情况下，仅用q轴电流控制电动机5的输出转矩，因此，向量控制部2S的输出为q轴电流，相位同步控制部31的输出也被加到q轴电流中。
根据如上所述所构成的第二实施方式，由于利用运算器24的输出信号对速度控制部12S的输出信号进行修正，因此，能够应对电动机5M、5S为表面永磁式同步电动机的情况而进行最优的相位同步控制。
(第三实施方式)
此外，图7中示出的第三实施方式的结构以控制对象的电动机5是埋入式永磁同步电动机(IPMSM)为前提，该情况下，用d轴电流和q轴电流控制电动机5的输出转矩。因此，第三实施方式的控制部33具备向量控制部34M、34S。
在向量控制部34中，在第二实施方式的结构的基础上，在速度控制部12的下级配置有MTPA(Maximum Torque Per Ampere:最大转矩/电流控制)控制部35。而且，利用在所述控制部35中实行的MTPA算法，将电流指令值IRef分成最优的d轴、q轴各自的电流指令Id_Ref、Iq_Ref。此外，该图中所示的功能块34M'对应于向量控制部34M中的除了速度控制部12M和MTPA控制部35M以外的剩余的功能块。功能块34S'对应于向量控制部34S中的除了速度控制部12S、加法器25和MTPA控制部3M以外的剩余的功能块。
图8是有关MTPA控制的图，横轴表示d轴电流Id，纵轴表示q轴电流Iq。图中所示的三个恒转矩曲线是将针对电动机5输出的三种转矩T1、T2、T3而d轴、q轴电流Id、Iq能够取的对进行连线而得到的。例如，若考虑由虚线示出的三种电流对作为给予转矩T2的情况下的电流对，则电流最小的、即离原点的距离短的电流对是Iq＝4.5A、Id＝－4.3A。若按照每个转矩来连接它们，则成为图中所示的MTPA控制线上示出的运动。即，输出某个转矩时选择电流最小的组合的算法为MTPA。
MTPA控制部35将如图8所示的图(map)作为表数据保存在例如存储器中，对应电动机5的期望输出转矩而选择电流最小的d轴、q轴电流Id、Iq的组合。
根据如上所述所构成的第三实施方式，由于利用运算器24的输出信号对电动机5的电流指令IRef进行控制，因此，能够应对电动机5M、5S为埋入式永磁同步电动机的情况来进行最优的相位同步控制。
(其他实施方式)
同步角度指令θRef不限于零，也可以根据个别规格设定为适当的角度。
并不限于空调机，只要是对多个电动机的旋转相位进行同步控制的系统就可以适用。
已经说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式是作为例子而提出的，并不是想限定发明范围。这些新的实施方式可以以其他各种各样的方式实施，可以在不脱离发明主旨的范围内进行各种各样的省略、置换和变更。这些实施方式或其变形包含在发明范围或主旨内，并且也包含在权利要求范围中记载的发明及其均等的范围内。
产业上的可利用性：
如上所述，实施方式涉及的电动机控制装置在对多个电动机的旋转相位进行同步控制时有用。

Claims (4)

1.一种电动机控制装置，在将多个电动机作为控制对象的电动机控制装置中，具备：
多个磁极位置推断部，分别推断所述多个电动机的磁极位置；
向量控制部，基于所述磁极位置，对所述多个电动机分别进行向量控制；以及
相位同步控制部，输出相位调整信号以使所述多个电动机中作为基准的一个电动机的旋转相位与其他电动机的旋转相位同步，该相位调整信号用于对与所述其他电动机相对应的向量控制部所具备的速度控制部的输入信号或者输出信号进行修正。
2.根据权利要求1所述的电动机控制装置，利用所述相位调整信号，对作为所述输入信号的旋转速度指令进行修正。
3.根据权利要求1所述的电动机控制装置，利用所述相位调整信号，对作为所述输出信号的电流指令进行修正。
4.根据权利要求1至3的任一项所述的电动机控制装置，所述相位同步控制部基于由所述磁极位置推断部检测出的各电动机的磁极位置的差分值以及磁极位置推断误差来输出相位调整信号。
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