CN110890854A - 同步电动机控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种同步电动机控制装置(10)，其电流限值生成处理部(27)基于同步电动机(50)的速度检测值，表示d轴电压的限值的d轴电压限值(vd_lim_in)，和表示用于导出q轴电流指令值的运算乘数值的电流指令限值运算增益(iq_lim_ca1_gain)，导出限制同步电动机(50)的电压饱和的q轴电流指令值限值(iq_lim_out)。电流指令限制处理部(28)基于电流限值生成处理部(27)导出的q轴电流指令值限值(iq_lim_out)，限制q轴电流指令值。由此，即使在同步电动机控制装置的电源电压降低的情况下，也不会在高速域中过度降低输出转矩，能够抑制同步电动机的急剧的输出转矩降低。

Description

同步电动机控制装置

技术领域

本发明涉及同步电动机控制装置，特别涉及能够有效减轻同步电动机的由饱和电压引起的转矩降低的技术。

背景技术

作为同步电动机的控制方法，已知有例如矢量控制或电流控制等。矢量控制是指分别独立地调节并控制向取向于电动机的磁极方向的d轴和与其正交的q轴流动的电流。另外，电流控制是指例如通过比例积分(PI)方式来进行电流的控制。

在利用磁阻转矩的同步电动机中，电感相对于由同步电动机控制装置施加的电流而变化。因此，驱动电压相对于同步电动机的速度具有非线性特性。

这时，在同步电动机控制装置的电源电压降低的情况下，同步电动机的输出转矩会因电压饱和而急剧降低。另外，当成为电压饱和时，同步电动机的电流控制特性就会变差，存在发生转速急剧下降或转矩脉动等问题。

作为解决这种同步电动机的输出转矩降低的技术，已知有如下技术：即使在同步电动机控制装置的电源电压降低的情况下，也对电流指令值实施电流限制处理，以使其不随着电源电压而发生电压饱和(例如参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-35923号公报。

发明内容

发明所要解决的技术问题

在上述的专利文献1的技术中，在例如对电流指令值实施电流限制处理以使其不发生电压饱和的情况下，作为相对于同步电动机的速度而言的一次函数，导出电流限值。

但是，电源电压与成为电压饱和极限的电流限值之间的关系不是一次函数。因此，虽然通过用一次函数设定该电流限值，不会发生电压饱和，但通过同步电动机的速度，会将电流指令值限制在必要以上，其结果是，输出转矩有可能受到限制。

本发明的目的在于，提供一种技术，其即使在同步电动机控制装置的电源电压降低的情况下，也能够以不会在高速域过度降低输出转矩的方式，抑制同步电动机的急剧的输出转矩降低。

关于本发明的上述以及其他目的和新特征，从本说明书的记述及附图中即可明了。

用于解决问题的技术方案

如果对本申请所公开的技术方案中的有代表性的技术方案的概要进行简单说明，则如下所述。

即，有代表性的同步电动机控制装置具有逆变器电路、速度控制部、电流限值生成处理部、电流指令限制处理部、d轴电流指令生成部、q轴电流控制部、d轴电流控制部和三相转换部。

逆变器电路根据直流电压，生成三相电压指令，将所生成的三相电压指令施加给同步电动机。速度控制部根据设定同步电动机的转速的速度指令值与表示同步电动机的转速的速度检测值之差，运算q轴电流指令值。

电流限值生成处理部输出用于抑制同步电动机的电压饱和的电流指令限值。电流指令限制处理部基于从电流限值生成处理部输出的电流指令限值，生成用于限制速度控制部运算出的q轴电流指令值的q轴电流限制指令值。

d轴电流指令生成部基于电流指令限制处理部生成的q轴电流限制指令值，按照任意的磁动势相差角，生成d轴电流指令值。q轴电流控制部基于电流指令限制处理部生成的q轴电流限制指令值，生成q轴电压指令值。

d轴电流控制部基于d轴电流指令生成部生成的d轴电流指令值，生成d轴电压指令值。三相转换部将q轴电流控制部生成的q轴电压指令值和d轴电流控制部生成的d轴电压指令值转换为三相指令值。

另外，电流限值生成处理部以同步电动机的速度检测值、表示d轴电压的限值的d轴电压限值、及表示用于导出q轴电流指令限值的运算乘数值的电流指令限值运算增益为参数，导出与所述同步电动机的负载变化相对应的电流指令限值。电流指令限制处理部基于电流限值生成处理部导出的电流指令限值，限制q轴电流指令值。

发明效果

如果对由本申请所公开的技术方案中的有代表性的技术方案得到的效果进行简单说明，则如下所述。

(1)能够减轻同步电动机的急剧的转矩波动。

(2)通过上述(1)，能够使同步电动机的动作稳定化。

附图说明

图1是表示实施方式1的同步电动机控制装置的结构之一例的方框图。

图2是表示由图1的同步电动机控制装置控制的同步电动机的转矩－速度特性之一例的说明图。

图3是表示图1的同步电动机控制装置的d轴电压vd及q轴电压vq的电压矢量的说明图。

图4是表示同步电动机的转矩－速度特性之一例的说明图。

图5是对电压饱和现象进行说明的说明图。

图6是表示实施方式2的同步电动机控制装置的结构之一例的方框图。

图7是表示图6的同步电动机控制装置具有的电流限值生成处理部的结构之一例的说明图。

图8是表示实施方式2的同步电动机的转矩－速度特性之一例的说明图。

图9是实施方式3的同步电动机控制装置的结构之一例的说明图。

图10是表示图9的同步电动机控制装置具有的电流限值生成处理部的结构之一例的说明图。

图11是表示实施方式3的同步电动机的转矩－速度特性之一例的说明图。

附图标记的说明

10 同步电动机控制装置

21 逆变器电路

23 转换器电路

24 速度检测运算部

25 减法器

26 速度控制部

27 电流限值生成处理部

28 电流指令限制处理部

29 d轴电流指令生成部

30 q轴电流控制部

31 d轴电流控制部

32 三相转换部

35 d轴电压限值生成处理部

36 q轴电流限值生成处理部

37 q轴电流限值切换速度生成处理部

38 q轴电流限值切换处理部

39 一阶滞后滤波器

50 同步电动机

51 位置检测器。

具体实施方式

在用于说明实施方式的所有图中，在同一部件上原则上附带同一附图标记，省略其重复说明。

(实施方式1)

下面，对实施方式进行详细说明。

〈同步电动机控制装置的结构例〉

图1是表示本实施方式1的同步电动机控制装置10的结构之一例的方框图。

同步电动机控制装置10控制同步电动机50的旋转动作。同步电动机50例如由伺服电机等构成。在该同步电动机50上连接有位置检测器51。位置检测器51检测同步电动机50的转子位置θm。

如图1所示，同步电动机控制装置10由逆变器电路21、转换器电路23、速度检测运算部24、减法器25、速度控制部26、电流限值生成处理部27、电流指令限制处理部28、d轴电流指令生成部29、q轴电流控制部30、d轴电流控制部31和三相转换部32等构成。

此外，在图1的例子中，表示同步电动机控制装置10中设置有转换器电路23而构成的例子，但该转换器电路23也可以设置在同步电动机控制装置10的外部。

逆变器电路21对同步电动机50分别施加三相电压指令vu、vv、vw。转换器电路23将三相电源VF转换为直流电压Vdc而供给到逆变器电路21。三相电源VF是三相交流电源。

速度检测运算部24根据由位置检测器51检测出的转子位置θm，运算同步电动机50的转速即速度检测值Nm。减法器25运算速度指令值Nref与由速度检测运算部24运算出的速度检测值Nm之差。

速度指令值Nref是从设置于外部的上位控制装置输入的。例如，在同步电动机50用于压力机等的情况下，上位控制装置是负责该压力机的控制的控制装置等，向驱动压力机的同步电动机输出转速指令值。

速度控制部26基于减法器25的运算结果，运算对q轴的电流进行控制的q轴电流指令值iqref。电流限值生成处理部27基于从速度检测运算部24输出的速度检测值Nm、作为参数的d轴电压限值vd_1im_in、及运算增益iq_lim_ca1_gain，生成q轴电流指令限值iq_1im_out并将其输出。

d轴电压限值vd_lim_in表示d轴电压的限值。运算增益iq_lim_cal_gain表示导出q轴电流指令值的运算乘数值。

这些d轴电压限值vd_lim_in及运算增益iq_lim_ca1_gain等参数例如通过在外部与同步电动机控制装置10连接的个人计算机等来设定。或者，也可以使用双列直插开关等设定参数。

电流指令限制处理部28根据由电流限值生成处理部27生成的q轴电流指令限值iq_lim_out，输出对由速度控制部26运算出的q轴电流指令值iqref进行限制后的q轴电流指令值iqref_out。

d轴电流指令生成部29基于从电流指令限制处理部28输出的q轴电流指令值iqref_out，按照d轴(磁场成分)与电枢磁动势中心之间的相差角即磁动势相差角β，输出d轴电流指令值idref_out。

q轴电流控制部30基于从电流指令限制处理部28输出的q轴电流指令值iqref_out，运算q轴电压指令值vqref。d轴电流控制部31基于q轴电流指令值iqref_out，运算d轴电压指令值vdref。

三相转换部32将q轴电流控制部30输出的q轴电压指令值vqref及d轴电流控制部31输出的d轴电压指令值vdref转换为三相指令值vuref、vvref、vwref，并供给到逆变器电路21。

接下来，对同步电动机控制装置10具有的电流限值生成处理部27的动作进行详细说明。

图2是表示由图1的同步电动机控制装置10控制的同步电动机50的转矩－速度特性之一例的说明图。

图2的点划线表示利用磁阻转矩的同步电动机50的设计上的转矩－速度特性。这里，从转换器电路23输出的直流电压Vdc的降低未加以考虑，该直流电压Vdc例如设为270V左右。

如图2所示，当以同步电动机50的最高速度Nmax提高负载转矩时，从某转矩开始，速度以接近线性特性的特性降低。另外，将这时的直流电压Vdc(＝270V)称为基准电压。

但是，在直流电压Vdc降低的情况下(Vdc＜270V)，通过q轴电流控制部30或d轴电流控制部31的电流指令，在同步电动机50上发生电压饱和，如图2的实线所示，速度通过非线性特性而从电压饱和起始点开始降低。

利用图3对该速度降低的原因即电压饱和现象进行说明。

图3是表示图1的同步电动机控制装置10的d轴电压vd及q轴电压vq的电压矢量的说明图。

当设d轴电压vd的最大值为电压vd_max，且设q轴(转矩成分)电压vq的最大值为电压vq_max时，如图3所示，逆变器电路21可输出的电压的最大值变成圆形。

如果电压矢量的长度在该圆内，则不会发生电压饱和。相反，当像电压矢量B那样在该圆的外侧时，就会发生电压饱和。为了抑制电压饱和，需要如图3所示的电压矢量A那样抑制矢量的长度，以使其收敛在该圆内。

因此，在同步电动机控制装置10中，电流限值生成处理部27通过q轴电流控制部30或d轴电流控制部31的电流指令，导出不发生电压饱和的电流指令的限值，即q轴电流限值。

电流限值生成处理部27根据以下原理，导出上述的q轴电流限值。

电流限值生成处理部27按照d轴电压限值vd_lim_in和电动机速度Nm，导出q轴电流限值。具体地说，从同步电动机的d轴电压方程式的干扰项导出。

通常，以dq坐标来表达的同步电动机的电压方程式如下式(1)所示。在式(1)的同步电动机的电压方程式中，干扰项如式(2)所示，d轴电压方程式的干扰项是vod。

在式(1)及式(2)中，vd为d轴电压，vq为q轴电压，vod为d轴的干扰电压，voq为q轴的干扰电压，id为d轴电流，iq为q轴电流，R为同步电动机的绕组电阻值，Ld为同步电动机的d轴的电感值，Lq为同步电动机的q轴的电感值，ω为同步电动机的电角速度，Ψa为同步电动机的磁链。

接着，利用公式对由电流限值生成处理部27进行的具体q轴电流指令限值iq_lim_out的导出方法进行说明。

电流限值生成处理部27按照电动机速度Nm，使用下式(3)，导出q轴电流指令限值iq_lim_out。另外，在q轴电流指令限值iq_lim_out的值成为负值的情况下，q轴电流指令限值iq_lim_out＝0。这里，电动机速度Nm的单位假定[min^-1]。另外，式(3)的Pp为同步电动机的极对数。

式(3)的vdlim_in如下那样预先导出。

iq_lim_out＝(vdlim_in×iqlim_cal_gain)/(Nm×(2π/60)×Pp)…(3)

通过将同步电动机以最高转速(电角速度)进行驱动时被施加的电流值id、iq代入同步电动机的d轴电压方程式的干扰项(式(2))，来导出vod，将这时的vod设为vdlim_in。

根据式(2)，vod的值以同步电动机的转速(电角速度)ω进行变化，但通过如上所述将该转速ω作为最高转速(电角速度)[固定值]而代入，来简化式(3)。由此，能够减轻同步电动机控制装置10的运算处理负载。

另外，q轴电流指令值限值运算增益iqlim_cal_gain通过式(4)而预先导出。

iqlim_cal_gain＝1/Lq…(4)

如上所述，按照电流限值生成处理部27导出的q轴电流指令限值iq_lim_out来实施限制电流指令的限制处理，从而即使在同步电动机50的负载过大时，也能够抑制由来自q轴电流控制部30或d轴电流控制部31的电流指令引起的电压饱和的发生。

图4是表示同步电动机的转矩－速度特性之一例的说明图。

在图4中，点划线所示的转矩－速度特性C是同步电动机可输出的转矩－速度特性。虚线所示的转矩－速度特性D是作为在技术问题中作为电压饱和的对策来描述的相对于同步电动机的速度的一次函数而导出了电流限值时的转矩－速度特性。实线所示的转矩－速度特性E是使用由电流限值生成处理部27导出的不发生电压饱和的电流指令的限值即q轴电流指令限值iq_lim_out时的转矩－速度特性。

q轴电流指令限值iq_lim_out由于是从d轴电压方程式导出的，因此能够作为不发生电压饱和的临界水平的值。即，不会如图4的实线所示的转矩－速度特性E那样在高速域过度降低输出转矩，能够抑制同步电动机的急剧的输出转矩降低。

由此，能够提供一种可使同步电动机50稳定地动作的同步电动机控制装置10。

(实施方式2)

在实施方式1中，以转换器电路23输出的直流电压Vdc是大致恒定值为前提导出了q轴电流限值，但在本实施方式2中，对在转换器电路23输出的直流电压Vdc的电压降低的情况下，考虑其电压下降量而导出q轴电流限值的例子进行说明。

图6是表示本实施方式2的同步电动机控制装置10的结构之一例的方框图。

图6所示的同步电动机控制装置10与上述实施方式1的图1所示的同步电动机控制装置10不同之处是从外部输入的参数。在图6所示的同步电动机控制装置10中，d轴电压限值运算增益vd_lim_cal_gain及d轴电压限值运算偏移量vd_lim_ca1_ofst这两个参数代替d轴电压限值vd_lim_in这个参数重新被输入到电流限值生成处理部27。另外，向电流限值生成处理部27输入直流电压Vdc这方面也与图1所示的同步电动机控制装置10不同。

d轴电压限值运算增益vd_lim_cal_gain表示导出d轴电压限值的运算乘数值。d轴电压限值运算偏移量vd_lim_ca1_ofst表示导出d轴电压的限值的偏移值。其他连接结构均与图1同样，因此省略说明。

电流限值生成处理部27基于从速度检测运算部24输出的速度检测值Nm、由转换器电路23输出的直流电压Vdc、生成电流限值的作为参数的d轴电压限值运算增益vd_lim_ca1_gain、d轴电压限值运算偏移量vd_lim_cal_ofst、及q轴电流指令值限值运算增益iq_lim_cal_gain，生成q轴电流指令值限值iq_lim_out并将其输出。

接下来，对直流电压Vdc和电压饱和现象的关系进行说明。

图5是对电压饱和现象进行说明的说明图。

该图5表示d轴电压vd及q轴电压vq的电压矢量。在图5中，在直流电压Vdc为基准电压即vd_lim_in_vdc_base的情况下，d轴电压vd及q轴电压vq的最大值分别是电压vd_max1、电压vq_max1，图6的逆变器电路21可输出的电压的最大值如图5所示的逆变器电路输出电压最大值C1那样为圆形。

这时，如果电压矢量的长度在该圆内，则不会发生电压饱和。相反，如电压矢量B1所示，当电压矢量的长度在该圆的外侧区域(图6的影线所示的区域)时，就会发生电压饱和。为了抑制电压饱和，需要如电压矢量A1所示抑制矢量的长度，以使其收敛在该圆内。

另外，在直流电压Vdc为最低电压值即vd_lim_in_vdc_min(＜vd_lim_in_vdc_base)的情况下，d轴电压vd及q轴电压vq的最大值分别是电压vd_max2、电压vq_max2，逆变器电路21可输出的电压的最大值为图5的逆变器电路输出电压最大值C2所示的圆形。

与直流电压Vdc为vd_lim_in_vdc_base时同样，为了抑制电压饱和，需要如图5的电压矢量A2所示抑制矢量的长度，以使其收敛在该圆内。

与直流电压Vdc的大小关系同样，电压矢量的长度成为式(5)的关系。

︱电压矢量A2︱＜︱电压矢量A1︱…(5)

因而，如上所述，在直流电压Vdc变化的情况下，为了抑制电压饱和现象，需要按照直流电压Vdc来抑制最大的电压矢量长度。

图7是表示图6的同步电动机控制装置10具有的电流限值生成处理部27的结构之一例的说明图。

如图7所示，电流限值生成处理部27由d轴电压限值生成处理部35及q轴电流限值生成处理部36构成。向d轴电压限值生成处理部35输入直流电压Vdc、作为参数的d轴电压限值运算增益vd_lim_ca1_gain及作为参数的d轴电压限值运算偏移量vd_lim_cal_ofst。

接着，d轴电压限值生成处理部35基于直流电压Vdc、d轴电压限值运算增益vd_lim_ca1_gain、及d轴电压限值运算偏移量vd_lim_ca1_ofst，计算出d轴电压限值vd_lim_cal并将其输出。

向q轴电流限值生成处理部36分别输入速度检测值Nm、从d轴电压限值生成处理部35输出的d轴电压限值vd_lim_cal、及作为参数的q轴电流指令值限值运算增益iq_lim_ca1_gain。

接着，q轴电流限值生成处理部36基于所输入的速度检测值Nm、d轴电压限值vd_lim_ca1、及q轴电流指令值限值运算增益iq_lim_cal_gain，计算出q轴电流指令值限值iq_1im_out并将其输出。

电流限值生成处理部27以考虑了直流电压Vdc的方式，导出不在q轴电流控制部30或d轴电流控制部31发生电压饱和的电流指令的限值即q轴电流限值。

电流限值生成处理部27根据以下原理，导出该q轴电流限值。具体地说，以考虑了直流电压Vdc的方式，从同步电动机50的d轴电压方程式的干扰项导出。

接下来，利用公式对电流限值生成处理部27的具体的q轴电流指令限值iq_lim_out的导出方法进行说明。

首先，在d轴电压限值生成处理部35，利用以下所示的式(6)，导出计算值即d轴电压限值vd_lim_cal。Vdc_base是转换器电路23供给的直流电压Vdc的基准电压，Vdc_min是转换器电路23供给的直流电压Vdc的最低电压。

vd_lim_ca1＝Vdc×vd_lim_cal_gain+vd_1im_cal_ofst…(6)

d轴电压限值运算增益vd_lim_cal_gain通过利用式(7)将d轴电压限值(基准)vd_lim_in_vdc_base、d轴电压限值vd_lim_in_vdc_min、直流电压的基准电压Vdc_base、直流电压的最低电压Vdc_min代入而预先导出。

vd_lim_cal_gain＝(vd_lim_in_vdc_base－vd_lim_in_vdc_min)/(Vdc_base－Vdc_min)…(7)

另外，关于d轴电压限值运算偏移量vd_lim_ca1_ofst，也通过利用式(8)将d轴电压限值运算增益vd_lim_cal_gain、d轴电压限值vd_lim_in_vdc_base、直流电压的基准电压Vdc_base代入而预先导出。

vd_lim_ca1_ofst＝vd_lim_in_vdc_base－(vd_lim_cal_gain×Vdc_base)…(8)

vd_lim_in_vdc_base在直流电压Vdc＝Vdc_base的情况下，通过将同步电动机以最高转速(电角速度)进行驱动时施加的电流值id、iq代入同步电动机的d轴电压方程式的干扰项(式(2))，来导出vod。这时的vod作为vd_lim_in_vdc_base而预先设定。

另外，vd_lim_in_vdc_min在直流电压Vdc＝Vdc_min的情况下，通过将同步电动机以最高转速(电角速度)进行驱动时施加的电流值id、iq代入同步电动机的d轴电压方程式的干扰项(式(2))，来导出vod。将这时的vod预先设定为vd_lim_in_vdc_min。

q轴电流限值生成处理部36按照速度检测值Nm，利用式(9)，导出q轴电流指令限值iq_lim_out。另外，在q轴电流指令限值iq_lim_out的值成为负值的情况下，iq_lim_out＝0。这里，速度检测值Nm的单位假定[min－1]。另外，Pp为同步电动机的极对数。

iq_lim_out＝(vd_1im_ca1×iqlim_ca1_gain)/(Nm×(2π/60)×Pp)…(9)

另外，q轴电流指令值限值运算增益iqlim_ca1_gain通过上述的式(4)而预先导出。

如上所述，按照电流限值生成处理部27导出的q轴电流指令限值iq_lim_out来实施电流指令限制处理，从而即使在直流电压Vdc波动的情况下，也能够抑制同步电动机50的负载过大时的电压饱和的发生。

图8是表示本实施方式2的同步电动机的转矩－速度特性之一例的说明图。

在图8中，虚线所示的转矩－速度特性A3是在直流电压Vdc为d轴电压限值vd_lim_in_vdc_base时的同步电动机可输出的转矩－速度特性。点划线所示的转矩－速度特性A4表示在直流电压Vdc为d轴电压限值vd_lim_in_vdc_min时的同步电动机可输出的转矩－速度特性。

粗实线所示的转矩－速度特性C1是在直流电压Vdc为d轴电压限值vd_lim_in_vdc_min的情况下，使用不发生电压饱和的电流指令的限值即q轴电流指令限值iq_lim_out时的转矩－速度特性。

细实线所示的转矩－速度特性C2是在直流电压Vdc为d轴电压限值vd_lim_in_vdc_base的情况下，使用不发生电压饱和的电流指令的限值即q轴电流指令限值iq_lim_out时的转矩－速度特性。

如上所述，q轴电流指令限值iq_lim_out由于是从d轴电压方程式导出的，因此能够作为不发生电压饱和的临界水平的值。即，如图8的转矩－速度特性C1、C2所示，不会在同步电动机50的高速旋转域过度降低输出转矩，能够抑制该同步电动机50的急剧的输出转矩的降低。

由以上可知，能够提供一种能够使同步电动机50更稳定地动作的同步电动机控制装置10。

(实施方式3)

在上述实施方式2中，在转换器电路23输出的直流电压vdc的电压降低时，考虑其电压下降量，导出q轴电流限值。成为q轴电流限值的导出基准的d轴电压限值(基准)vd_lim_in_vdc_base及d轴电压限值(最低)vd_lim_in_vdc_min都设为同步电动机50以最高速度进行运转时的值。

因此，在低速域中，相对于电压未饱和时能够施加的轴电流值，q轴电流限值变小，相对于同步电动机50可输出的转矩，输出转矩有时变小。

因此，在本实施方式3中，对在转换器电路23输出的直流电压Vdc降低的情况下，也考虑其电压下降量和同步电动机50的速度来导出该同步电动机50能够有效输出转矩的q轴电流限值的例子进行说明。

图9是表示本实施方式3的同步电动机控制装置10的结构之一例的说明图。

图9所示的同步电动机控制装置10与上述实施方式2的图6所示的同步电动机控制装置10不同之处是向电流限值生成处理部27输入的参数。

在图9的同步电动机控制装置10中，采用如下结构，即，除输入向图6的电流限值生成处理部27输入的q轴电流指令值限值运算增益iq_lim_ca1_gain和d轴电压限值运算偏移量vd_lim_cal_ofst以外，还输入q轴电流指令值限值iq_lim_max、q轴电流指令值限值切换速度运算增益N_chg_cal_gain、及q轴电流指令值限值切换速度运算偏移量N_chg_ca1_ofst作为重新生成电流限值的参数。q轴电流指令值限值iq_1im_max是q轴电流指令值限值的最大值。

电流限值生成处理部27基于这些被输入的参数，生成q轴电流指令限值iq_lim_out并将其输出。关于其他连接结构，由于与图6的同步电动机控制装置10同样，因此省略说明。

图10是表示图9的同步电动机控制装置10具有的电流限值生成处理部27的结构之一例的说明图。

如图10所示，电流限值生成处理部27由d轴电压限值生成处理部35、q轴电流限值生成处理部36、q轴电流限值切换速度生成处理部37、q轴电流限值切换处理部38、及一阶滞后滤波器39构成。

d轴电压限值生成处理部35基于转换器电路23输出的直流电压Vdc、d轴电压限值运算增益vd_lim_cal_gain、及d轴电压限值运算偏移量vd_lim_ca1_ofst，生成d轴电压限值vd_lim_ca1并将其输出。

q轴电流限值生成处理部36基于从速度检测运算部24输出的速度检测值Nm、从d轴电压限值生成处理部35输出的d轴电压限值vd_lim_cal、及作为参数的q轴电流指令值限值运算增益iq_lim_－cal_gain，生成q轴电流指令值限值iq_lim_cal并将其输出。

q轴电流限值切换速度生成处理部37基于直流电压Vdc、作为参数的q轴电流指令值限值切换速度运算增益N_chg_ca1_gain、及q轴电流指令值限值切换速度运算偏移量N_chg_cal_ofst，生成切换q轴电流指令值的q轴电流指令值限值切换速度N_chg_lvl并将其输出。

q轴电流限值切换处理部38基于速度检测值Nm、从q轴电流限值生成处理部36输出的q轴电流指令值限值iq_lim_ca1、从q轴电流限值切换速度生成处理部37输出的q轴电流指令值限值切换速度N_chg_1v1、及作为参数的q轴电流指令值限值(最大)iq_lim_max，生成q轴电流指令值限值iq_lim_set并将其输出。

一阶滞后滤波器39例如由低通滤波器等构成，对从q轴电流限值切换处理部38输出的q轴电流指令值限值iq_lim_set实施一阶滞后滤波处理，输出q轴电流指令限值iq_lim_out。

这样，电流限值生成处理部27以考虑了直流电压Vdc的电平的方式，利用q轴电流控制部30或d轴电流控制部31，导出电流指令的限值，即q轴电流限值，以使其不发生电压饱和。

电流限值生成处理部27根据以下原理，导出q轴电流限值。具体地说，q轴电流限值以考虑了直流电压Vdc的方式从同步电动机50的d轴电压方程式的干扰项导出。此外，基于速度检测值Nm，将该导出结果切换为q轴电流指令值限值(最大)iq_lim_max。

接下来，利用公式对电流限值生成处理部27的具体的q轴电流指令限值iq_lim_out的导出方法进行说明。

首先，d轴电压限值生成处理部35利用上述的式(6)～式(8)，导出d轴电压限值vd_lim_cal。然后，q轴电流限值生成处理部36按照速度检测值Nm，根据式(10)，导出q轴电流限值iq_lim_ca1。

另外，在q轴电流限值iq_lim_ca1成为负值的情况下，设为iq_lim_ca1＝0。这里，速度检测值Nm的单位假定[min－1]。另外，Pp为同步电动机的极对数。

iq_lim_cal＝(vd_lim_cal×iqlim_cal_gain)/(Nm×(2π/60)×Pp)…(10)

式(7)中的vd_lim_in_vdc_base在从转换器电路23输出的直流电压Vdc＝Vdc_base的情况下，通过将同步电动机50以最高转速(电角速度)进行驱动时施加的电流值id、iq代入同步电动机50的d轴电压方程式的干扰项(式(2))中，导出vod，将这时的vod预先设定为vd_lim_in_vdc_base。

另外，式(7)的vd_lim_in_vdc_min在直流电压Vdc＝Vdc_min的情况下，通过将同步电动机50以最高转速(电角速度)进行驱动时施加的电流值id、iq代入同步电动机50的d轴电压方程式的干扰项(式(2))中，导出vod，将这时的vod预先设定为vd_lim_in_vdc_min。

另外，q轴电流指令值限值运算增益iqlim_cal_gain通过上述式(4)而预先导出。

q轴电流限值切换速度生成处理部37使用式(11)，导出d轴电压限值N_chg_lv1。

N_chg_lvl＝Vdc×N_chg_cal_gain+N_chg_cal_ofst…(11)

q轴电流指令值限值切换速度运算增益N_chg_ca1_gain使用式(12)而预先导出。这里，式(12)中的N_chg_lvl_base是直流电压Vdc为基准电压时的同步电动机50的q轴电流指令值限值的切换点。同样，式(12)中的N_chg_lvl_min表示直流电压Vdc为最低电压时的q轴电流指令值限值的切换点。

N_chg_cal_gain＝(N_chg_lvl_base－N_chg_1vl_min)/(Vdc_base－Vdc_min)…(12)

另外，q轴电流指令值限值切换速度运算偏移量N_chg_ca1_ofst使用式(13)而预先导出。

N_chg_cal_ofst＝N_chg_lv1_base－(N_chg_cal_gain×Vdc_base)…(13)

另外，在q轴电流限值切换处理部38中，利用式(14)，导出q轴电流指令值限值iq_lim_set。

iq_lim_set＝iq_1im_cal：Nm≥N_chg_lvl的情况

＝iq_lim_max：Nm＜N_chg_lvl的情况…(14)

q轴电流限值切换处理部38为了减轻在切换q轴电流指令值限值iq_lim_set时发生的同步电动机50的切换冲击，在利用一阶滞后滤波器39对q轴电流指令值限值iq_lim_set实施了一阶滞后滤波处理以后，再将q轴电流指令限值iq_lim_out输出。

这样，通过进行一阶滞后滤波器39的滤波处理，能够使向同步电动机50供给的电流值圆滑地变化，因此能够防止该同步电动机50的急剧的旋转变化。

如上所述，按照电流限值生成处理部27导出的q轴电流指令限值iq_1im_out来实施电流指令限制处理，从而即使在直流电压Vdc随时间变化的情况下，也能够在同步电动机50的负载过大时抑制在q轴电流控制部30或d轴电流控制部31发生电压饱和。

并且，该q轴电流指令限值iq_lim_out由于是从d轴电压方程式导出的，因此能够作为不发生电压饱和的水平的值。另外，通过监视同步电动机50的速度，将q轴电流指令限值切换为q轴电流指令值限值(最大)iq_lim_max，能够在低速域不过度地减小q轴电流限值。

图11是表示直流电压Vdc变化时的同步电动机50的转矩－速度特性之一例的说明图。

在图11中，虚线所示的转矩－速度特性A3是直流电压Vdc为d轴电压限值vd_lim_in_vdc_base时的同步电动机可输出的转矩－速度特性。

点划线所示的转矩－速度特性A6是直流电压Vdc为d轴电压限值vd_lim_in_vdc_min时的同步电动机可输出的转矩－速度特性。

粗实线所示的转矩－速度特性C3是在直流电压Vdc为d轴电压限值vd_lim_in_vdc_base的情况下，使用不发生电压饱和的电流指令的限值即q轴电流指令限值iq_lim_out时的转矩－速度特性。

细实线所示的转矩－速度特性C4是在直流电压Vdc为d轴电压限值vd_lim_in_vdc_min的情况下，使用不发生电压饱和的电流指令的限值即q轴电流指令限值iq_lim_out时的转矩－速度特性。

如上所述，即使直流电压Vdc的电压降低，也能够考虑同步电动机50的速度而将q轴电流限值切换为q轴电流指令值限值(最大)iq_lim_max，从而如图11的转矩－速度特性C3、C4所示在同步电动机50的低速域以及高速域中，不会过度降低输出转矩，抑制同步电动机50的急剧的输出转矩降低。

由此，即使在直流电压Vdc的电压降低的情况下，也能够考虑其电压下降量及同步电动机50的速度，有效地输出同步电动机50的转矩。

因而，能够使同步电动机50更稳定地动作。

以上，基于实施方式对由本发明人完成的发明进行了具体说明，但本发明不限定于上述实施方式，可在不脱离其要旨的范围内进行种种变更，这是不言而喻的。

此外，本发明不限定于上述的实施方式，包含各种各样的变形例。例如，上述的实施方式是为容易理解地说明本发明而进行了详细说明的实施方式，不一定限定于具有已说明的所有结构。

另外，可将某实施方式的结构的一部分替换为其他实施方式的结构，另外，也可在某实施方式的结构上添加其他实施方式的结构。另外，关于各实施方式的结构的一部分，可进行其他结构的追加、删除、替换。

Claims (7)

1.一种同步电动机控制装置，其特征在于，具有：

逆变器电路，其被施加来自转换器电路的直流电压，对同步电机施加三相电压指令，其中，所述转换器电路以三相电源为输入电源，输出所述直流电压；

速度控制部，其根据设定所述同步电动机的转速的速度指令值与表示所述同步电动机的转速的速度检测值之差，运算q轴电流指令值；

电流限值生成处理部，其输出用于限制所述同步电动机的电压饱和的电流指令限值；

电流指令限制处理部，其基于从所述电流限值生成处理部输出的所述电流指令限值，生成用于抑制所述速度控制部运算出的所述q轴电流指令值的q轴电流限制指令值；

d轴电流指令生成部，其基于所述电流指令限制处理部生成的所述q轴电流限制指令值，按照任意的磁动势相差角，生成d轴电流指令值；

q轴电流控制部，其基于所述电流指令限制处理部生成的所述q轴电流限制指令值，生成q轴电压指令值；

d轴电流控制部，其基于所述d轴电流指令生成部生成的所述d轴电流指令值，生成d轴电压指令值；和

三相转换部，其将所述q轴电流控制部生成的所述q轴电压指令值和所述d轴电流控制部生成的d轴电压指令值转换为三相指令值，

所述电流限值生成处理部使用以下参数来导出与所述同步电动机的负载变化相对应的所述电流指令限值，其中，所述参数包括：所述同步电动机的速度检测值；表示d轴电压的限值的d轴电压限值；和表示用于导出q轴电流指令限值的运算乘数值的电流指令限值运算增益，

所述电流指令限制处理部基于所述电流限值生成处理部导出的所述电流指令限值，限制所述q轴电流指令值。

2.根据权利要求1所述的同步电动机控制装置，其特征在于：

向所述电流限值生成处理部输入的所述d轴电压限值和所述电流指令限值运算增益是从外部输入的。

3.一种同步电动机控制装置，其特征在于，具有：

逆变器电路，其被施加来自转换器电路的直流电压，对同步电机施加三相电压指令，其中，所述转换器电路以三相电源为输入电源，输出所述直流电压；

速度控制部，其根据设定所述同步电动机的转速的速度指令值与表示所述同步电动机的速度的速度检测值之差，运算q轴电流指令值；

电流限值生成处理部，其输出用于抑制所述同步电动机的电压饱和的电流指令限值；

电流指令限制处理部，其基于从所述电流限值生成处理部输出的所述电流指令限值，生成用于限制所述速度控制部运算出的所述q轴电流指令值的q轴电流限制指令值；

d轴电流指令生成部，其基于所述电流指令限制处理部生成的所述q轴电流限制指令值，按照任意的磁动势相差角，生成d轴电流指令值；

q轴电流控制部，其基于所述电流指令限制处理部生成的所述q轴电流限制指令值，生成q轴电压指令值；

d轴电流控制部，其基于所述d轴电流指令生成部生成的所述d轴电流指令值，生成d轴电压指令值；和

三相转换部，其将所述q轴电流控制部生成的所述q轴电压指令值和所述d轴电流控制部生成的d轴电压指令值转换为三相指令值，

所述电流限值生成处理部使用以下参数来导出与向所述逆变器电路供给的所述直流电压的变化相对应的所述电流指令限值，其中，所述参数包括：所述同步电动机的速度检测值；向所述逆变器电路供给的所述直流电压；表示用于导出d轴电压限值的运算乘数值的d轴电压限值运算增益；表示用于导出d轴电压限值的偏移值的d轴电压限值运算偏移量；和表示用于导出q轴电流指令限值的运算乘数值的q轴电流指令值限值运算增益，

所述电流指令限制处理部基于所述电流限值生成处理部导出的所述电流指令限值，限制所述q轴电流指令值。

4.根据权利要求3所述的同步电动机控制装置，其特征在于：

向所述电流限值生成处理部输入的所述d轴电压限值运算增益、所述d轴电压限值运算偏移量和所述q轴电流指令值限值运算增益是从外部输入的。

5.一种同步电动机控制装置，其特征在于，具有：

逆变器电路，其被施加来自转换器电路的直流电压，对同步电机施加三相电压指令，其中，所述转换器电路以三相电源为输入电源，输出所述直流电压；

速度控制部，其根据设定所述同步电动机的转速的速度指令值与表示所述同步电动机的速度的速度检测值之差，运算q轴电流指令值；

电流限值生成处理部，其输出用于抑制所述同步电动机的电压饱和的电流指令限值；

电流指令限制处理部，其基于从所述电流限值生成处理部输出的所述电流指令限值，生成用于限制所述速度控制部运算出的所述q轴电流指令值的q轴电流限制指令值；

d轴电流指令生成部，其基于所述电流指令限制处理部生成的所述q轴电流限制指令值，按照任意的磁动势相差角，生成d轴电流指令值；

q轴电流控制部，其基于所述电流指令限制处理部生成的所述q轴电流限制指令值，生成q轴电压指令值；

d轴电流控制部，其基于所述d轴电流指令生成部生成的所述d轴电流指令值，生成d轴电压指令值；和

三相转换部，其将所述q轴电流控制部生成的所述q轴电压指令值和所述d轴电流控制部生成的d轴电压指令值转换为三相指令值，

所述电流限值生成处理部使用以下参数来导出与向所述逆变器电路供给的所述直流电压的变化和所述同步电动机的转速相对应的所述电流指令限值，其中，所述参数包括：所述同步电动机的速度检测值；向所述逆变器电路供给的所述直流电压；表示用于导出d轴电压限值的运算乘数值的d轴电压限值运算增益；表示用于导出d轴电压限值的偏移值的d轴电压限值运算偏移量；表示所限制的q轴电流指令值的最大值的q轴电流指令值限值；表示用于切换q轴电流指令值的运算乘数值的q轴电流指令值限值切换速度运算增益；和表示用于将q轴电流指令的切换速度导出的偏移值的q轴电流指令限值切换速度运算偏移量，

所述电流指令限制处理部基于所述电流限值生成处理部导出的所述电流指令限值，限制所述q轴电流指令值。

6.根据权利要求5所述的同步电动机控制装置，其特征在于：

向所述电流限值生成处理部输入的所述d轴电压限值运算增益、所述d轴电压限值运算偏移量、所述q轴电流指令值限值运算增益、所述q轴电流指令值限值、所述q轴电流指令值限值切换速度运算增益和所述q轴电流指令限值切换速度运算偏移量是从外部输入的。

7.根据权利要求6所述的同步电动机控制装置，其特征在于：

所述电流限值生成处理部具有对所述电流指令限值进行一阶滞后滤波处理的一阶滞后滤波器。

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