CN116830450A - 电力转换装置 - Google Patents

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CN116830450A
CN116830450A CN202280014888.7A CN202280014888A CN116830450A CN 116830450 A CN116830450 A CN 116830450A CN 202280014888 A CN202280014888 A CN 202280014888A CN 116830450 A CN116830450 A CN 116830450A
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户张和明
岩瀬裕太
田口义行
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Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
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Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
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Abstract

本发明的电力转换装置包括：电力转换器，其将使电动机的输出频率、输出电压和输出电流可变的信号输出至电动机；和控制电力转换器的控制部，控制部，从输出电压和输出电流运算第一电功率，并从输出电流、电路参数和频率推算值运算第二电功率，以使第一电功率追随第二电功率的方式，在第一频率区间中运算第一相位误差推算值，在与第一频率区间不同的第二频率区间中运算第二相位误差推算值，以使第一相位误差推算值或第二相位误差推算值追随相位误差推算值的指令值的方式控制频率推算值。

Description

电力转换装置
技术领域
本发明涉及电力转换装置。
背景技术
在无位置传感器控制的低速区间中，作为稳定且高精度的控制方法，存在如专利文献1所记载的，基于对电力转换器的电压指令值、电流检测值、磁体电动机的电路参数和频率推算值，来运算无功功率而推算磁体电动机的频率的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-197712号公报
发明内容
发明要解决的课题
专利文献1中记载的技术运算2种无功功率(Q和Qhat)，以使其偏差ΔQ成为零的方式运算逆变器的频率推算值。频率推算值能够对于磁体电动机的绕组电阻值的温度变化降低灵敏度，所以能够实现高精度的控制特性。
然而，存在在频率较高的情况(中高速)和频率较低的情况(低速)下用不同的技术进行速度控制的情况。这样的情况下，例如在低速区间中使用专利文献1的技术运算2种无功功率，以使其偏差ΔQ成为零的方式推算第一电动机频率。另一方面，对于中高速区间，例如作为其他技术根据扩展反电动势推算相位误差(控制的相位和磁体电动机的相位)，以追随零的方式用PI控制推算第二电动机频率。在低速区间和中高速区间中，切换第一电动机频率和第二电动机频率时，认为在2个频率存在差异时会发生电流变化引起的转矩冲击(转矩的变动)。
另外，通过对于磁体电动机的绕组电阻值的温度变化降低灵敏度而要求不需要电阻值等电路参数的调整的稳定并且高精度的控制特性。
本发明的目的在于提供一种能够防止电动机的频率改变时的转矩冲击、并且不需要电路参数的调整的稳定且高精度的控制特性的电力转换装置。
用于解决课题的技术方案
本发明是一种电力转换装置，其包括：
电力转换器，其将使电动机的输出频率、输出电压和输出电流可变的信号输出至所述电动机；和
控制所述电力转换器的控制部，
所述控制部，
从所述输出电压和所述输出电流运算第一电功率，并从所述输出电流、电路参数和频率推算值运算第二电功率，以使所述第一电功率追随所述第二电功率的方式，在第一频率区间中运算所述第一相位误差推算值，
在与所述第一频率区间不同的第二频率区间中运算第二相位误差推算值，
以使所述第一相位误差推算值或所述第二相位误差推算值追随相位误差推算值的指令值的方式控制频率推算值。
发明效果
根据本发明，能够实现能够防止电动机的频率改变时的转矩冲击、并且不需要电路参数的调整的稳定且高精度的控制特性。
附图说明
图1是实施例1的电力转换装置等的系统结构图。
图2是高速区间中的使用扩展反电动势的相位误差的推算运算部的结构图。
图3是实施例1的低速区间中的相位误差的推算运算部的结构图。
图4是实施例1的频率和相位的推算运算部的结构图。
图5是表示将中高速区间的扩展反电动势方式用于低速区间的情况下的控制特性的图。
图6是表示实施例1的控制特性的图。
图7是表示实施例1中进行低速区间/中高速区间的切换的情况下的控制特性的图。
图8是用于确认本发明的显现性的结构图。
图9是实施例2的电力转换装置等的系统结构图。
图10是实施例2的低速区间的相位误差推算运算部的结构图。
图11是实施例3的电力转换装置等的系统结构图。
图12是实施例3的中高速区间的相位误差推算运算部的结构图。
图13是实施例4的电力转换装置等的系统结构图。
图14是实施例4的中高速区间中的相位误差的推算运算部的结构图。
图15是实施例5的电力转换装置等的系统结构图。
图16是实施例6的电力转换装置等的系统结构图。
具体实施方式
以下，使用附图详细说明本实施例。另外，对于各图中的共通的结构附加了同一参考编号。另外，以下说明的各实施例并不限定于图示例。
实施例1
图1是实施例1的具有电力转换装置和磁体电动机的系统结构图。
本实施例的电力转换装置在省略了检测磁体电动机的磁体相位的编码器等的无位置传感器控制中，在从停止到基底频率的10％程度的低速区间中，实现稳定且高精度的控制特性。
磁体电动机1输出将永磁体的磁通引起的转矩成分与电枢绕组的电感引起的转矩成分合成得到的电动机转矩。
电力转换器2具有作为开关元件的半导体元件。电力转换器2输入三相交流的电压指令值vu *、vv *、vw *，输出与三相交流的电压指令值vu *、vv *、vw *成正比的电压值。基于电力转换器2的输出，驱动磁体电动机1，可变地控制磁体电动机1的输出电压值、输出频率值和输出电流值。可以使用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)作为开关元件。
直流电源3对电力转换器2提供直流电压和直流电流。
电流检测器4输出磁体电动机1的三相的交流电流iu、iv、iw的检测值即iuc、ivc、iwc。另外，该电流检测器4也可以检测磁体电动机1的三相中的两相、例如u相和w相的交流电流，根据交流条件(iu+iv+iw＝0)、按iv＝-(iu+iw)求出v相的交流电流。
本实施例中，示出了电流检测器4设置在电力转换装置内的例子，但也可以设置在电力转换装置的外部。
控制部包括以下说明的坐标变换部5、速度控制运算部6、矢量控制运算部7、中高速区间的相位误差推算运算部8、低速区间的相位误差推算运算部9、频率和相位的推算运算部10、坐标变换部11。并且，控制部为了可变地控制磁体电动机1的输出电压值、输出频率值和输出电流而控制电力转换器2的输出。
控制部由微型计算机(Microcomputer)和DSP(Digital Signal Processor：数字信息处理器)等半导体集成电路(运算控制单元)构成。控制部能够用ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit：专用集成电路)和FPGA(Field Programmable GateArray：现场可编程门阵列)等硬件构成一部分或全部。控制部的CPU(Central ProcessingUnit：中央处理器)读取存储器等记录装置中保存的程序，执行上述坐标变换部5等各部的处理。
接着，对于控制部的各构成要素进行说明。
坐标变换部5根据三相的交流电流iu、iv、iw的检测值iuc、ivc、iwc和相位推算值θdc输出d轴和q轴的电流检测值idc、iqc。
速度控制运算部6基于频率指令值ωr *和频率推算值ωdc运算转矩指令值τ*，通过除以转矩系数而输出q轴的电流指令值iq *。频率指令值ωr *用于中高速区间和低速区间的判断，频率推算值ωdc对应于电动机的速度推算值(电动机的旋转速度推算值)。
矢量控制运算部7输出基于d轴和q轴的电流指令值id *、iq *、电流检测值idc、iqc、频率推算值ωdc和磁体电动机1的电路参数运算出的d轴和q轴的电压指令值vdc **、vqc **。
中高速区间的相位误差推算运算部8使用控制轴即dc轴和qc轴的电压指令值vdc **、vqc **、频率推算值ωdc、电流检测值idc、iqc和磁体电动机1的电路参数，输出中高速区间中的控制的相位θdc与磁体电动机1的磁体的相位θd的偏差即相位误差Δθ的推算值Δθc_H。
低速区间的相位误差推算运算部9使用控制轴即dc轴和qc轴的电压指令值vdc **、vqc **、频率推算值ωdc、电流检测值idc、iqc和磁体电动机1的电路参数，运算低速区间中的控制的相位θdc与磁体电动机1的磁体的相位θd的偏差即相位误差Δθ的推算值Δθc_L。
频率和相位的推算运算部10基于低速区间的相位误差Δθc_L或中高速区间的相位误差的推算值Δθc_H，输出频率推算值ωdc和相位推算值θdc。
坐标变换部11根据dc轴和qc轴的电压指令值vdc **、vqc **、以及相位推算值θdc，来输出三相交流的电压指令值vu *、vv *、vw *。
首先，对于使用低速区间的相位误差推算运算部9的情况下的无传感器矢量控制方式的基本动作进行说明。
速度控制运算部6以使频率推算值ωdc追随频率指令值ωr *的方式，通过比例控制和积分控制按(数式1)运算转矩指令τ*和q轴的电流指令值iq *。
[数学式1]
此处，Ksp：速度控制的比例增益，Ksi：速度控制的积分增益，Pm：极对数，Ke：感应电压系数，Ld：d轴电感，Lq：q轴电感，*：设定值，s是拉普拉斯算子。
矢量控制运算部7首先使用作为永磁体电动机1的电路参数的绕组电阻的设定值R*、d轴电感的设定值Ld *、q轴的电感的设定值Lq *、感应电压系数的值Ke *、dc轴和qc轴的电流指令值id *、iq *和频率推算值ωdc，按(数式2)输出dc轴和qc轴的电压基准值vdc *、vqc *。
[数学式2]
此处，Tacr：电流控制的响应时间常数。
矢量控制运算部7其次以使各成分的电流检测值idc、iqc追随dc轴和qc轴的电流指令值id *、iq *的方式，通过比例控制和积分控制，按(数式3)运算dc轴和qc轴的电压修正值Δvdc、Δvqc。
[数学式3]
此处，Kpd：dc轴的电流控制的比例增益，Kid：dc轴的电流控制的积分增益，Kpq：qc轴的电流控制的比例增益，Kiq：qc轴的电流控制的积分增益
进而，矢量控制运算部7按(数式4)运算dc轴和qc轴的电压指令值vdc **、vqc **。
[数学式4]
在图2中示出中高速区间的相位误差推算运算部8的框图。中高速区间的相位误差推算运算部8中，基于dc轴和qc轴的电压指令vdc **、vqc **、电流检测值idc、iqc和磁体电动机1的电路参数(R*、Lq *)，扩展反电动势(Extended Electromotive Force)方式的中高速区间中的相位误差的推算值的运算部81按(数式5)运算中高速区间中的相位误差的推算值Δθc_H。
[数学式5]
此处，对于低速区间的相位误差推算运算部9进行说明。在图3中示出低速区间的相位误差推算运算部9的框图。
低速区间的相位误差推算运算部9在第一无功功率运算部91中，使用作为磁体电动机1的输出电压的dc轴的电压指令值vdc **和qc轴的电压指令值vqc **、和作为磁体电动机1的输出电流的dc轴的电流检测值idc、qc轴的电流检测值iqc，按(数式6)运算第一无功功率Qc。
[数学式6]
第二无功功率运算部92使用dc轴的电流检测值idc、和qc轴的电流检测值iqc、频率推算值ωdc、磁体电动机1的电路参数(Ld *、Lq *、Ke *)，按(数式7)运算第二无功功率Qc ^。
[数学式7]
对减法部93输入第一无功功率Qc和第二无功功率Qc ^，运算其偏差ΔQc。无功功率的偏差ΔQc被输入至PI控制运算部95(以下称为PI控制部)以使其追随无功功率的偏差的指令值94即“0”。PI控制部95通过P(比例)+I(积分)控制运算，按(数式8)运算低速区间中的相位误差Δθ的推算值Δθc_L。
[数学式8]
此处，Kpθ：相位误差推算运算的比例增益，Kiθ：相位误差推算运算的积分增益。
对于频率和相位的推算运算部10进行说明。在图4中示出频率和相位的推算运算部10的框图。
对切换部101输入低速区间中的相位误差的推算值Δθc_L、和中高速区间中的相位误差的推算值Δθc_H和频率指令值ωr *。切换部101根据频率指令ωr *的大小，如果是低速区间则Δθc＝Δθc_L，如果是中高速区间则Δθc＝Δθc_H，作为相位误差的推算值Δθc输出。
减法部103为了使上述相位误差的推算值Δθc追随相位误差的指令值Δθc *102，而对PI控制部104输入相位误差的推算值Δθc与Δθc *之间的偏差。PI控制部104通过P(比例)+I(积分)控制运算，按(数式9)运算频率推算值ωdc。另外，在I控制运算部(I控制部)105中基于PI控制部104的输出按(数式10)运算相位推算值θdc。
[数学式9]
此处，Kppll：PLL控制的比例增益，Kipll：PLL控制的积分增益。
[数学式10]
接着，对于本发明是稳定且高精度的控制特性的原理进行说明。
图5是表示没有使用本发明的低速区间的相位误差推算运算部9(使用Δθc_H)的情况下的控制特性的图。将频率指令值ωr *设定为基底频率的2％。将(数式2)所示的dc轴和qc轴的电压指令值vdc **、vqc **和(数式5)所示的中高速区间中的相位误差的运算式中包括的电阻值R的设定值R*不存在误差时设为(a)R*/R＝1(基准)。
将电阻值R的设定值R*存在误差时设为(b)R*/R＝0.5，在图5中示出(a)和(b)的模拟结果。
图5中，上部表示负载转矩TL，中部表示频率指令ωr *和电动机频率ωr，下部表示相位误差Δθ。从图中的时刻A点起开始施加斜坡状的负载转矩，使其变化至时刻B点的100％，在B点右方以后保持施加负载转矩的状态。
设为(a)R*/R＝1(基准)设定的情况下，相位误差Δθ总是零，电动机频率ωr与频率指令ωr *一致。设定为(b)R*/R＝0.5的情况下，相位误差Δθ向“负”方向增加，电动机频率ωr在零附近停滞，磁体电动机1失步。
本实施例中，使用dc轴和qc轴的电压指令值vdc **、vqc **和电流检测值idc、iqc，按(数式6)运算第一无功功率Qc。另外，使用dc轴和qc轴的电流检测值idc、iqc、频率推算值ωdc、磁体电动机1的电路参数的设定值(Ld *、Lq *、Ke *)，按(数式7)运算第二无功功率Qc ^。
以使运算的结果Qc ^与Qc的偏差追随零的方式，按(数式8)自动调整低速区间中的相位误差的推算值Δθc_L，将推算值Δθc_L用于频率和相位的推算运算部10，由此能够通过对电阻值降低灵敏度而改善控制特性。
在图6中示出本实施例的低速区间中的控制特性。设定为R*/R＝0.5的情况下，使低速区间的相位误差推算运算部9以及频率和相位的推算运算部10工作，施加与图5同样的负载转矩。因为根据对电阻值R灵敏度低的无功功率运算相位误差的推算值Δθc_L，所以在设定为R*/R＝0.5的情况下也能够将实际的相位误差Δθ抑制为零。
进而，本实施例中，使频率指令值ωr *从基底频率的2％加速至20％，从20％减速至2％。此时，在频率指令值ωr *是10％的大小，切换低速区间和中高速区间的相位误差的推算值。
对于ωr *不足基底频率的10％的低速区间使用(数式8)进行运算。对于ωr *在基底频率的10％以上的中高速区间按(数式5)进行运算。在图7中示出本实施例中的从低速区间向中高速区间的切换特性、或从中高速区间向低速区间的切换特性。
如图7的中部所示，在C区间中从低速区间切换至中高速区间，在D区间中从中高速区间切换至低速区间。观察下部的相位误差Δθ，虽然在切换时大小略微改变，但电动机频率ωr没有冲击，也没有转矩的冲击，可知本实施例的效果是明显的。
本实施例中，在ωr *是基底频率的10％的大小，切换低速区间和中高速区间的相位误差的推算值，但在ωr *是基底频率的零以上10％以下的值切换也没有问题。
另外，也可以分别对低速区间的相位误差的推算值Δθc_L乘以在“1”～“0”之间变化的锥形增益G_L、对中高速区间的相位误差的推算值Δθc_H乘以在“0”～“1”之间变化的锥形增益G_H，将相位误差的推算值的平均值作为Δθc。
此处，使用图8对于采用本实施例的情况下的验证方法进行说明。在驱动磁体电动机1的电力转换装置20中安装电压检测器21、电流检测器22，在磁体电动机1的轴上安装编码器23。
对矢量电压/电流成分的计算部24，输入电压检测器21的输出即三相交流的电压检测值(vuc、vvc、vwc)、三相交流的电流检测值(iuc、ivc、iwc)和编码器的输出即位置θ，运算矢量电压成分的vdc、vqc、矢量电流成分的idc、iqc、以及对位置θ微分得到的检测值ωdc。
各部波形的观测部25中，使用(数式11)运算相位误差Δθ_cal。
变更电力转换器2的控制器中设定的参数(R*、Ld *、Lq *、Ke *)的大小，计算(数式11)的Δθ_cal，如果与实际的相位误差Δθ一致则可知采用了本发明。
根据本实施例，能够实现一种在省略检测磁体电动机的磁体相位的编码器等的无位置传感器控制中，在从停止到基底频率的10％程度的低速区间中也无需调整控制部(控制器)中设定的磁体电动机的电路参数和控制增益地、实现稳定且高精度的控制特性的电力转换装置。
进而，在低速区间中不是如专利文献1所述地推算电动机频率，而是根据本实施例，根据2种无功功率的偏差与中高速区间同样地推算相位误差。通过采用这样的结构，在低速区间中也能够与中高速区间同样地以使相位误差的推算值追随其指令值的方式推算电动机频率(电动机旋转速度)，防止转矩冲击。
实施例2
图9是实施例2的具有电力转换装置和磁体电动机的系统结构图。
实施例1中，低速区间的相位误差推算运算部9根据dc轴和qc轴的电压指令值vdc **、vqc **、电流检测值idc、iqc来运算第一无功功率Qc。本实施例中，第一无功功率运算部9a1使用作为磁体电动机1的输出电压的三相交流的1相的电压指令的振幅值V1 *、电流检测的振幅值i1、以及电压指令值与电流检测值的相位差θvi的正弦信号，来运算第一无功功率Qc。
图9中的磁体电动机1到中高速区间的相位误差推算运算部8、频率和相位的推算运算部10、坐标变换部11与图1相同。对于与实施例1相同的内容省略说明。
图10是本实施例的低速区间中的相位误差的推算运算部9a。图10的功能模块相当于图2中的低速区间的相位误差推算运算部9。
另外，图10中的第二无功功率运算部9a2、减法部9a3、无功功率的偏差的指令值9a4、PI控制部9a5与图3中的第二无功功率运算部92、减法部93、无功功率的偏差的指令值94、PI控制部95相同。
该图中，在第一无功功率运算部9a1中按(数式12)求出三相交流的电压指令的振幅值V1 *，按(数式13)求出电流检测值的振幅值i1，按(数式14)求出相位θvi。然后，使用(数式15)，使用作为磁体电动机1的输出电压的三相交流的1相的电压振幅值V1 *、电流振幅值i1、以及电压指令值与电流检测值的相位差θvi的正弦信号，运算无功功率Qc。
[数学式12]
[数学式13]
[数学式14]
[数学式15]
根据本实施例，与实施例1相比运算第一无功功率Qc的参数较少，所以能够减小运算量。
使用交流量的本实施例，也能够与实施例1同样地实现高精度的控制特性。
实施例3
图11是实施例3中的具有电力转换装置和磁体电动机的系统结构图。实施例1中，按(数式5)在中高速区间的相位误差推算运算部8中运算中高速区间中的相位误差的推算值Δθc_H。
实施例3中，中高速区间中的相位误差的推算运算部8a从dc轴和qc轴的电压指令值vdc **、vqc **、以及电流检测值idc、iqc运算第一有功功率Pc。
图12是表示实施例3的中高速区间中的相位误差的推算运算部8a的结构的图。图12相当于图1中的中高速区间的相位误差推算运算部8。
图11中的磁体电动机1到矢量控制运算部7、低速区间的相位误差推算运算部9到频率和相位的推算运算部10与图1相同。对于与实施例1或实施例2相同的内容省略说明。
图12的中高速区间的相位误差推算运算部8a中，第一有功功率运算部8a1使用dc轴和qc轴的电压指令值vdc **、vqc **、dc轴和qc轴的电流检测值idc、iqc，按(数学式16)运算第一有功功率Pc。
[数学式16]
第二有功功率运算部8a2使用dc轴和qc轴的电流检测值idc、iqc、频率推算值ωdc、磁体电动机1的电路参数(R*、Ld *、Lq *、Ke *)，按(数学式17)运算第二有功功率Pc ^。
[数学式17]
对减法部8a3输入第一有功功率Pc和第二有功功率Pc ^，运算其偏差ΔPc。为了使有功功率的偏差ΔPc追随有功功率的偏差的指令值8a4即“0”，而对PI控制部8a5输入有功功率的偏差ΔPc与有功功率的偏差的指令值的差。
PI控制部8a5通过P(比例)+I(积分)控制按(数式18)运算中高速区间中的相位误差Δθ的推算值Δθc_H。
[数学式18]
此处，Kpθ：相位误差推算运算的比例增益，Kiθ：相位误差推算运算的积分增益。
根据本实施例，与实施例1的扩展反电动势方式的中高速区间中的相位误差的推算运算相比，因为不使用电感的设定值，所以能够不受电感的推算误差的影响地进行中高速区间中的相位误差的推算运算。另外，具有与实施例1同样的效果。
实施例4
图13是实施例4的具有电力转换装置和磁体电动机的系统结构图。
实施例3中，从dc轴和qc轴的电压指令值vdc **、vqc **和电流检测值idc、iqc运算第一有功功率Pc。
本实施例中，使用三相交流的电压指令的振幅值V1 *和电流检测的振幅值i1以及相位θvi的余弦信号，由第一有功功率运算部9b1运算第一有功功率Pc。对于与实施例1到实施例3相同的内容省略说明。
图14是表示实施例3的中高速区间中的相位误差的推算运算部8b的图。图14相当于图2中的中高速区间的相位误差推算运算部8。图13中的磁体电动机1到矢量控制运算部7、低速区间的相位误差推算运算部9到坐标变换部11与图1相同。
图14中的第二有功功率运算部8b2、减法部8b3、有功功率的偏差的指令值8b4、PI控制部8b5与图12的第二有功功率运算部8a2、减法部8a3、有功功率的偏差的指令值8a4、PI控制部8a5相同。
图14中，在第一有功功率运算部9b1中按上述(数式12)运算求出三相交流的电压指令的振幅值V1 *，按上述(数式13)运算求出电流检测值的振幅值i1，然后，按上述(数式14)求出电压指令值与电流检测值的相位差θvi。然后，第一有功功率运算部9b1使用(数式19)，使用三相交流的1相的电压振幅值V1 *和电流振幅值i1、以及电压指令值与电流检测值的相位差θvi的余弦信号，来运算第一有功功率Pc。
[数学式19]
根据本实施例，与实施例3同样，与实施例1相比，能够不受到电感的推算误差的影响地进行中高速区间中的相位误差的推算运算。
使用本实施例，也能够与实施例1同样地实现高精度的控制特性。
实施例5
图15是实施例5的具有电力转换装置和磁体电动机和IOT(Internet of Things：物联网)控制器的系统结构图。
实施例1至实施例4是对电力转换器的控制器(微型计算机等)设定磁体电动机1的电路参数的结构，但本实施例是对上级的IOT控制器反馈控制的状态量、对电力转换器的控制器重新设定机器学习得到的电路参数的方式。
图15中的磁体电动机1到坐标变换部11与图1的各功能模块相同。IOT控制器12是执行机器学习的IOT控制器。对于与实施例1至实施例4相同的内容省略说明。
本实施例中，将电压指令值vdc **、vqc **和电流检测值idc、iqc、相位误差的推算值Δθc反馈至上级的IOT控制器12，根据电流检测波形等进行机器学习。将机器学习得到的电路参数(R*、Ld *、Lq *、Ke *)重新设定至控制部即电力转换器2的控制器。
根据本实施例，能够通过运转状况的机器学习而由上级的IOT控制器12重新设定电路参数。
本实施例中，也能够与实施例1同样地实现更稳定且高精度的控制特性。
实施例6
图16是实施例6的具有电力转换装置和磁体电动机和个人计算机、平板、智能手机等装置的系统结构图。
本实施例对磁体电动机驱动系统应用了本实施例。图中，构成要素的磁体电动机1、坐标变换部5到坐标变换部11与图1相同。对于与实施例1至实施例5相同的内容省略说明。
作为图16的构成要素的磁体电动机1被电力转换装置20驱动。在电力转换装置20中，图1的坐标变换部5、速度控制运算部6、矢量控制运算部7、中高速区间的相位误差推算运算部8、低速区间的相位误差推算运算部9、频率和相位的推算运算部10、坐标变换部11作为软件20a实现。另外，图1的电力转换器2、直流电源3、电流检测器4作为硬件在电力转换装置20中实现。
另外，能够用数字操作器20b、个人计算机28、平板29、智能手机30等上级装置设定、变更软件20a的“低速区间/中高速区间的切换频率26即ωchg”、“低速区间的相位误差的控制响应27即ωc”。
对图4所示的频率和相位的推算运算部10，从个人计算机28、平板29、智能手机30等上级装置输入低速区间/中高速区间的切换频率26即ωchg。然后，频率和相位的推算运算部10采用具有对于输入至频率和相位的推算运算部10的频率指令值ωr *与低速区间/中高速区间的切换频率26即ωchg进行比较的比较部的结构。
如果频率指令值ωr *在低速区间/中高速区间的切换频率ωchg26以下，则切换部101将其输出视为低速区间而切换为Δθc＝Δθc_L。另外，如果频率指令值ωr *比低速区间/中高速区间的切换频率ωchg26高，则切换部101视为中高速区间而切换为将Δθc＝Δθc_H作为相位误差的推算值Δθc输出。
从个人计算机28、平板29、智能手机30等上级装置对图3的低速区间的相位误差推算运算部9输入低速区间的相位误差的控制响应27即ωc。采用这样的结构，能够基于低速区间的相位误差的控制响应ωc控制PI控制部95的增益即(数式9)的Kppll(PLL控制的比例增益)、Kipll(PLL控制的积分增益)。
另外，“低速区间/中高速区间的切换频率26即ωchg”、“低速区间的相位误差的控制响应27即ωc”也可以在可编程逻辑控制器、与计算机连接的局域网、IOT控制器等的现场总线上设定。
进而，电力转换装置的结构不限于实施例1，也可以使用实施例2至实施例5的结构。
如果将本实施例应用于磁体电动机驱动系统，则能够在无位置传感器矢量控制中实现高精度的控制特性。
根据实施例6，能够对低速区间/中高速区间的切换频率26等设定值从电力转换装置的外部进行设定变更。另外，本实施例中，也能够与实施例1同样地实现更稳定且高精度的控制特性。
实施例1至实施例5中，在第一无功功率Qc即(数式6)和第二无功功率Qc ^即(数式7)中使用了电流检测值idc、iqc，但也可以使用电流指令值id *、iq *。另外，第一有功功率Pc即(数式16)和第二有功功率Pc ^即(数式17)中使用了电流检测值idc、iqc，但也可以使用电流指令值id *、iq *。
进而，实施例1至实施例5中，从电流指令值id *、iq *和电流检测值idc、iqc生成电压修正值Δvdc、Δvqc，进行将该电压修正值与矢量控制的电压基准值相加的(数式4)所示的运算。不限于此，也可以从电流指令值id *、iq *和电流检测值idc、iqc生成矢量控制运算中使用的(数式20)所示的中间的电流指令值id **、iq **，使用频率推算值ωdc和磁体电动机1的电路参数进行(数式21)所示的矢量控制运算。
[数学式20]
[数学式21]
此处，Kpd1：dc轴的电流控制的比例增益，Kid1：dc轴的电流控制的积分增益，Kpq1：qc轴的电流控制的比例增益，Kiq1：qc轴的电流控制的积分增益，Td：d轴的电气时间常数(Ld/R)，Tq：q轴的电气时间常数(Lq/R)。
或者，也可以从电流指令值id *、iq *和电流检测值idc、iqc，用(数式22)生成矢量控制运算中使用的dc轴的比例运算成分的电压修正值Δvd_p *、dc轴的积分运算成分的电压修正值Δvd_i *、qc轴的比例运算成分的电压修正值Δvq_p *、qc轴的积分运算成分的电压修正值Δvq_i *，进行使用频率值推算值ωdc和磁体电动机1的电路参数的(数式23)所示的矢量控制运算。
[数学式22]
[数学式23]
此处，Kpd2：dc轴的电流控制的比例增益，Kid2：dc轴的电流控制的积分增益，Kpq2：qc轴的电流控制的比例增益，Kiq2：qc轴的电流控制的积分增益。
另外，也可以使用dc轴的电流指令值id *和qc轴的电流检测值iqc的一阶滞后信号iqctd、频率推算值ωdc、磁体电动机1的电路参数进行(数式24)所示的矢量控制运算。
[数学式24]
另外，实施例1至实施例6中，构成电力转换器2的开关元件可以是Si(硅)半导体元件，也可以是SiC(碳化硅)和GaN(氮化镓)等宽带隙半导体元件。
附图标记说明
1…磁体电动机，2…电力转换器，3…直流电源，4…电流检测器，5…坐标变换部，6…速度控制运算部，7…矢量控制运算部，8…中高速区间的相位误差推算运算部，9…低速区间的相位误差推算运算部，10…频率/相位推算运算部，11…坐标变换部，20…电力转换装置，20a…电力转换装置的软件部，20b…电力转换装置的数字操作器，21…电压检测器，22…电流检测器，23…编码器，24…矢量电流成分的计算部，25…各部波形的观测部，26…规定的低速区间/中高速区间的切换频率，27…规定的低速区间的控制响应，28…个人计算机，29…平板，30…智能手机，id *…d轴的电流指令值，iq *…q轴电流的指令值，ωdc…频率推算值，ωr…磁体电动机的频率，vdc *、vdc **、vdc **、vdc ***、vdc ****、vdc *****…d轴的电压指令值，vqc *、vqc **、vqc ***、vqc ****、vqc *****…q轴的电压指令值，Qc…第一无功功率，Qc ^…第二无功功率，Pc…第一有功功率，Pc ^…第二有功功率，Δθc_L…低速区间的相位误差的推算值，Δθc_H…中高速区间的相位误差的推算值，Δθc…相位误差的推算值。

Claims (12)

1.一种电力转换装置，其特征在于，包括：
电力转换器，其将使电动机的输出频率、输出电压和输出电流可变的信号输出至所述电动机；和
控制所述电力转换器的控制部，
所述控制部，
从所述输出电压和所述输出电流运算第一电功率，并从所述输出电流、电路参数和频率推算值运算第二电功率，以使所述第一电功率追随所述第二电功率的方式，在第一频率区间中运算所述第一相位误差推算值，
在与所述第一频率区间不同的第二频率区间中运算第二相位误差推算值，
以使所述第一相位误差推算值或所述第二相位误差推算值追随相位误差推算值的指令值的方式控制频率推算值。
2.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：
所述第一电功率和所述第二电功率分别是第一无功功率、第二无功功率。
3.如权利要求2所述的电力转换装置，其特征在于：
所述控制部，
基于d轴的电压指令值、q轴的电压指令值以及d轴的电流检测值、q轴的电流检测值，来运算所述第一无功功率，
基于d轴的电流检测值或电流指令值、q轴的电流检测值或电流指令值、所述电动机的所述电路参数、以及所述频率推算值，来运算所述第二无功功率。
4.如权利要求2所述的电力转换装置，其特征在于：
所述控制部，
基于三相交流的1相的电压振幅值、电流振幅值以及电压指令值与电流检测值的相位差的正弦信号，来运算所述第一无功功率，
基于所述电动机的所述电路参数、d轴和q轴的电流检测值或电流指令值、以及频率推算值，来运算所述第二无功功率。
5.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：
所述控制部，
从所述电动机的所述输出电压和所述输出电流运算第一有功功率，
从所述电动机的所述电路参数、所述输出电流和所述频率推算值运算第二有功功率，
以使所述第一有功功率追随所述第二有功功率的方式运算所述第二相位误差推算值。
6.如权利要求5所述的电力转换装置，其特征在于：
所述控制部，
基于d轴的电压指令值、q轴的电压指令值以及d轴的电流检测值、q轴的电流检测值，来运算所述第一有功功率，
从所述电动机的所述电路参数、d轴的电流检测值或电流指令值、q轴的电流检测值或电流指令值、以及所述频率推算值运算所述第二有功功率。
7.如权利要求5所述的电力转换装置，其特征在于：
所述控制部，
基于三相交流的1相的电压振幅值、电流振幅值以及电压指令值、电流检测值的相位差的余弦信号，来运算所述第一有功功率，
基于所述电动机的所述电路参数、d轴和q轴的电流检测值或电流指令值、以及所述频率推算值，来运算所述第二有功功率。
8.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：
所述控制部，
通过比例控制和积分控制来运算所述第一相位误差推算值，以使所述第一电功率与所述第二电功率的偏差成为零。
9.如权利要求8所述的电力转换装置，其特征在于：
所述控制部，
在所述电动机的旋转速度处于低速区间的情况下运算第一无功功率和第二无功功率，
以使所述第一无功功率与所述第二无功功率的偏差成为零的方式，进行比例控制和积分控制来运算所述第一相位误差推算值，
在所述电动机的旋转速度处于中高速区间的情况下运算第一有功功率和第二有功功率，
以使所述第一有功功率与所述第二有功功率的偏差成为零的方式，进行比例控制和积分控制来运算所述第二相位误差推算值。
10.如权利要求8所述的电力转换装置，其特征在于：
所述控制部，
在所述电动机的旋转速度处于低速区间的情况下运算第一无功功率和第二无功功率，
进行比例控制和积分控制来运算所述第一相位误差推算值，以使所述第一无功功率与所述第二无功功率的偏差成为零，
在所述电动机的旋转速度处于中高速区间的情况下，用扩展反电动势方式运算所述第二相位误差推算值。
11.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：
所述控制部，
将所述输出电压和所述输出电流、以及所述第一相位误差推算值或所述第二相位误差推算值反馈至作为上级装置的IOT控制器进行分析，
修正所述电动机的电路参数。
12.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：
所述控制部，
从上级装置设定或变更用于切换所述第一频率区间和所述第二频率区间的频率值、或对用于推算相位误差的比例控制或积分控制设定的控制响应。
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