CN1221252A - 感应电动机的速度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供不受由电动机常数的变动等引起的速度推断值误差的影响,即使在零速度区也不产生转矩不足的感应电动机的速度控制方法。在本发明的速度控制方法中,当速度指令值小于预定值时,把d轴电流控制为大于通常时的值,另外,在频率指令值的运算中代替速度推断值使用速度指令值。从而,如果依据本发明则能够从零速度区开始没有转矩不足地进行感应电动机的速度控制。

Description

感应电动机的速度控制方法

本发明涉及感应电动机的速度控制方法，特别地涉及不需要电动机上安装的速度传感器而能够从零速度区得到高转矩的无速度传感器向量控制方法。

在感应电动机的向量控制中，一般的方法是根据电动机的转速和转差频率基准值的相加值控制变换器的输出频率。另一方面，在无速度传感器向量控制中，代替实际转速使用速度推断值控制输出频率。然而，由于在速度推断值中含有误差，实际转差频率将偏离最佳基准值。这时，电动机磁通根据转矩变化而变动(减少)，其结果，电动机产生的转矩与转矩电流不成比例，在严重的情况下，有时将产生转矩不足。

作为速度推断值的误差原因，可以举出在速度推断值运算中使用的电动机常数(1次以及2次电阻)的设定误差，以及以这些误差为1次原因而2次地产生的电动机磁通的变动等。

以往没有能够补偿这些变动的充分的方法，因而，特别是在零速度区有时产生转矩不足。另外，作为有关的文献，有奥山等人的论文「无速度、电压传感器向量控制中的控制常数设定误差的影响及其补偿」(日本电气学会论文志D,110,447(平2-5))。

本发明的目的在于提供不受电动机常数的变动等引起的速度推断误差的影响，在零速度区也不会产生转矩不足的感应电动机的速度控制方法。

本发明的特征在于构成为在速度指令值小于预定值的情况下，把d轴电流控制为大于通常时的值，另外，代替速度推断值根据速度指令值计算频率指令值。

图1是示出本发明一实施例的感应电动机的速度控制装置的控制电路结构图。

图2是图1的装置中的速度推断器的运算内容的说明图。

图3是示出本发明其它实施例的感应电动机的速度控制装置的控制电路结构图。

图4是示出本发明其它实施例的感应电动机的速度控制装置的控制电路结构图。

图5是示出本发明其它实施例的感应电动机的速度控制装置的控制电路结构图。

图6是示出本发明其它实施例的感应电动机的速度控制装置的控制电路结构图。

图7是示出本发明其它实施例的感应电动机的速度控制装置的控制电路结构图。

图8是图7的装置中的转差推断器的运算内容的说明图。

图9是示出本发明其它实施例的感应电动机的速度控制装置的控制电路结构图。

图10是图9的装置中的转差推断器的运算内容的说明图。

图11是示出本发明其它实施例的感应电动机的速度控制装置的控制电路结构图。

图12是示出本发明其它实施例的感应电动机的速度控制装置的控制电路结构图。

图13是示出本发明其它实施例的感应电动机的速度控制装置的控制电路结构图。

图14是示出本发明其它实施例的感应电动机的速度控制装置的控制电路结构图。

图15是示出本发明其它实施例的感应电动机的速度控制装置的控制电路结构图。

图16是示出本发明其它实施例的感应电动机的速度控制装置的控制电路结构图。

实施例

使用附图说明本发明的实施例。

图1示出本发明一实施例的无速度传感器向量控制装置的结构例。1是感应电动机，2是输出与电压指令值V₁ ^*成比例的输出电压的电力变换器，3是把变换器输出电流i_u、i_w进行坐标变换，运算d轴以及q轴电流i_d、i_q的坐标变换器，4是根据q轴电压指令值V_q ^**以及i_q运算速度推断值ω_r^的速度推断器，5是根据速度指令值ω_r ^*和速度推断值ω_r^的偏差，输出q轴电流指令值i_q ^*的速度控制器，具有根据i_d限制i_q ^*的限制器。6是根据i_q ^*和i_q输出Δq的q轴电流控制器，7是根据i_q ^*运算转差频率基准值ω_r ^*的转差频率运算器，8是把ω_r^和ω_r ^*相加得到信号ω₁ ^*的加法器，9是根据转速的大小切换输入ω_r^和ω_r ^*的切换器，由把ω₁ ^*与函数器91的输出G_a1相乘的乘法器92，把ω_r ^*与函数器93的输出G_a2相乘的乘法器94以及把两个乘法器的输出相加的加法器95构成。10是把来自切换电路9的输出频率指令值ω₁ ^**进行积分输出相位基准值θ的相位基准发生器，11是d轴电流指令器，由把添加电流值Δi_d和函数器111的输出G_a3进行相乘的乘法器112以及把基准电流值i_d ^*和乘法器输出进行相加输出其一次延迟值i_d ^**的延迟电路113构成。12是根据i_d ^**和i_d的偏差输出信号Δd的d轴电流控制器，13是根据i_d ^**、i_q ^*以及ω₁ ^**运算d轴以及q轴电压基准值V_d ^*,V_q ^*的电压运算器，14是输出V_d ^*和Δd的相加值V_d ^**的加法器，15是输出V_q ^*和Δq的相加值V_q ^**的加法器，16是把V_d ^**和V_q ^**进行坐标变换输出变换器输出电压指令值V₁ ^*(3相)的坐标变换器。

以上，9、11是本发明的特征之处。9、11内的函数器的特性如下。函数器91的输出G_a1在ω_r ^*是0附近时取0，较大时取1，函数器93的输出Ga2取其相反的值。即，G_a2、G_a2存在互补(公式1)关系。

G_a1+G_a2=1    (公式1)

从而，切换器9的输出ω₁ ^**由(公式2)给出。由此，ω₁ ^**在零速度区与ω_r ^*一致，在除此以外的区域与ω₁ ^*一致。G_a1、G_a2的渐增/渐减区域是用于平滑地进行切换的区域，在该区域中，作为ω₁ ^**输出ω₁ ^*和ω_r ^*的中间值。

ω₁ ^**=ω₁ ^*G_a1+ω_r ^*G_a2    (公式2)

另外，函数器111的输出G_a3在ω_r ^*是0附近时取1，除此以外取0。由此，i_d ^**以及i_d在零速度区从基准值i_d ^*仅增强Δi_d。

其次叙述系统总体的动作。构成要素1～7、10、12、13、14～16与以往的无速度传感器向量控制系统相同，首先叙述其概要。

在无速度传感器向量控制中，根据变换器输出电压以及输出电流推断转速，把该推断值反馈到速度控制器5中进行速度控制，同时，根据速度推断值ω_r^和转差频率基准值ω_s ^*的相加值控制变换器输出频率。与众所周知的有速度传感器向量控制的区别在于代替使用来自安装在电动机上的速度传感器的速度检测值而使用速度推断值，但其基本动作相同。

为了根据来自速度控制器5的q轴电流指令值i_q ^*以及d轴电流指令值i_d ^**控制电动机电流i_q、i_d，需要从变换器供给所需要的电动机电压。因此，在电压运算器13中根据电流指令值i_d ^**、i_q ^*以及频率指令值ω₁ ^**运算d轴以及q轴电压基准值V_d ^*、V_q ^*，用这些基准值控制变换器输出电压。然而，如果仅是这些值则由于控制误差电流i_d、i_q与各指令值不一致，因此，进行控制使得用来自q轴以及d轴电流控制器6、12的Δq、Δd修正电压V_q ^*、V_d ^*，使i_q、i_d与指令值一致。这样进行转差频率控制型向量控制的动作，控制电动机转矩与i_q ^*成比例。

其次，说明各构成要素的详细动作。

在速度推断器4中根据(公式3)运算速度推断值ω_r^。ω_r^=1/(1+T_0s)L₂ ^*/(M^*φ_2d ^*)(V_q ^**-ω₁ ^***Lσ^*id^**-(Rσ^*+Lσ^*s)iq}    (公式3)

这里，T₀：观测者时间常数

L₂ ^*、M^*：2次以及励磁电感(基准值)

φ_2d ^*：二次磁通(基准值)

R_σ ^*：1次以及2次电阻之和(基准值)

L_σ ^*：1次以及2次漏感之和(基准值)

ω₁ ^**：变换器输出频率(指令值)

图2示出基于速度推断器4的(公式3)的运算内容。41是电动机模型，示出电动机q轴电压V_q(=V_q ^**)和感应电动势e_q以及电流i_q的关系。推断原理是依据反模型推断e_q，并且通过用基准磁通量进行相除，运算速度推断值ω_r^。

ω_r^用作对于速度控制器5的反馈信号的同时，还使用在ω₁ ^*的运算中。(公式4)示出该运算式。在以往的控制中，ω₁ ^*原样不变地在输出频率指令值ω₁ ^**中使用，控制变换器的输出频率。

ω₁ ^*=ω_r ^*+ω_s ^*    (公式4)

另一方面，在速度控制器5中，根据速度偏差ω_r ^*-ω_r^运算q轴电流指令值i_q ^*。由于电动机转矩基本上与i_q ^*成比例，所以进行速度控制使得ω_r^与ω_r ^*一致。为了使电动机转矩与i_q ^*正确地成比例，条件是电动机电流i_q与i_q ^*一致，另外电动机磁通保持在基准值。这需要进行控制使得电动机电流i_d、i_q与各指令值i_d ^**、i_q ^*一致，为此，设置d轴以及q轴电流控制器12、6。各种运转条件下的电动机电压用(公式5)表示，与此相当的电压V_d ^*、V_q ^*能够根据i_d ^**、i_q ^*、ω₁ ^*以及电动机常数使用(公式6)，通过预先运算求出。在电压运算器13中进行该运算。V_d=rlid-ω₁LσiqV_q=rliq+ω₁Lσid+ω₁(M/L₂)φ_2d    (公式5)这里，r₁：一次电阻(实际值)L_σ：1次以及2次漏电感之和(实际值)L₂、M：2次以及励磁电感(实际值)φ_2d：2次磁通(实际值)V_d ^*=rl^*id^**-ω₁ ^**Lσ^*iq^*V_q ^*=rl^*iq^*+ω₁ ^**Lσ^*id^**+ω₁ ^**(M^*/L₂ ^*)φ_2d ^*    (公式6)

这里，*以及**表示基准值/指令值。

变换器输出电压(电动机电压)基本上根据该V_d ^*以及V_q ^*进行控制。然而，如果有控制误差，则由于该误差使得实际电流i_d、i_q与各指令值不一致，因而使用d轴以及q轴电流控制器12、6求出对应于电流偏差的信号Δd、Δq，用该信号修正输出电压，进行控制使得i_d、i_q与指令值一致。

以上是与以往的装置相同的动作，下面叙述与本发明直接相关的内容。

在用速度推算器4求出的ω_r^中包含有推断误差。因此，如前所述将产生转矩不足的问题。在推断误差的原因中，有1次以及2次电阻的温度变化以及电动机的铁芯饱和产生的漏电感的变动等，特别是在零速度区由于各种原因易于产生转矩下降。

本发明的目的在于防止零速度区的转矩下降，在零速度区通过与上述不同的原理进行速度控制。以下，叙述该内容。

如上所述，速度推断误差是转矩下降的原因，如果进一步分析其原因，可以大致区别为如下2种。

(1)由于根据速度推断值控制频率，因此由于推断误差实际转差频率从最佳值偏离。

(2)由于使用速度推断值进行速度控制，所以由于推断误差不能够把转矩电流控制为最佳值。

因而在本发明中，如以下那样分别解决上面的问题。

「1」在零速度区，代替推断值ω_r^使用速度指定值ω_r ^*运算输出频率指令值ω₁ ^**。即，在零速度区，通过切换器9，代替通常时的ω₁ ^*，选择并输出ω_r ^*，根据速度指令值ω_r ^*控制变换器输出频率。

「2」在零速度区，把d轴电流控制为比通常时大的预定值。即，在d轴电流指令器11中，在通常时的基准值i_d ^*上加入Δi_d，增强地控制i_d。

适用了「1」「2」情况的电动机产生的转矩τ_e和电流I₁的关系示于(公式7)中。

τ_e=k(ω_sT₂)/(1+(ω_sT₂)²)I₁ ²    (公式7)

这里，k：比例常数

ω_s：转差频率

T₂:2次时间常数

I₁：电动机电流的大小

在I₁一定的情况下1电动机转矩τ_e在ω_s·T₂=±1中取最大值，而在从ω_s=0开始的该期间内，τ_e根据转差频率ω_s变化。这种情况下，通过实际速度ω_r对于变换器输出频率ω₁(=ω_r ^*)变动被动地产生ω_s。即，根据负载转矩的增/减ω_s增/减，因而τ_e跟随负载转矩产生。其结果，电动机速度ω_r保持在ω_r ^*的附近(仅变动转差部分)，能根据速度指令值进行速度控制。

这里，由于需要电动机最大转矩大于负载最大转矩，因此要把I₁预先控制为大于与负载最大转矩匹配的值。为此把i_d或者i_q控制为预定值。作为该方法，还有与速度指令值无关地把i_q ^*设定为预定值的方法，在零速度区由于难以从ω_r^等高精度地检测负载转矩的方向，因此不进行i_q ^*极性的设定。为此，在图1的实施例中适用了把不需要进行极性设定的i_d ^**设定为预定值的方法。这时，也如在上述「2」中记述的那样，把电流指令值i_d ^**取为在通常的基准值i_d ^*上加入了Δi_d的值，把i_d(与=I₁相当)控制为与最大负载转矩匹配的值。

在零速度区，如以上那样控制变换器的输出频率和输出电流，因此能够解决上述(1)(2)的问题，还能够消除转矩不足。

在输出频率是数Hz以上的范围内，切换器9的输出从ω_r ^*切换到ω₁ ^*，与以往方式相同使用速度推断值ω_r^进行频率控制。为了平滑地进行切换，逐渐地切换ω_r ^*和ω₁ ^*以抑制伴随着切换产生的ω₁ ^**的急剧变化。为此设置函数器91、93的输出G_a1、G_a2的渐增/渐减特性。另外，在d轴电流指令器11中，为了抑制i_d的急剧变化，设置着延迟电路113。

另外，在增强了i_d的状态(零速度区)下，为了使得电动机电流I₁不超过额定值，需要限制i_q ^*，另外，在该期间，由于精度下降，i_q ^*从最佳值偏离，因而需要把i_q ^*限制为预定值或者大致为0。本实施例中，根据(公式8)使用根据i_d使i_q ^*的限制值i_qMAx可变的方法。

这里，I₁ ^*：电动机电流设定值。

图3示出本发明的另一实施例。这是对于从q轴电流控制器6’的输出得到速度推断值ω_r^的方式的无速度传感器向量控制装置的适用例。图中，1～3、5、7、9～14、16与图1的相应部分相同。6’是根据i_q ^*与i_q的偏差输出ω_r^的q轴电流控制器，8’是把ω_r^和ω_s ^*进行相加，输出信号ω₁ ^*的加法器，切换器9与上述实施例相同根据ω_r ^*的大小选择输出ω₁ ^*和ω_r ^*。在从切换器9输出ω₁ ^*的以往控制的状态下，如果考虑到电流控制器6’的输出与ω_r ^*相当，则可知与上述实施例同样地进行动作，能够得到相同的效果。

图4示出本发明的又一个实施例。这是对于从轴电流控制器6”的输出得到信号ω₁ ^*的方式的无速度传感器向量控制装置的适用例。图中，1～3、5、7、9～14、16与图1的相应部分相同。6”是根据i_q ^*与i_q的偏差输出ω₁ ^*的q轴电流控制器，8”是从ω₁ ^*中减去ω_s ^*，求出速度推断值ω_r^并反馈到速度控制器5中的减法器，切换器9与上述实施例相同根据ω_r ^*的大小选择输出ω₁ ^*和ω_r ^*。在从切换器9输出ω₁ ^*的以往控制的状态下，如果考虑到电流控制器6”的输出与ω₁ ^*相当，则可知与上述实施例同样地进行动作，能够得到相同的效果。

在上述实施例中，在零速度区，增强地把i_d控制为预定值，而零速度区中的转矩有正负方向，在方向不一定的情况下，适用该方法。其理由前面已经叙述。另一方面，在转矩仅是单方向的情况下，由于可以根据转矩方向设定i_q ^*的极性，因此如上述实施例那样还能够采取代替把i_d设定为预定值，在零速度区把i_q ^*设定为预定值(与负载最大转矩匹配的值)的方法。

图5示出该实施例的结构。图中，构成要素1～10、12～16与图1的相应部分相同，动作也相同。17是根据转速的大小切换并输出速度控制器5的输出i_q ^*和设定电流值i_q0的切换电路，由根据ω_r ^*在零速度区输出「1」，除此以外输出「0」的信号的函数器171、把iq0与延迟电路172的输出G_a4(0≤G_a4≤1)进行相乘的乘法器173、把对于G_a4具有互补关系的信号G_a5(=1-G_a4、0≤G_a5≤1)与i_q ^*进行相乘的乘法器174以及把两个乘法器的输出进行相加输出q轴电流控制器6的电流指令值i_q ^**的加法器175构成。

该装置的动作如下。函数器171如前所述，在零速度区输出「1」，除此之外输出「0」的信号。延迟电路172是用于光滑地进行切换的电路，输出在上述信号上以一次延迟进行跟踪的信号G_a4。

由于在零速度区G_a4是「1」，G_a5是「0」，因此根据乘法器173、174以及加法器175的动作，从q轴电流指令器17输出i_q0。从而，在零速度区附近根据i_q0控制i_q能够得到充分的转矩(i_q0设定为与负载最大转矩匹配的值)。另外，在零速度区以外与此相反根据i_q ^*控制i_q，动作与以往的装置相同。

如上所述，由于在零速度区根据ω_r ^*控制变换器输出频率，另外根据预定值i_q0控制电动机电流，因此在该装置中也能够得到与上述实施例相同的效果。

上述实施例是对于具有速度控制器5并根据其输出信号i_q ^*控制转矩的速度控制方式的适用例，然而在不具有速度控制器的方式中适用本发明也能够得到同样的效果。

图6示出该实施例的结构。图中，构成要素1～3、10～14、16与图1的相应部分相同。7’是根据q轴电流指令值i_q求转差频率基准值ω_s ^*的转差频率运算器。

其次说明系统总体的动作。在零速度区以外的状态下输出ω_r ^*+ω_s ^*的频率指令值ω₁ ^**，另外，从d轴电流指令器11输出基准值i_d ^*。这时总体的动作与以往的无速度传感器向量控制系统相同。即，大致根据ω_r ^*控制变换器输出频率的同时，在电压运算器13中根据i_d ^*、i_q ^*以及ω₁ ^**运算所需要的电动机电压，由此控制变换器输出电压。

如上所述，由于控制变换器的输出电压和频率，所以进行与V/f控制类似的动作。而由于进行控制使得用电压运算器13补偿电动机的内部电压降，感应电动势(电动机磁通)成为预定值，因此直到低速区也能够得到充分的转矩。

在该装置中适用了本发明的情况下，在零速度区输出ω_r ^*，另外，d轴电流指令器11输出在i_d ^*上加入了Δi_d的指令值i_d ^**，增强地控制i_d。由此，与上述实施例相同，根据速度指令值控制频率，把d轴电流控制为比通常时大的预定值，因此能够消除零速度区的转矩不足。

至上述实施例为止都是在零速度区用速度指令值ω_r ^*控制变换器输出频率ω₁的方式，如果负载转矩发生作用，则电动机的转速ω_r仅从ω_r ^*降低转差频率ω_s部分。该补偿可以如下进行，通过使用图1的实施例中的d轴以及q轴的电流控制器输出Δd、Δq，推断零速度区的转差频率，把该转差推断值加入到频率指令值上。

图7示出该实施例的结构。这是在图1的无速度传感器向量控制装置中适用了零速度区的转差补偿的例子。图中，1～16与图1的相应部分相同。18是使用d轴以及q轴的电流控制器输出Δd、Δq和输出频率指令值ω₁ ^**求零速度区的转差频率推断值ω_s^的转差推断器，19是把信号ω_r ^*和作为18的输出值ω_s^相加并把相加值ω₁ ^***进行输出的加法器。切换器9的输出ω₁ ^**在零速度区与ω_r ^*+ω_s^一致，除此以外与ω_r^+ω_s ^*一致。使用图8说明转差推断器18的构造。

输入到转差推断器18中的信号ω₁ ^**与电动机的速度电动势常数181相乘，其相乘值和信号Δq输入到加法器182中。进而，信号Δd和加法器182的输出信号输入到除法器183中。在除法器183的输出信号上乘以电动机的2次时间常数的倒数(1/T2^*)，输出信号ω_s^。

其次，说明作为本实施例的特征性结构的转差推断器18带来的效果。电动机的d轴以及q轴的电压指令值V_d ^**、V_q ^**，电动机的d轴以及q轴的电压V_d、V_q分别用公式(公式9)、(公式10)表示。

V_d ^**=rl^*id^**-ω₁ ^**Lσ^*iq^*+Δd

V_q ^**=rl^*iq^*+ω₁ ^**Lσ^*id^**

+ω₁ ^**(M^*/L₂ ^*)φ_2d ^*+Δq    (公式9)

V_d=rlid-ω₁ Lσi_q-ω₁(M/L₂)φ_2q

V_q=rliq+ω₁ Lσid+ω₁(M/L₂)φ_2q    (公式10)

在零速度区，公式(9)、(10)中，由于把q轴电流i_q控制为0，因此i_q·r1=0，另外该公式的第2项比第3项小，例如即使L_σ ^*≠L_σ，也可以忽视。这里，从(公式9)=(公式10)的关系出发，d轴以及q轴的电流控制器输出Δd、Δq用(公式11)表示。Δd=(r1-r1^*)id-ω₁(M/L₂)φ_2qΔq=ω₁(M/L₂)φ_2d-ω₁ ^**(M^*/L₂ ^*)φ_2d ^*    (公式11)

由此，在d轴电流控制器的输出Δd上，出现由q轴磁通φ_2q感应的速度电动势e_q(=ω₁(M/L₂)φ_2q)。另一方面，如果在q上加入速度电动势基准值[ω₁ ^**(M^*/L₂ ^*)φ_2d ^*]，则能够得到与电动机的d轴磁通φ_2d相关的速度电动势e_d(=ω₁(M/L)φ_2d)

另外，如上所述，在把i_d控制为预定值，把i_q控制为i_q=0的情况下，d、q轴的磁通φ_2d、φ_2q与电动机的转差频率ω_s的关系用(公式12)表示。ω_s=1/T₂ ^*(-φ_2q/φ_2d)=1/T₂ ^*(e_d^/e_q^)    (公式12)

于是，通过进行由(公式13)所示的运算，能够运算电动机的转差频率ω_s^。

ω_s^=1/T₂ ^*(Δd/Δq+ω₁ ^**(M^*/L₂ ^*)φ_2d ^*)

                                                       (公式13)

如果把用(公式13)求出的信号ω_s^加到速度指令值ω_r ^*上，控制输出频率指令值ω₁ ^**，则能够补偿由于负载转矩引起的转速的降低，能够进行高精度的速度控制。

另外，代替上述的Δd、Δq，从电压指令值V_d ^**减去电阻基准值r₁与电流i_d的乘积r₁·i_d，求出e_d^(=-ω₁(M/L₂)φ_2d)，从V_q ^**减去非相干基准值(ω₁ ^**L_σ ^*i_d ^**)，加入ω₁ ^**(M^*/L₂ ^*)φ_2d ^*，求出e_q^(=ω₁(M/L₂)φ_2d)，进行(公式14)所示的运算，由此也能够运算ω_s^。

ω_s^=1/T₂ ^*(e_d^/e_q^)    (公式14)

即，从电压指令值检测与2次磁通φ_2d、φ_2q相关的d、q轴的速度电动势(e_d、e_q)，根据其比值运算转差频率ω_s^，使用运算值ω_s^修正频率指令值(ω₁ ^**=ω_r ^*+ω_s^)，由此补偿转速的降低。

图9示出本发明的又一个实施例。本实施例是在从q轴电流控制器6’的输出获得速度推断值ω_r^的方式的无速度传感器向量控制装置中使用零速度区的转差补偿的例子。图中，1～3、5、7、9～14、16、19与图7的相应部分相同。6’是根据i_q ^*与i_q的偏差输出ω_r^的q轴电流控制器，8’是把ω_r^和ω_s ^*进行相加，输出信号ω₁ ^*的加法器，18’是根据V_q ^*和Δd输出ω_s^的转差推断器。

本实施例中，因为是q轴电压基准值=q轴电压(V_q ^*=V_q)的关系，因此(公式6的第2行)=(公式10的第2行)，由于在零速度区，把q轴电流i_q控制为0，因此i_q·r₁=0，另外该公式的第2项比第3项小，例如，即使是L_σ ^*≠L_σ也可以忽视。即，成为V_q ^*=E_q(=ω₁(M/L₂)φ_2d)。Δd由于与上述实施例相同，因此能够根据V_d ^*与Δd的比值运算转差频率推断值ω_s^。即，能够以图10所示的结构运算ω_s^，由此可知，如果用ω_s^修正频率指令值(ω₁ ^**=ω_r ^*+ω_s^)，则与上述实施例同样地进行动作，可以得到相同的结果。

图11示出本发明的又一个实施例。本实施例是在从q轴电流控制器6”的输出获得信号ω₁ ^*的方式的无速度传感器向量控制装置中适用零速度区的转差补偿的例子。图中，1～3、5、7、9～14、16、19与图7的相应部分相同。

6”是根据i_q ^*与i_q的偏差输出ω₁ ^*的q轴电流控制器，8”是从ω₁ ^*减去ω_s ^*，求速度推断值ω_r^并反馈到速度控制器5的减法器，18’是根据V_q ^*和Δd输出ω_s^的转差推断器。本实施例也与图9的实施例相同，能够以图10所示的结构运算ω_s^，由此可知，如果用ω_s^修正频率指令值(ω₁ ^**=ω_r ^*+ω_s^)，则与上述实施例同样地进行动作，可以得到相同的结果。

图12示出本发明的又一实施例。本实施例是在不具有速度控制器的无速度传感器向量控制装置中适用了零速度区转差补偿的例子。图中，构成要素1～3、10～14、16与图7的相应部分相同。7’是根据q轴电流指令值iq求转差频率基准值ω_s ^*的转差频率运算器，18’是根据V_d ^*和Δd输出ω_s^的转差推断器。本实施例也与图11的实施例一样，能够以图10所示的结构运算ω_s^，由此可知，如果使用ω_s^修正频率指令值(ω₁ ^**=ω_r ^*+ω_s^)，则与上述实施例同样地进行动作，可以得到相同的效果。

至上述实施例为止都是在零速度区与负载转矩无关地恒定控制d轴电流i_d的方式，而在轻负载时运转效率降低。因而，通过使用运算出的转差推断值ω_s^修正d轴电流指令值i_d ^**，使得提高轻负载时的运转效率。

图13示出该实施例的结构。本实施例是在图7的无速度传感器向量控制装置中适用了d轴电流指令值的修正补偿的例子。图中，1～10、12～15、18、19与图7的相应部分相同。

转差推断器18的输出信号ω_s^在d轴电流指令器11’中，输入到函数发生器15内。在函数发生器15中，使用ω_s^，运算与负载转矩匹配的d轴电流指令修正增益。在乘法器116中，输入d轴电流指令值基准值i_d ^*和函数发生器115的输出信号，运算输出信号i_d ^**。

其次，说明作为本发明特征结构的d轴电流指令器11’带来的效果。在零速度区，把i_d控制为预定值，把i_q控制为i_q=0的情况下，根据d轴以及q轴的电流控制器输出Δd、Δq的比例，能够推断与负载转矩匹配的电动机的转差频率ω_s。使用该推断值ω_s^，通过进行由(公式15)所示的运算，能够运算与负载转矩匹配的d轴电流指令值。i_d ^**=F(ω_s^)i_d ^*    (公式15)式中，F(ω_s^)是当ω_s^=0时，F(ω_s^)=1当ω_s^＞0时，F(ω_s^)＞1

的任意函数。

如果使用(公式15)求出的d轴电流指令值i_d ^**，则成为

无负载(ω_s^=0)时，i_d ^**=i_d ^*

有负载(ω_s^＞0)时，i_d ^**＞i_d ^*

由于根据负载转矩(转差频率推断值ω_s^)修正d轴电流指令值，因此能够提高轻负载时的运转效率。

另外，本实施例中，使用函数F(ω_s^)直接修正i_d ^**，但根据函数F(ω_s^)修正图7所示的Δi_d，其效果也相同。

图14示出本发明的又一实施例。本实施例是在从q轴电流控制器6’的输出获得速度推断值ω_r^的方式的无速度传感器向量控制装置中适用了d轴电流指令值的修正补偿的例子。图中，1～3、5、6’、7、8’、9～10、12～14、16、18’、19与图9的相应部分相同。

11’是根据信号ω_s^修正信号i_d ^**的d轴电流指令器。本实施例也与上述实施例同样地进行动作，能够得到相同的效果。

图15示出本发明的又一实施例。本实施例是在从q轴电流控制器6’的输出获得信号ω₁ ^*的方式的无速度传感器向量控制装置中适用了d轴电流指令值的修正补偿的例子。图中，1～3、5、6”、7、8”、9～10、12～14、16、18’、19与图9的相应部分相同。11’是根据信号ω_s^修正信号i_d ^**的d轴电流指令器。本实施例也与上述实施例同样地进行动作，能够得到相同的效果。

图16示出本发明的又一实施例。本实施例是在不具有速度控制器的无速度传感器向量控制装置中使用了d轴电流指令值的修正补偿的例子。图中，构成要素1～3、7’、10～14、16、18与图6的相应部分相同。11’是根据信号ω_s^修正信号i_d ^**的d轴电流指令器。本实施例也与上述实施例同样地进行动作，能够得到相同的效果。

如果依据本发明，则能够提供即使在零速度区也不会产生转矩不足的高精度高效率的感应电动机的控制方法。

Claims (23)

1．一种感应电动机的速度控制方法，在具有驱动感应电动机的电力变换器，根据速度指令值和速度推断值的偏差输出q轴电流指令值的速度控制器，根据旋转磁场坐标系的d轴(相当于磁通轴)的电流指令值以及q轴的上述电流指令值，控制上述电力变换器的输出电流的电流控制器的感应电动机的速度控制装置中，特征在于：

在速度指令值或者速度推断值小于预定值的情况下，把d轴电流控制为大于通常时的值。

2．一种感应电动机的速度控制方法，在具有驱动感应电动机的电力变换器，根据速度指令值和速度推断值的偏差输出q轴电流指令值的速度控制器，根据旋转磁场坐标系的d轴(相当于磁通轴)的电流指令值以及q轴的上述电流指令值，控制上述电力变换器的输出电流的电流控制器的感应电动机的速度控制装置中，特征在于：

在速度指令值或者速度推断值小于预定值的情况下，把d轴电流控制为大于通常时的值，同时，把q轴电流限制为小于预定值。

3．权利要求1或2所述的感应电动机的速度控制方法，特征在于：

把上述q轴电流指令值的预定值设定为0。

4．一种感应电动机的速度控制方法，在具有驱动感应电动机的电力变换器，根据速度指令值和速度推断值的偏差输出q轴电流指令值的速度控制器，根据旋转磁场坐标系的q轴的电流指令值，控制上述电力变换器的输出电流的电流控制器的感应电动机的速度控制装置中，特征在于：

在速度指令值或者速度推断值小于预定值的情况下，不依据上述速度偏差把q轴电流控制为大于预定值。

5．一种感应电动机的速度控制方法，在具有驱动感应电动机的电力变换器，根据速度指令值和速度推断值的偏差输出q轴电流指令值的速度控制器，根据旋转磁场坐标系的d轴(相当于磁通轴)的电流指令值以及q轴的上述电流指令值，控制上述电力变换器的输出电流的电流控制器的感应电动机的速度控制装置中，特征在于：

在速度指令值或者速度推断值小于预定值的情况下，在频率指令值的运算中代替速度推断值使用速度指令值。

6．一种感应电动机的速度控制方法，在具有驱动感应电动机的电力变换器，根据速度指令值和速度推断值的偏差输出q轴电流指令值的速度控制器，根据旋转磁场坐标系的d轴(相当于磁通轴)的电流指令值以及q轴的上述电流指令值，控制上述电力变换器的输出电流的电流控制器的感应电动机的速度控制装置中，特征在于：

在速度指令值或者速度推断值小于预定值的情况下，把d轴电流控制为大于通常时的励磁电流的同时，在频率指令值的运算中代替速度推断值使用速度指令值。

7．一种感应电动机的速度控制方法，在具有驱动感应电动机的电力变换器，根据速度指令值和速度推断值的偏差输出q轴电流指令值的速度控制器，根据旋转磁场坐标系的q轴的电流指令值，控制上述电力变换器的输出电流的电流控制器的感应电动机的速度控制装置中，特征在于：

在速度指令值或者速度推断值小于预定值的情况下，把q轴电流控制为大于预定值的同时，在频率指令值的运算中代替速度推断值使用速度指令值。

8．一种感应电动机的控制方法，在具有驱动感应电动机的电力变换器，根据旋转磁场坐标系的d轴的电流指令值控制上述变换器的输出电流的电流控制器，根据d轴以及q轴的电流检测值或者指令值以及上述变换器的输出频率指令值运算变换器的输出电压基准值的电压运算器，并且根据速度指令值控制变换器的输出频率的感应电动机的速度控制装置中，特征在于：

在速度指令值小于预定值的情况下，把d轴电流控制为大于预定值。

9．一种感应电动机的控制方法，在具有驱动感应电动机的电力变换器，根据电流指令值控制该变换器的输出电流的电流控制器，根据速度指令值控制上述电力变换器的输出频率的感应电动机的速度控制装置中，特征在于：

根据上述感应电动机的电压值计算电动机的转差频率推断值，在上述速度指令值上加入该转差频率推断值，根据该相加值控制上述变换器的输出频率。

10．一种感应电动机的控制方法，在具有驱动感应电动机的电力变换器，根据旋转坐标系的d轴以及q轴的电流指令值，控制上述变换器的输出电流的电流控制器，并且根据速度指令值控制上述电力变换器的输出频率的感应电动机的速度控制装置中，特征在于：

根据上述电流控制器的输出值运算上述感应电动机的转差频率推断值，在上述速度指令值上加入该转差频率推断值，根据该相加值控制上述变换器的输出频率。

11．权利要求10所述的控制方法，特征在于：

上述转差频率推断值的运算根据上述d轴电流控制器的输出值和上述q轴电流控制器的输出值的比例进行。

12．一种感应电动机的控制方法，特征在于：

在上述速度指令值或者速度推断值小于预定值的情况下实施上述权利要求9～11所述的控制方法。

13．权利要求9～11所述的控制方法，特征在于：

上述电流指令值控制为预定值。

14．权利要求10所述的控制方法，特征在于：

d轴电流指令值控制为预定值，q轴电流指令值控制为0。

15．一种感应电动机的控制方法，在具有驱动感应电动机的电力变换器，根据电流指令值控制该变换器的输出电流的电流控制器，并且根据速度指令值控制上述电力变换器的输出频率的感应电动机的速度控制装置中，特征在于：

根据上述感应电动机的电压值计算电动机的转差频率推断值，根据该转差频率推断值修正上述电流指令值。

16．一种感应电动机的控制方法，在具有驱动感应电动机的电力变换器，根据旋转坐标系的d轴以及q轴的电流指令值控制上述电力变换器的输出电流的电流变换器，并且根据速度指令值控制上述电力变换器的输出频率的感应电动机的速度控制装置中，特征在于：

根据上述电流控制器的输出值计算上述电动机的转差频率推断值，根据该转差频率推断值，修正上述电流指令值。

17．权利要求16所述的感应电动机的控制方法，特征在于：

上述转差频率推断值的计算根据上述d轴电流控制器的输出值和上述q轴电流控制器的输出值的比例进行。

18．一种感应电动机的控制方法，特征在于：

在上述速度指令值或者速度推断值小于预定值的情况下实施上述权利要求15～16的控制方法。

19．权利要求16所述的感应电动机的控制方法，特征在于：

根据上述转差频率推断值修正上述d轴电流指令值，把q轴电流指令值控制为0。

20．一种感应电动机的控制方法，在具有驱动感应电动机的电力变换器，根据旋转磁场坐标系的d轴电流指令值控制该变换器的输出电流的电流变换器，根据d轴以及q轴的电流检测值和指令值以及上述变换器的输出频率指令值运算变换器的输出电压基准值的电压运算器，并且根据速度指令值控制上述电力变换器的输出频率的感应电动机的速度控制装置中，特征在于：

根据上述电压运算器的输出值计算电动机的转差频率推断值，在上述速度指令值上加入该转差频率推断值，根据该相加值控制上述变换器的输出频率。

21．一种感应电动机的控制方法，在具有驱动感应电动机的电力变换器，根据旋转磁场坐标系的d轴电流指令值控制该变换器的输出电流的电流变换器，根据d轴以及q轴的电流检测值和指令值以及上述变换器的输出频率指令值运算变换器的输出电压基准值的电压运算器，并且根据速度指令值控制上述电力变换器的输出频率的感应电动机的速度控制装置中，特征在于：

根据上述电压运算器的输出值计算电动机的转差频率推断值，根据该转差频率推断值修正上述d轴的电流指定值。

22．权利要求20～21所述的感应电动机的控制方法，特征在于：

上述转差频率推断值的计算根据上述电压运算器的d轴输出值和q轴输出值的比例进行。

23．一种感应电动机的控制方法，特征在于：

在上述速度指令值小于预定值的情况下实施上述权利要求20～21所述的控制方法。

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