CN1328847C - 交流电动机的无传感器矢量控制方法及其控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种交流电动机的无传感器矢量控制方法及其控制装置，其可以平稳地再次起动自由运转状态下的交流电动机。本发明在交流电动机(2)再起动时流过所述交流电动机(2)的电流以大于等于所设定的电流水平的状态持续了设定的时间时，判断为对旋转方向或速度的推测是错误的推测，通过再次施加直流电流或直流电压，来推测所述交流电动机(2)的旋转方向和速度。

Description

交流电动机的无传感器矢量控制方法及其控制装置

技术领域

本发明涉及交流电动机的无传感器矢量控制方法及其控制装置，其特征在于，在起动交流电动机时，推测自由运转状态下的交流电动机的速度，通过使其以所推测的速度运转，而能够平稳地起动交流电动机。

背景技术

本申请人在特开2001-161094号公报中提出了一种交流电动机的控制方法，该控制方法用于控制具备电流控制部而不具备速度检测器和电压检测器的交流电动机，所具备的电流控制部具有向交流电动机输出电力的电力转换器，根据电流指令信号与电力转换器的输出电流检测信号的偏差信号，控制电力转换器的输出电流，该控制方法包括具有向交流电动机输出电力的电力转换器的电流控制部，电流控制部根据电流指令信号与所述电力转换器的输出电流检测信号的偏差信号，控制所述电力转换器的输出电流，在所述交流电动机处于自由运转状态时，仅提供所设定的时间的任意直流电流，检测出所述电力转换器的输出电流检测信号中所出现的频率成分，根据该频率充分推测所述交流电动机的速度。

并且，还公开了下述控制方法，在交流电动机处于自由运转状态时，强制地将所述电流指令信号设为零进行电流控制，以使所述交流电动机的电流为零，并以使用此时的所述电流控制部的输出来计算出的输出电压指令信号为基准，求出所述交流电动机的剩余电压的大小、相位及角速度，从而推测出自由运转状态下的所述交流电动机的旋转方向和速度，由此来平稳地起动自由运转状态下的所述交流电动机。

并且，还公开了下述控制方法，在使用通过电流控制使所述电流指令信号为零时的所述电流控制部的输出而计算出的输出电压指令信号低于任意设定的电压电平时，停止电流控制，以设定的时间，向任意方向施加任意大小的直流电流指令，然后向与所述直流电压的指令方向改变180°相位的方向施加任意大小的电流指令，再以设定的时间进行电流控制，检测出电流检测值中出现的频率成分及其相位关系，把该频率成分推测为交流电动机的速度，根据相位关系推测旋转方向。

但是，在上述特开2001-161094号公报记载的方法中，在所述交流电动机残留有大量剩余电压的情况下，受该剩余电压的影响，所推测出的速度有时与实际交流电动机的速度不同。在该情况下，在设定了相当于由电力转换器推测的速度的频率进行起动时，在所述交流电动机中流过了使所述交流电动机以接近错误检测的速度运转的较大电流，有时不能再次平稳起动。

在电流控制器部的响应性差的情况下，很难使所述交流电动机的电流为零，因此使所述电力转换器成为过电流状态，不能进行平稳起动。

另外，在所述交流电动机为感应电动机的情况下，由于自由运转中的剩余电压逐渐变小，所以容易使感应电动机的电流为零，但是在所述交流电动机为永磁铁同步电动机的情况下，在高速自由运转时，产生较大的感应电压，不容易使永磁铁同步电动机的电流为零。

另外，在所述交流电动机高速自由运转的情况下，对于电流检测值中出现的频率的检测分辩率变差，电流检测值中出现的频率成分的信号的振幅变小，不能检测出频率。

另外，在所述特开2001-161094号公报中，对于所记载的交流电动机的控制方法，只说明了在交流电动机处于自由运转状态时，以所设定的时间提供任意的直流电流，然而没有具体说明该设定的时间的决定方法。

另外，特愿2002-80891号公报记载的交流电动机的控制方法，在频率调整电路设定预先设定的频率和检测的旋转方向，以转矩电流检测值为输入，如果转矩电流检测值为正，则降低输出频率，如果转矩电流检测值为负，则提高输出频率，调整输出频率使转矩电流检测值接近0，使自由运转状态下的所述交流电动机和所述电力转换器的输出频率一致，以此来进行平稳起动。

但是，在该情况下，虽然调整输出频率使转矩电流检测值接近0，但有时还不能进行平稳的再起动。

发明内容

本发明就是为了解决这些问题而提出的，其第1目的在于，提供一种交流电动机的无传感器矢量控制方法及其控制装置，在处于自由状态下的交流电动机再次起动时的旋转方向或速度推测错误的情况下，可以迅速判断其为错误推测，可以使自由运转状态下的交流电动机平稳地再次起动，

并且，通过正确设定处于自由运转状态下的交流电动机再次起动时施加给交流电动机的直流电流的施加时间，同样可以平稳地再起动自由运转状态下的交流电动机。

并且，其第2目的在于，提供一种交流电动机的无传感器矢量控制方法及其控制装置，在电流控制器部的响应性差的情况下，或者所述交流电动机不是感应电动机而是永磁铁同步电动机的情况下，能够可靠、平稳地持续运转。

另外，其第3目的在于，提供一种交流电动机的无传感器矢量控制方法及其控制装置，可以实现强制地将所述电流指令信号设为零进行电流控制，以使所述交流电动机的电流为零，在该情况下，提高电流控制器的响应性，使所述电力转换器不形成过电流状态，可以平稳地持续运转；在向交流电动机提供直流电流指令，并推测所述交流电动机的速度和旋转方向时，在所述交流电动机高速自由运转的情况下，提高频率检测精度；即使在交流电动机高速自由运转的情况下，也能够平稳地持续运转。

为了达到上述目的，本发明之一的交流电动机的无传感器矢量控制方法，是一种对于不具有速度检测器和电压检测器的交流电动机的无传感器矢量控制方法，包括：向交流电动机输出任意电力的电力转换器；检测供给所述交流电动机的电流的电流检测电路；把供给所述交流电动机的电流转换为激磁电流检测值和转矩电流检测值并输出的坐标转换电路；控制激磁电流方向电压，以使所述激磁电流指令值和所述激磁电流检测值一致的激磁电流控制电路；控制转矩电流方向电压，以使所述转矩电流指令值和所述转矩电流检测值一致的转矩电流控制电路；根据所提供的输出频率指令计算出交流电动机的感应电压的V/f转换电路；计算出通过对所提供的输出频率指令进行积分而得到的相位角的相位角运算电路；以及根据从所述激磁电流控制电路、所述转矩电流控制电路和所述V/f转换电路输出的电压指令，计算出输出电压的大小和相位的输出电压运算电路，将从所述输出电压运算电路输出的电压的大小和相位与从所述相位角运算电路输出的相位角相加，并决定所述电力转换器的开关，在起动自由运转状态下的所述交流电动机时，向所述交流电动机施加直流电流或直流电压，根据此时流过的二次电流推测所述交流电动机的旋转方向和速度，在频率调整电路中设定该旋转方向和与该速度相当的频率并进行起动，由频率调整电路使输出频率与所述交流电动机的速度一致，其特征在于，根据流过所述交流电动机的电流的大小，推测在所述频率调整电路设定的旋转方向和频率与实际的交流电动机的旋转方向和速度有偏差。

本发明之二的特征在于，在本发明之一的交流电动机的无传感器矢量控制方法中，推测在所述频率调整电路中设定的旋转方向和频率与实际的交流电动机的旋转方向和速度有偏差的基准为，流过所述交流电动机的电流以大于等于所设定的电流水平的状态持续了设定的时间。

本发明之三的特征在于，在本发明之一或二的交流电动机的无传感器矢量控制方法中，推测在所述频率调整电路中设定的旋转方向和频率与实际的交流电动机的旋转方向和速度有偏差，然后中断所述交流电动机的再起动，再次向所述交流电动机施加直流电流或直流电压，根据此时流过的二次电流重新推测所述交流电动机的旋转方向和速度，在频率调整电路中再次设定该旋转方向和与该速度相当的频率，并再次起动。

本发明之四的特征在于，在本发明之三的交流电动机的无传感器矢量控制方法中，在向所述交流电动机施加直流电流或直流电压，并根据此时流过的二次电流重新推测所述交流电动机的旋转方向和速度时，将该速度的推测值推测为比前次推测的速度仅降低了设定的速度的值、或者使频率调整电路的最终输出值成为上限值，在频率调整电路中设定与该推测值相当的频率并进行起动。

本发明之五的交流电动机的无传感器矢量控制装置，具有：向交流电动机输出任意电力的电力转换器；检测供给所述交流电动机的电流的电流检测电路；把供给所述交流电动机的电流转换为激磁电流检测值和转矩电流检测值并输出的坐标转换电路；控制激磁电流方向电压，以使所述激磁电流指令值和所述激磁电流检测值一致的激磁电流控制电路；控制转矩电流方向电压，以使所述转矩电流指令值和所述转矩电流检测值一致的转矩电流控制电路；以及根据所提供的输出频率指令运算交流电动机的感应电压的V/f转换电路；计算通过将所提供的输出频率指令积分得到的相位角的相位角运算电路；根据从所述激磁电流控制电路、所述转矩电流控制电路和所述V/f转换电路输出的电压指令，计算输出电压的大小和相位的输出电压运算电路，该装置为将从所述输出电压运算电路输出的电压的大小和相位与从所述相位角运算电路输出的相位角相加并决定所述电力转换器的开关的控制装置，并且交流电动机不具有所述处理用的速度检测器和电压检测器，在起动自由运转状态下的所述交流电动机时，向所述交流电动机施加直流电流或直流电压，根据此时流过的二次电流推测所述交流电动机的旋转方向和速度，在频率调整电路中设定该旋转方向和与该速度相当的频率并进行起动，由频率调整电路使输出频率与所述交流电动机的速度一致，其特征在于，具有误设定推测单元，根据流过所述交流电动机的电流的大小，推测在所述频率调整电路中设定的旋转方向和频率与实际的交流电动机的旋转方向和速度有偏差。

本发明之六的特征在于，在本发明之五的交流电动机的无传感器矢量控制装置中，所述误设定推测单元根据流过所述交流电动机的电流的大小推测为错误设定的基准为，流过所述交流电动机的电流以大于等于所设定的电流水平的状态持续了设定的时间。

本发明之七的特征在于，在本发明之五或六的交流电动机的无传感器矢量控制装置中，所述误设定推测单元在推测为错误设定后，中断所述交流电动机的再起动，再次向所述交流电动机施加直流电流或直流电压，根据此时流过的二次电流重新推测所述交流电动机的旋转方向和速度，在频率调整电路中再次设定该旋转方向和与该速度相当的频率，并再次起动。

本发明之八的特征在于，在本发明之七的交流电动机的无传感器矢量控制装置中，在向所述交流电动机施加直流电流或直流电压，并根据此时流过的二次电流重新推测所述交流电动机的旋转方向和速度时，将该速度推测值推测为比前次推测的速度仅降低了设定的速度的值、或者频率调整电路的最终输出值成为上限值，在频率调整电路中设定与该推测值相当的频率并进行起动。

本发明之九的交流电动机的无传感器矢量控制方法，是一种对于不具有速度检测器和电压检测器的交流电动机的无传感器矢量控制方法，包括：向交流电动机输出任意电力的电力转换器；检测供给所述交流电动机的电流的电流检测电路；把供给所述交流电动机的电流转换为激磁电流检测值和转矩电流检测值并输出的坐标转换电路；控制激磁电流方向电压，以使所述激磁电流指令值和所述激磁电流检测值一致的激磁电流控制电路；控制转矩电流方向电压，以使所述转矩电流指令值和所述转矩电流检测值一致的转矩电流控制电路；根据所提供的输出频率指令计算出交流电动机的感应电压的V/f转换电路；计算出通过对所提供的输出频率指令进行积分而得到的相位角的相位角运算电路；以及根据从所述激磁电流控制电路、所述转矩电流控制电路和所述V/f转换电路输出的电压指令，计算出输出电压的大小和相位的输出电压运算电路，将从所述输出电压运算电路输出的电压的大小和相位与从所述相位角运算电路输出的相位角相加，并决定所述电力转换器的开关，在起动自由运转状态下的所述交流电动机时，向所述交流电动机施加设定的时间的直流电流或直流电压，根据此时流过的二次电流推测所述交流电动机的旋转方向和速度，在频率调整电路中设定该旋转方向和与该速度相当的频率并进行起动，由频率调整电路使输出频率与所述交流电动机的速度一致，其特征在于，施加直流电流或直流电压的时间被设定为，所述交流电动机的推测下限值或根据二次电路时间常数的设定值计算出的值中较大的一方。

本发明之十的特征在于，在本发明之九的交流电动机的无传感器矢量控制方法中，在施加所述直流电流或直流电压的时间内不能测定出二次电流的频率的情况下，判断所述交流电动机为停止状态，向频率调整电路输入预先设定的最低频率或零频率。

本发明之十一的交流电动机的无传感器矢量控制装置，具有：向交流电动机输出任意电力的电力转换器；检测供给所述交流电动机的电流的电流检测电路；把供给所述交流电动机的电流转换为激磁电流检测值和转矩电流检测值并输出的坐标转换电路；控制激磁电流方向电压，以使所述激磁电流指令值和所述激磁电流检测值一致的激磁电流控制电路；控制转矩电流方向电压，以使所述转矩电流指令值和所述转矩电流检测值一致的转矩电流控制电路；根据所提供的输出频率指令运算交流电动机的感应电压的V/f转换电路；计算通过将所提供的输出频率指令积分而得到的相位角的相位角运算电路；以及根据从所述激磁电流控制电路、所述转矩电流控制电路和所述V/f转换电路输出的电压指令，计算输出电压的大小和相位的输出电压运算电路，该装置是将从所述输出电压运算电路输出的电压的大小和相位与从所述相位角运算电路输出的相位角相加，并决定所述电力转换器的开关的控制装置，并且交流电动机不具有所述处理用的速度检测器和电压检测器，在起动自由运转状态下的所述交流电动机时，向所述交流电动机施加设定的时间的直流电流或直流电压，根据此时流过的二次电流推测所述交流电动机的旋转方向和速度，在频率调整电路中设定该旋转方向和与该速度相当的频率并进行起动，由频率调整电路使输出频率与所述交流电动机的速度一致，其特征在于，施加直流电流或直流电压的时间被设定为，所述交流电动机的推测下限值或根据二次电路时间常数的设定值计算出的值中较大的一方。

本发明之十二的特征在于，在本发明之十一的交流电动机的无传感器矢量控制装置中，在施加所述直流电流或直流电压的时间内不能测定二次电流的频率的情况下，判断所述交流电动机为停止状态，向频率调整电路输入预先设定的最低频率或零频率。

本发明之十三的交流电动机的无传感器矢量控制方法，包括电流控制部，具有向交流电动机输出电力的电力转换器，根据电流指令信号与电力转换器的输出电流检测信号的偏差信号，控制电力转换器的输出电流，该方法用于控制不具备速度检测器和电压检测器的交流电动机，在所述交流电动机处于自由运转状态时，强制地将所述电流指令信号设为零进行电流控制，以使所述交流电动机的电流为零，根据使用此时的所述电流控制部的输出计算出的输出电压指令信号，求出所述交流电动机的剩余电压的大小、相位及角速度，以此推测自由运转状态下的所述交流电动机的旋转方向和速度，其特征在于，根据自由运转前的所述电力转换器的运转频率和所述交流电动机的二次电路时间常数，决定将所述电流指令信号设为零开始进行电流控制之前的等待时间。

本发明之十四的特征在于，在本发明之十三的交流电动机的无传感器矢量控制方法中，在自由运转前的所述电力转换器的运转频率低于任意设定的频率时，将把所述电流指令信号设为零开始进行电流控制之前的等待时间设定为零。

本发明之十五的特征在于，在本发明之十三或十四的交流电动机的无传感器矢量控制方法中，在所述交流电动机的感应电压大，难以把所述交流电动机的电流控制为零的情况下，停止将所述交流电动机的电流设为零的控制，通过由电力转换器在任意设定的时间内切换成使所述交流电动机的输入三相均短路，对所述交流电动机施加制动力，在使所述交流电动机减速后，再次把所述交流电动机的电流控制为零，推测自由运转状态下的所述交流电动机的旋转方向和速度。

本发明之十六的交流电动机的无传感器矢量控制装置，包括电流控制部，具有向交流电动机输出电力的电力转换器，根据电流指令信号和电力转换器的输出电流检测信号的偏差信号，控制电力转换器的输出电流，该交流电动机不具有速度检测器和电压检测器，在所述交流电动机处于自由运转状态时，强制地将所述电流指令信号设为零进行电流控制，以使所述交流电动机的电流为零，根据使用此时的所述电流控制部的输出计算出的输出电压指令信号，求出所述交流电动机的剩余电压的大小和相位及角速度，以此推测出自由运转状态下的所述交流电动机的旋转方向和速度，其特征在于，根据自由运转前的所述电力转换器的运转频率和所述交流电动机的二次电路时间常数，决定将所述电流指令信号设为零开始进行电流控制之前的等待时间。

本发明之十七的特征在于，在本发明之十六的交流电动机的无传感器矢量控制装置中，在自由运转前的所述电力转换器的运转频率低于任意设定的频率时，将把所述电流指令信号设为零开始进行电流控制之前的等待时间设定为零。

本发明之十八的特征在于，在本发明之十六或十七的交流电动机的无传感器矢量控制装置中，在所述交流电动机的感应电压大，难以把所述交流电动机的电流控制为零的情况下，停止将所述交流电动机的电流设为零的控制，通过由电力转换器在任意设定的时间内切换成使所述交流电动机的输入三相均短路，对所述交流电动机施加制动力，在使所述交流电动机减速后，再次把所述交流电动机的电流控制为零，推测自由运转状态下的所述交流电动机的旋转方向和速度。

本发明之十九的交流电动机的无传感器矢量控制方法，包括电流控制部，具有向交流电动机输出电力的电力转换器，根据电流指令信号与电力转换器的输出电流检测信号的偏差信号，控制电力转换器的输出电流，该交流电动机不具有速度检测器和电压检测器，在所述交流电动机处于自由运转状态时，强制地将所述电流指令信号设为零进行电流控制，以使所述交流电动机的电流为零，根据使用此时的所述电流控制部的输出计算出的输出电压指令信号，求出所述交流电动机的剩余电压的大小和相位及角速度，以此推测出自由运转状态下的所述交流电动机的旋转方向和速度，其特征在于，在进行使所述交流电动机的电流为零的处理时，使电流控制的处理的扫描时间比通常控制时的短。

本发明之二十的特征在于，在本发明之十九的交流电动机的无传感器矢量控制方法中，在进行使所述交流电动机的电流为零的处理时，使电流控制的处理的扫描时间比通常控制时的短，并且提高电力转换器的载波频率。

本发明之二十一的交流电动机的无传感器矢量控制装置，包括电流控制部，具有向交流电动机输出电力的电力转换器，根据电流指令信号和电力转换器的输出电流检测信号的偏差信号，控制电力转换器的输出电流，该交流电动机不具有速度检测器和电压检测器，在所述交流电动机处于自由运转状态时，强制地将所述电流指令信号设为零进行电流控制，以使所述交流电动机的电流为零，根据使用此时的所述电流控制部的输出运算的输出电压指令信号，求出所述交流电动机的剩余电压的大小和相位及角速度，以此推测出自由运转状态下的所述交流电动机的旋转方向和速度，其特征在于，具有在进行使所述交流电动机的电流为零的处理时，使电流控制的处理的扫描时间比通常控制时的短的单元。

本发明之二十二的特征在于，在本发明之二十一的交流电动机的无传感器矢量控制装置中，具有在进行使所述交流电动机的电流为零的处理时，使电流控制的处理的扫描时间比通常控制时的短，并且提高电力转换器的载波频率的单元。

本发明之二十三的交流电动机的无传感器矢量控制方法，包括电流控制部，具有向交流电动机输出电力的电力转换器，根据电流指令信号和电力转换器的输出电流检测信号的偏差信号，控制电力转换器的输出电流，该交流电动机不具有速度检测器和电压检测器，在所述交流电动机处于自由运转状态时，强制地将所述电流指令信号设为零进行电流控制，以使所述交流电动机的电流为零，同时在使用此时的所述电流控制部的输出计算出的输出电压指令信号低于任意设定的电压电平时，停止电流控制，向任意方向施加设定的时间的任意大小的直流电流指令，然后向相对所述直流电压的指令方向改变180°相位的方向施加任意大小的电流指令，再进行设定的时间的电流控制，速度推测电路检测电流检测值中出现的频率成分及其相位关系，把该频率成分推测为交流电动机的速度，根据相位关系推测其旋转方向，其特征在于，在向所述交流电动机施加直流电流指令，推测所述交流电动机的速度和旋转方向时，使电流控制的处理的扫描时间比通常控制时的短。

本发明之二十四的特征在于，在本发明之二十三的交流电动机的无传感器矢量控制方法中，在向所述交流电动机施加直流电流指令，推测所述交流电动机的速度和旋转方向时，使电流控制的处理的扫描时间比通常控制时的短，并且提高电力转换器的载波频率。

本发明之二十五的特征在于，在本发明之二十三或二十四的交流电动机的无传感器矢量控制方法中，在向所述交流电动机施加直流电流指令，推测所述交流电动机的速度和旋转方向时，使电流控制的处理的扫描时间比通常控制时的短，并且使用可以检测不同于正常控制时的较小电流的高灵敏度的电流检测器。

本发明之二十六的交流电动机的无传感器矢量控制装置，包括电流控制部，具有向交流电动机输出电力的电力转换器，根据电流指令信号和电力转换器的输出电流检测信号的偏差信号，控制电力转换器的输出电流，该交流电动机不具有速度检测器和电压检测器，在所述交流电动机处于自由运转状态时，强制地将所述电流指令信号设为零进行电流控制，以使所述交流电动机的电流为零，并且在使用此时的所述电流控制部的输出计算出的输出电压指令信号低于任意设定的电压电平时，停止电流控制，向任意方向施加设定的时间的任意大小的直流电流指令，然后向相对所述直流电压的指令方向改变180°相位的方向施加任意大小的电流指令，再进行设定的时间的电流控制，此时，由速度推测电路检测电流检测值中出现的频率成分及其相位关系，把该频率充分推测为交流电动机的速度，根据相位关系推测其旋转方向，其特征在于，具有在向所述交流电动机施加直流电流指令，推测所述交流电动机的速度和旋转方向时，使电流控制的处理的扫描时间比通常控制时的短的单元。

本发明之二十七的特征在于，在本发明之二十六的交流电动机的无传感器矢量控制装置中，具有在向所述交流电动机施加直流电流指令，推测所述交流电动机的速度和旋转方向时，使电流控制的处理的扫描时间比通常控制时的短，并且提高电力转换器的载波频率的单元。

本发明之二十八的特征在于，在本发明之二十六或二十七的交流电动机的无传感器矢量控制方法中，在向所述交流电动机施加直流电流指令，推测所述交流电动机的速度和旋转方向时，使电流控制的处理的扫描时间比通常控制时的短，并且使用可以检测不同于正常控制时的较小电流的高灵敏度的电流检测器。

附图说明

图1是表示本发明交流电动机的无传感器矢量控制装置的第1实施方式的结构的方框图。

图2是表示交流电动机在进行正向自由运转时被施加直流电流的情况下，其转矩电流检测值iqfb的变化的曲线图。

图3是表示交流电动机在进行反向自由运转时被施加直流电流的情况下，其转矩电流检测值iqfb的变化的曲线图。

图4是表示交流电动机在进行低速自由运转时被施加直流电流的情况下，其转矩电流检测值iqfb的变化的曲线图。

图5是表示在交流电动机的二次电路时间常数较长的示例中，被施加直流电流时的转矩电流检测值iqfb的变化的曲线图。

图6是表示第1实施方式的结构的流程图。

图7是表示本发明的交流电动机的无传感器矢量控制的第2实施方式的结构的方框图。

图8是自由运转前的运转频率和再起动前的等待时间。

图9是表示本发明的交流电动机的无传感器矢量控制的第3实施方式的结构的方框图。

图10是表示本发明的交流电动机的无传感器矢量控制装置的第4实施方式的结构的方框图。

图中的符号说明：1电力转换器；2交流电动机；3电流检测器；4电流坐标转换电路；5转矩电流控制电路；6激磁电流控制电路；7相位运算电路；8V/f转换电路；9输出电压运算电路；10开关模式生成电路；11频率调整电路；12、13、14、17开关；15速度推测电路(第3实施方式)；15B速度推测电路(第4实施方式)；16加法器。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明。

首先，说明本发明的第1实施方式。

第1实施方式是在交流电动机再起动时，在流过所述交流电动机的电流以大于等于所设定的电流水平的状态持续了所设定的时间的情况下，判断为旋转方向或速度的推测错误，再次施加直流电流或直流电压，推测交流电动机的旋转方向和速度。

图1是表示本发明的交流电动机的无传感器矢量控制的第1实施方式的结构的方框图。本实施方式的电动机的无传感器矢量控制装置具有：电力转换器1；交流电动机2；电流检测器3；电流坐标转换电路4；转矩电流控制电路5；激磁电流控制电路6；相位运算电路7；V/f转换电路8；输出电压运算电路9；开关模式生成电路10；频率调整电路11。

电力转换器1通过功率元件把三相交流转换成直流电压，将该直流电压通过PWM控制转换为任意频率和电压的交流，供给交流电动机2。

电流检测器3检测供给所述交流电动机2的电流。

电流坐标转换电路4把在所述电流检测器3检测的电流分解成转矩电流检测值iqfb和激磁电流检测值idfb。

转矩电流控制电路5计算出第一q轴电压指令值V’qref，以使所提供的转矩电流指令值iqref和所述转矩电流检测值iqfb一致。

激磁电流控制电路6运算d轴电压指令值dref，以使所提供的激磁电流指令值idref和所述激磁电流检测值idfb一致。

相位运算电路7通过将所提供的频率f1积分而计算出相位θ。

V/f转换电路8根据所述提供的频率f1计算出相当于交流电动机的感应电压的电压Eref。

输出电压运算电路9将所述转矩电流控制电路5的输出即第一q轴电压指令值V’qref、和所述V/f转换电路8的输出即电压Eref进行加法运算，计算第二q轴电压指令值Vqref，从所述第二q轴电压指令值Vqref和所述d轴电压指令值dref，输出输出电压指令值Vlref及其电压相位θv。

开关模式生成电路10根据将所述输出电压指令值Vlref及所述电压相位θv和所述相位θ相加后的电力转换器输出相位θdeg，决定电力转换器1的开关模式。

频率调整电路11在再次起动自由运转状态下的交流电动机2的情况下，调整从所述电力转换器1输出的频率，从而可以平稳地起动。

为了推测自由运转状态下的所述交流电动机2的旋转方向和速度，在向激磁电流指令值idref提供任意设定的时间的直流电流指令后，改变直流电流指令的符号和大小，进行电流控制，推测转矩电流检测值iqfb的变化。

在本发明中，在起动自由运转状态下的交流电动机时，向交流电动机施加直流电流或直流电压，根据此时流过的二次电流推测交流电动机的旋转方向和速度。图2表示交流电动机2在进行正向自由运转的情况，图3表示交流电动机2在进行反向自由运转的情况，在各图中，(a)表示交流电动机2的激磁电流检测值idfb的时间变化，(b)表示交流电动机2的转矩电流检测值iqfb的时间变化。

在图2中，在(a)所示的时间t1，负矩形波的激磁电流检测值idfb流过交流电动机2时，如进行正向自由运转的交流电动机2的情况(b)那样，产生波形朝向正方向上升的转矩电流检测值iqfb。

相反，如图(3)所示，在(a)所示的时间t1，负矩形波的激磁电流检测值idfb流过交流电动机2时，如进行反向自由运转的交流电动机2的情况(b)那样，同样产生波形朝向负方向的转矩电流检测值iqfb。

因此，通过着眼于此点，可以根据所检测的转矩电流检测值iqfb的时间变化检测出旋转方向，并且通过测量出该转矩电流检测值iqfb的频率，可以推测出所述交流电动机的速度。

把这样推测的交流电动机2的旋转方向和速度推测值设定在频率调整电路11中进行使用。频率调整电路11通过调整频率使转矩电流检测值iqfb为0，使交流电动机2的自由运转状态下的速度和所述电力转换器的输出频率一致，可以平稳地起动交流电动机2。

在本发明中，在发生了速度推测值或旋转方向的误检测的情况下，自动地检测到该情况，并再次施加直流电流，根据转矩电流检测值iqfb的时间变化推测所述交流电动机的旋转方向和速度。即，根据流过交流电动机的电流的大小，推测在频率调整电路设定的旋转方向和频率偏离实际交流电动机的旋转方向和速度，具体讲，以流过交流电动机的电流以大于等于所设定的电流水平的状态持续了设定的时间为主要条件。并且，在符合该主要条件的情况下，停止交流电动机的再起动，再次向所述交流电动机施加直流电流或直流电压，根据此时流过的二次电流重新推测所述交流电动机的旋转方向和速度。在进行该重新推测时，该速度的推测值是将比前次推测的速度降低了所设定的速度的值、或者将频率调整电路的最终输出值推测为上限值，在频率调整电路中设定相当于该推测值的频率，进行起动。

下面，结合图1和图6详细说明再次起动自由运转状态下的交流电动机的本实施方式的动作。

在交流电动机2处于自由运转状态时，图1中的3个开关S1～S3从A侧的正常运转状态变为B侧的自由运转起动状态。因此，转矩电流直流值iqref＝0，从所述V/f转换电路8输出激磁电流指令，输出频率f1成为所述频率调整电路11的输出。但是，在所述频率调整电路11把零频率设定为初始值。这样，向交流电动机2提供设定的时间的任意直流电流(参照图2或图3(a))(步骤S1)。根据此时流过的转矩电流检测值iqfb(参照图2或图3(b))，推测频率和旋转方向(步骤S2)。根据该推测结果，在所述频率调整电路11重新设定该频率和旋转方向(步骤S3)。

在所述频率调整电路11重新设定该频率和旋转方向时，所述V/f转换电路8计算出使磁通按照二次电路时间常数上升的激磁电流指令，根据所述磁通量和所述设定的频率f1，计算出相当于交流电动机的感应电压的电压Eref并输出。

在频率调整电路11进行下述调整，以使转矩电流检测值iqfb接近0，即，如果转矩电流检测值iqfb为正，则降低频率，如果转矩电流检测值为iqfb负，则提高输出频率。

在磁通量达到正常运转时的水平后，当转矩电流检测值iqfb达到接近0的设定水平时(即，流过交流电动机的电流不再以大于等于设定水平的状态持续任意时间时，(在步骤S4中为否))，判断为可以正常起动，3个开关S1～S3被切换到A侧(步骤S7)。

可是，在频率调整电路11调整频率时，在流过所述交流电动机的电流以大于等于任意设定水平的状态持续任意时间的情况下(在步骤S4中为是)，根据本实施方式判断为明显异常状态(步骤S5)。该状态表示所述交流电动机的旋转方向和在所述频率调整电路11设定的旋转方向不同，或者所述交流电动机的速度和在所述频率调整电路11设定的频率设定值大大偏离的情况。

在检测到该状态的情况下，暂且停止所述电力转换器(步骤S6)，返回再次施加直流电流的步骤S1，重新推测所述交流电动机的旋转方向和速度，在所述频率调整电路重新进行设定。

此处，作为所述交流电动机的速度推测值的上限值，采用从前次推测的频率减少任意水平值后的值，或者所述频率调整电流最后输出的频率。由此，可以抑制再次推测时的误检测。

并且，在上述实施例中，说明了把流过交流电动机2的电流分解成转矩电流和激磁电流，进行分别独立控制的矢量控制的电力转换装置，但是，在进行V/f恒定控制的电力转换装置中，只要追加把在自由运转起动时流过交流电动机的电流分解成转矩电流和激磁电流，并分别独立进行控制的电流控制电路，可以利用完全相同的处理实施本发明。

下面，说明本发明的第1实施方式的变形例。

在第1实施方式的变形例是关于向激磁电流指令值idref提供直流电流指令的任意时间的设定方法，通过把任意直流电流的施加时间设定为交流电动机的推测速度的下限值或二次电路时间常数中较大的一方，能够可靠地推测出交流电动机的旋转方向和速度。

作为转矩电流检测值的频率的测定方法，有测定正侧峰值和负侧峰值的周期或过零点间的周期的方法。

可是，如图4所示，在不能测定正侧峰值和负侧峰值的周期T1或过零点间的周期T2的情况下，将不能检测频率。因此，为了能够检测出频率，必须持续流过直流电流。

但是，在所述交流电动机进行低速自由运转时，即使从零频率或可以输出的最低频率起动所述电力转换器，也可以几乎没有冲击地平稳地起动，通过着眼于这点，可以预先把下限值设为所述交流电动机自由运转时的速度推测值，在小于该速度时判断为停止，把速度推测值作为预先设定的值或零频率，在所述频率调整电路中进行设定。

另外，在二次电路时间常数较大的交流电动机中，受剩余电压的影响，转矩电流检测值iqfb成为图5所示的波形，有时不能正确检测出旋转方向。因此，为了消除剩余电压的影响，仅施加对应二次电路时间常数的时间或与二次电路时间常数成比例的时间的直流。

这样，利用所施加的直流消除剩余电压，使图5所示波形成为如图2(或图3)所示那样的容易被检测的波形，从而可以准确地推测旋转方向。

因此，提供直流电流指令的任意时间的设定方法，优选设定为在根据预先设定的速度推测值的下限值计算出的时间、对应二次电路时间常数的时间或与二次电路时间常数成比例的时间中较长的一个时间。

关于再次起动处于自由运转状态的交流电动机时的动作，在第1实施方式中已详细说明，在此省略。

另外，在本发明的说明中，说明了把流过交流电动机2的电流分解成转矩电流和激磁电流，进行分别独立控制的矢量控制的电力转换装置，但是，在进行V/f恒定控制的电力转换装置中，只要追加把在自由运转起动时流过交流电动机的电流分解成转矩电流和激磁电流，并分别独立进行控制的电流控制电路，可以利用完全相同的处理实施本发明。

并且，在本发明的说明中，作为频率的测定方法，说明了测定正侧峰值和负侧峰值的周期或过零点间的周期的方法，但即使使用一般确立的频率检测方法，也能够推测出交流电动机的速度。

图7是表示本发明的交流电动机的无传感器矢量控制装置的第2实施方式的结构的方框图。本实施方式的电动机的无传感器矢量控制装置具有：电力转换器1；交流电动机2；电流检测器3；电流坐标转换电路4；转矩电流控制电路5；激磁电流控制电路6；相位运算电路7；V/f转换电路8；输出电压运算电路9；开关模式生成电路10；开关12、13、14；速度推测电路15。

电力转换器1通过功率元件将三相交流顺序转换成直流电压，通过按照PWM控制方式控制主电路功率元件的开关，将该直流电压转换成任意频率和电压的交流，并供给交流电动机2。电流检测器3检测供给所述交流电动机2的电流。电流坐标转换电路4把在所述电流检测器3检测的电流分解成转矩电流检测值iqfb和激磁电流检测值idfb。转矩电流控制电路5计算出第一q轴电压指令值V’qref，以使所提供的转矩电流指令值iqref和所述转矩电流检测值iqfb一致。激磁电流控制电路6计算出d轴电压指令值Vdref，以使所提供的激磁电流指令值idref和所述激磁电流检测值idfb一致。

相位运算电路7通过将所提供的频率f1积分而计算出相位θ。V/f转换电路8根据所述提供的频率f1计算出相当于交流电动机的感应电压的电压Eref。

输出电压运算电路9将所述转矩电流控制电路5的输出即第一q轴电压指令值V’qref、和所述V/f转换电路8的输出即电压Eref进行加法运算，计算出第二q轴电压指令值Vqref，根据所述第二q轴电压指令值和所述d轴电压指令值，输出输出电压指令值Vlref及其电压相位θV。开关模式生成电路10根据所述输出电压指令值Vlref、和把所述电压相位θV与所述相位θ相加后的电力转换器输出相位θdeg，来决定电力转换器1的开关模式。

速度推测电路15是推测自由运转状态下的交流电动机2的速度fr的电路。开关12是把转矩电流指令值iqref切换到零侧即B侧或成为转矩电流控制电路5的输入的A侧的开关。开关13是把激磁电流指令值idref切换到零侧即B侧或成为激磁电流控制电路6的输入的A侧的开关。开关14是把频率f1切换到零侧即B侧或成为V/f转换电路8的输入的A侧的开关。

下面，详细说明再次起动处于自由运转状态下的交流电动机时的动作。在所述交流电动机2为自由运转状态时，图7中的3个开关12、13、14从A侧的正常运转状态变为B侧的自由运转起动状态。由此，转矩电流指令值iqref＝0，激磁电流指令值idref＝0。并且，在正常控制时，由于所述交流电动机为自由运转，没有成为基准的相位，所以在把积累的相位也固定为零的状态下，根据输出频率把流过所述交流电动机的电流控制为零。这是由于在所述交流电动机处于自由运转状态时，产生与旋转速度对应的感应电压，所述感应电压以所述交流电动机2的旋转速度进行旋转，所以如果与所述交流电动机2的旋转速度和感应电压的大小无关地使所述电力转换器1开始运转，则在所述交流电动机2和所述电力转换器1之间流过电流。如果利用所述转矩电流控制电路5和所述激磁电流控制电路6把电流控制为零，则能够使所述交流电动机2的感应电压和所述电力转换器的输出电压的大小、相位、频率相一致。把这种使流过所述交流电动机的电流控制为零的动作称为零电流控制。

零电流控制时的转矩电流控制电路5、激磁电流控制电路6的输出，即第一q轴电压指令值V’qref、d轴电压指令值Vqref，成为频率与所述交流电动机2的旋转速度一致的正弦波状电压指令值。输出电压运算电路9把所述第一q轴电压指令值V’qref和所述d轴电压指令值作为输入，输出输出电压指令值Vlref及其电压相位θV。所述输出电压指令值Vlref表示所述交流电动机的感应电压的大小，所述电压相位θV表示感应电压的相位。因此，所述速度推测电路15通过每隔一定时间测定该感应电压的相位的时间变化来进行感应电压的频率测定。所述感应电压的频率如前面说明的那样，与所述交流电动机2的旋转速度一致。因此，可以推测自由运转状态下的所述交流电动机2的旋转速度。在所述交流电动机进行反转时，相位的变化率为负，所以能够推测自由运转状态下的交流电动机是正转还是反转。这样，如果采用零电流控制观测所述交流电动机的感应电压，可以推测包括交流电动机的旋转方向的旋转速度。

下面，说明在停止零电流控制并切换为正常控制时，在所述电力转换器中设定所推测的旋转方向和速度的方法。在从零电流控制状态转移为正常运转的情况下，如果仅使频率一致来起动所述电力转换器1，在所述交流电动机流过过大电流，有可能不能进行平稳起动。为了防止这种情况，零电流控制中的感应电压的大小和相位，即使在转移为正常控制的瞬间也必须保持连续。因此，必须对电力转换器的输出电压指令值Vlref和电力转换器输出相位θdeg和输出频率f1设定初始值。具体讲，在正常运转状态下，所述电力转换器输出相位θdeg被控制成以所述交流电动机2的磁通相位为基准，但在零电流控制中，是输出与所述交流电动机2的感应电压一致的相位。所以，在零电流控制中，相对正常控制的相位，在正转时相位超前90°，在反转时相位滞后90°。因此，所述电力转换器输出相位θdeg的初始值被设定为，在对应旋转方向从零电流控制的最后相位校正90°相位后，把所述速度推测电路15输出的交流电动机2的旋转速度的推测值fr换算为相位并加算校正后的值。这样，确保相位的连续性。

并且，如果把在零电流控制中输出的输出电压指令值Vlref设定为感应电压，则保持输出电压的连续性。这样，可以平稳地从零电流控制转为正常控制。

在所述交流电动机为感应电动机时，感应电压随着二次电路时间常数而衰减，因此在根据二次电路时间常数使感应电压与正常的V/f水平一致的时间点，判断为可以正常起动自由运转状态下的交流电动机，3个开关12、13、14被切换到A侧。

在所述交流电动机为永磁铁式同步电动机时，由于感应电压不衰减，所以在进行确保所述相位的连续性和输出电压的连续性的处理的时间点，判断为可以正常起动自由运转状态下的交流电动机，3个开关12、13、14被切换到A侧。

下面，说明本发明的再起动电力转换器前的等待时间的决定方法。为了推测自由运转状态下的所述交流电动机的速度，零电流控制时的转矩电流控制电路5、激磁电流控制电路6的输出，即第一q轴电压指令值V’qref、d轴电压指令值Vqref必须与所述交流电动机的感应电压一致。此处，在转矩电流控制电路5、激磁电流控制电路6充分发挥作用，并能够把流过所述交流电动机的电流控制为零的情况下，不会成为问题。

但是，在转矩电流控制电路5、激磁电流控制电路6的增益较低或所述交流电动机高速旋转的情况下，由于产生较大的感应电压，在起动所述电力转换器后马上流过过大的电流，所述电力转换器跳闸，不能进行平稳的起动。为了防止这种情况，如果预先了解转矩电流控制电路5、激磁电流控制电路6的响应性，使所述交流电动机在自由运转状态中产生的电压电平小于任意值，则可以实现零电流控制，可以推测速度。即，只要使所述交流电动机的感应电压小于任意设定的电压电平即可。

作为该方法之一，可以通过控制再起动所述电力转换器前的时间来实现。所述交流电动机的感应电压由处于自由运转状态前的运转频率决定，所以在以感应电压小于所述任意设定的电压电平的频率运转时，不需要等待时间。而以大于等于该频率进行运转时，则需要等待时间，但是可以根据成为自由运转状态前的运转频率和所述交流电动机的二次电路时间常数进行运算。利用所述交流电动机的二次电路时间常数计算最长必要等待时间，在达到该时间时，按照图8所示，对应所述交流电动机成为自由运转状态前的运转频率来决定必要的等待时间即可。

下面，说明作为本发明之一的所述交流电动机的感应电压变大，难以把所述交流电动机的电流控制为零时的对策方法。在所述交流电动机为二次电路时间常数较长的感应电动机或永磁铁同步电动机时，如上所述，即使已过等待时间，感应电压也有可能不会小于任意设定的电压电平。该情况下，在中途停止零电流控制，在所述电力转换器进行开关以使所述交流电动机三相均短路，并使三相短路持续任意设定的时间。这样，在所述交流电动机产生制动力，所述交流电动机减速。

由此，所述交流电动机的感应电压减少。在经过任意时间后，再次开始零电流控制，在感应电压小于任意设定的电压电平后，可以利用零电流控制推测速度。但是，在感应电压不小于任意设定的电压电平时，再次进行任意时间的使三相电路的开关动作。这样，反复进行该处理，直到所述交流电动机的感应电压小于任意设定的电压电平，由此防止流过过大电流，防止所述电力转换器跳闸，能够平稳地再次起动所述交流电动机。

并且，在上述实施例中，说明了把流过交流电动机2的电流分解成转矩电流和激磁电流，进行分别独立控制的矢量控制的电力转换装置，但是，在进行V/f恒定控制的电力转换装置中，只要追加把在自由运转起动时流过交流电动机的电流分解成转矩电流和激磁电流，并分别独立进行控制的电流控制电路，可以利用完全相同的处理实施本发明。

图9是表示本发明的交流电动机的无传感器矢量控制装置的第3实施方式的结构的方框图。

本实施方式的电动机的无传感器矢量控制装置具有：电力转换器1；交流电动机2；电流检测器3；电流坐标转换电路4；转矩电流控制电路5；激磁电流控制电路6；相位运算电路7；V/f转换电路8；输出电压运算电路9；开关模式生成电路10；速度推测电路15；加法器16。电力转换器1把通过功率元件进行了三相交流转换的直流电压以PWM控制方式转换为任意的频率和交流电压，供给交流电动机2。

电流检测器3检测供给所述交流电动机2的电流，向电流坐标转换电路4输入该电流检测信号。

电流坐标转换电路4把在所述电流检测器3检测的电流分解成转矩电流检测值iqfb和激磁电流检测值idfb，向转矩电流控制电路5输入所分离的转矩电流检测值iqfb，向激磁电流控制电路6输入所分离的激磁电流检测值idfb。转矩电流控制电路5运算第一q轴电压指令值V’qref，以使所提供的转矩电流指令值iqref和所述转矩电流检测值iqfb一致。

激磁电流控制电路6运算d轴电压指令值Vdref，以使所提供的激磁电流指令值idref和所述激磁电流检测值idfb一致。

相位运算电路7通过将所提供的频率f1积分，运算相位θ，向电流坐标转换电路4和加法器16输入相位θ。

V/f转换电路8根据所输入的频率f1运算相当于交流电动机的感应电压的电压Eref。该电压Eref被预先设定成使Eref/f1＝一定值。

输出电压运算电路9将所述转矩电流控制电路5的输出即第一q轴电压指令值V’qref、和所述V/f转换电路8的输出即电压Eref进行加法运算，计算出第二q轴电压指令值Vqref，从所述第二q轴电压指令值Vqref和所述d轴电压指令值dref，输出输出电压指令值Vlref及其电压相位θV。

Vlref＝[(Vdref)2+(Vqref)2]1/2  ……(1)

θV＝tan-1(Vqref/Vdref)    ……(2)

开关模式生成电路10根据将所述输出电压指令值Vlref及所述电压相位θV和所述相位θ加算后的电力转换器输出相位θdeg，决定电力转换器1的开关模式。

速度推测电路15是根据所述电压相位θV的每单位时间的变化，推测自由运转状态下的交流电动机2的速度fr及其旋转方向的电路。

下面，详细说明再次起动处于自由运转状态下的交流电动机时的动作。在所述交流电动机2为自由运转状态时，图9中的3个开关12、13、14从A侧的正常运转状态变为B侧的自由运转起动状态。由此，转矩电流指令值iqref＝0，激磁电流指令值idref＝0。并且，在正常控制时，由于所述交流电动机为自由运转，没有成为基准的相位，所以在把积累的相位也固定为零的状态下，根据输出频率把流过所述交流电动机的电流控制为零。这是由于在所述交流电动机处于自由运转状态时，产生与旋转速度对应的感应电压，所述感应电压以所述交流电动机2的旋转速度进行旋转，所以如果与所述交流电动机2的旋转速度和感应电压的大小无关地使所述电力转换器1开始运转，则在所述交流电动机2和所述电力转换器1之间流过电流。如果利用所述转矩电流控制电路5和所述激磁电流控制电路6把电流控制为零，则能够使所述交流电动机2的感应电压和所述电力转换器的输出电压的大小、相位、频率一致。把这种使流过所述交流电动机的电流控制为零的动作称为零电流控制。

零电流控制时的转矩电流控制电路5、激磁电流控制电路6的输出，即第一q轴电压指令值V’qref、d轴电压指令值Vqref，成为与所述交流电动机2的旋转速度一致的频率的正弦波状电压指令值。输出电压运算电路9以所述第一q轴电压指令值V’qref和所述d轴电压指令值Vdref为输入，输出输出电压指令值Vlref及其电压相位θV。所述输出电压指令值Vlref表示所述交流电动机的感应电压的大小，所述电压相位θV表示感应电压的相位。因此，所述速度推测电路15通过每隔一定时间测定该感应电压的相位的时间变化，来进行感应电压的频率测定。所述感应电压的频率如前面说明的那样，与所述交流电动机2的旋转速度一致。因此，可以推测出自由运转状态下的所述交流电动机2的旋转速度。在所述交流电动机进行反转时，相位的变化率为负，所以能够推测出自由运转状态下的交流电动机是正转还是反转。这样，如果采用零电流控制观测所述交流电动机的感应电压，可以推测出包括交流电动机的旋转方向的旋转速度。

下面，说明在停止零电流控制并切换为正常控制时，在所述电力转换器中设定所推测的旋转方向和速度的方法。

在从零电流控制状态转移为正常运转的情况下，如果仅使频率一致来起动所述电力转换器1，则在所述交流电动机流过过大电流，有可能不能进行平稳起动。为了防止这种情况，零电流控制中的感应电压的大小和相位即使在转移为正常控制的瞬间也必须保持连续。因此，必须对电力转换器的输出电压指令值Vlref和电力转换器输出相位θdeg和输出频率f1设定初始值。具体讲，在正常运转状态下，所述电力转换器输出相位θdeg被控制成以所述交流电动机2的磁通相位为基准，但在零电流控制中，输出与所述交流电动机2的感应电压一致的相位。所以，在零电流控制中，相对正常控制的相位，在正转时相位超前90°，在反转时相位滞后90°。因此，所述电力转换器输出相位θdeg的初始值被设定为，在根据旋转方向从零电流控制的最后相位校正90°相位后，把所述速度推测电路15输出的交流电动机2的旋转速度的推测值fr换算为相位并加算校正后的值。这样，可确保相位的连续性。

并且，如果把在零电流控制中输出的输出电压指令值Vlref设定为感应电压，则保持输出电压的连续性。这样，可以平稳地从零电流控制转为正常控制。

在使所述交流电动机的感应电压随着二次电路时间常数而逐渐稍微上升，并且与正常的V/f水平一致的时间点，判断为可以正常起动自由运转状态下的交流电动机，3个开关切换到A侧。

下面，说明本发明的提高零电流控制中的电流响应性的方法。为了推测自由运转状态下的所述交流电动机的速度，零电流控制时的转矩电流控制电路5、激磁电流控制电路6的输出，即第一q轴电压指令值V’qref、d轴电压指令值Vqref，必须与所述交流电动机的感应电压一致。

此处，在转矩电流控制电路5、激磁电流控制电路6充分发挥作用，并能够把流过所述交流电动机的电流控制为零的情况下，不会成为问题。但是，在转矩电流控制电路5、激磁电流控制电路6的增益较低或所述交流电动机高速旋转的情况下，由于产生较大的感应电压，所以在起动所述电力转换器后马上流过过大的电流，使所述电力转换器跳闸，不能进行平稳的起动。为了防止这种情况，必须提高转矩电流控制电路5、激磁电流控制电路6的响应性。如果缩短处理电流控制的扫描时间，相应地滞后消失，能够按照指令控制电流。因此，如果在零电流控制中省略其他运算，对于正常控制，可以缩短电流控制用扫描时间，所以能够提高电流控制的响应性。另外，在零电流控制时缩短电流控制的扫描时间时，如果电力转换器的开关模式的生成发生滞后，缩短电流控制的扫描时间的效果减半。因此，在实施零电流控制时，为了使电力转换器也能够快速动作，通过提高成为基准的载波频率，可以提高电流控制的响应性。

这样，在正常控制时，通过缩短零电流控制中的电流控制的扫描时间，或提高电力转换器的载波频率，可以提高电流控制的响应性，防止在零电流控制中流过过大电流，防止所述电力转换器跳闸，平稳地再起动所述交流电动机。

下面，结合图10对本发明的交流电动机的无传感器矢量控制装置的第4实施方式的结构进行说明。

本实施方式的电动机的无传感器矢量控制装置具有：电力转换器1；交流电动机2；电流检测器3；电流坐标转换电路4；转矩电流控制电路5；激磁电流控制电路6；相位运算电路7；V/f转换电路8；输出电压运算电路9；开关模式生成电路10；速度推测电路15B。由于除速度推测电路15B以外均相同，所以只对速度推测电路15B进行说明。

速度推测电路15B是根据施加直流电流时的转矩电流检测值iqfb和激磁电流检测值idfb，推测出自由运转状态下的交流电动机2的速度和旋转方向的电路。

下面，详细说明再起动处于自由运转状态下的交流电动机时的动作。在第3实施方式中，在零电流控制时，在从所述输出电压运算电路9输出的输出电压指令值Vlref低于所设定的任意水平时，由于自由运转状态下的交流电动机几乎停止或二次电路时间常数较短，所以不能判断剩余电压是否消失。因此，在这种状态下，停止第3实施方式的运转，切换为第4实施方式的运转。

图10中的3个开关(12、14、17)从A侧的正常运转状态变为B侧的自由运转起动状态。由此，转矩电流指令值iqref＝0。并且，在正常控制时，由于所述交流电动机为自由运转，没有成为基准的相位，所以在把积累的相位也固定为零的状态下，根据输出频率把流过所述交流电动机的电流控制为零。并且，由于是使用所述交流电动机为自由运转状态时的转矩电流检测值iqfb来推测所述交流电动机的速度和旋转方向，所以把第二q轴电压指令值Vqref设为零。

为了激磁所述交流电动机，激磁电流指令值idref被提供某设定值，由激磁电流控制电路6仅进行设定的时间的控制，使激磁电流检测值idfb与激磁电流指令值idref达到一致。然后，变更激磁电流指令值idref的符号和大小，进行设定的时间的控制。

此时，向自由运转状态下的所述交流电动机通过施加直流电流而产生磁通。此时，利用转矩电流检测值iqfb检测过度流过所述交流电动机的转子的二次电流。并且，通过检测该转矩电流检测值iqfb的频率和施加直流电流时的相位信息，推测出所述交流电动机的速度和旋转方向。

在所述交流电动机2进行正转旋转时，转矩电流检测值iqfb按图2所示变化。在激磁电流检测值idfb的符号为负时，转矩电流检测值iqfb变为相位从0°开始的正弦波，在激磁电流检测值idfb的符号为正时，转矩电流检测值iqfb变为相位从180°开始的正弦波。该转矩电流检测值iqfb的正弦波频率与自由运转中的交流电动机2的速度一致，所以通过测出转矩电流检测值iqfb的频率，可以检测出所述交流电动机2的速度。并且，在所述交流电动机反转时，按图3所示变化，在激磁电流检测值idfb的符号为负时，转矩电流检测值iqfb变为相位从180°开始的正弦波，在激磁电流检测值idfb的符号为正时，转矩电流检测值iqfb变为相位从0°开始的正弦波。

这样，通过检测出向所述交流电动机施加直流电流时的激磁电流检测值idfb以及转矩电流检测值iqfb的相位关系和转矩电流检测值iqfb的频率，可以推测出速度和旋转方向。

下面，说明在经过任意时间后从直流电流施加状态被切换为正常控制时，在所述电力转换器中设定所推测的旋转方向和速度的方法。在该情况下，与第3实施方式不同，由于在所述交流电动机几乎没有残留感应电压，所以重新形成磁通即可，因此使旋转方向和频率一致并起动所述电力转换器1即可。在使所述交流电动机的感应电压随着二次电路时间常数而逐渐稍微上升，并且与正常的V/f水平一致的时间点，判断为可以正常起动自由运转状态下的交流电动机，3个开关切换到A侧。

下面，说明本发明的在通过检测直流电流施加过程中的转矩电流检测值iqfb的频率来推测速度时提高检测精度的方法。

在所述交流电动机高速自由运转时，图2和图3的转矩电流检测值iqfb的频率提高。作为转矩电流检测值iqfb的频率的一个测定方法，有测定正侧峰值和负侧峰值的周期或过零点间的周期的方法。在测定正侧峰值和负侧峰值的周期或过零点间的周期时，如果电流控制的扫描迟缓，则周期的测定精度变差，所以频率的检测精度也变差。并且，在高速自由运转时，相对直流电流，所述交流电动机的频率差变大，由于该频率差，阻抗变大，流过转子侧的电流变小。因此，转矩电流检测值iqfb变小，难以测定转矩电流检测值iqfb的正侧峰值和负侧峰值的周期或过零点间的周期。

因此，如果在施加直流电流过程中省略其他运算，则对于正常控制，可以缩短电流控制用扫描时间，所以可提高测定正侧峰值和负侧峰值的周期或过零点间的周期的分辨率，能够提高频率检测精度。并且，通过在施加直流电流过程中缩短电流控制的扫描时间，或提高电力转换器的载波频率，可以提高电流控制的响应性，所以能够将激磁电流检测值idfb控制为矩形波状，所述交流电动机的二次电流全部出现在转矩电流检测值iqfb中。并且，自由运转状态下的交流电动机的速度越高，转矩电流检测值iqfb就越小，利用通常的电流检测方法难以检测，所以在施加直流电流时，只要将电流检测电路的检测灵敏度增大数倍，使其能够检测到小电流，则即使在高速自由运转时，也能够测定正侧峰值和负侧峰值的周期或过零点间的周期。

这样，在正常控制时，通过缩短施加直流电流过程中的电流控制的扫描时间，或提高电力转换器的载波频率，可以提高电流控制的响应性，因此能够提高测定转矩电流检测值iqfb的正侧峰值和负侧峰值的周期或过零点间的周期的测定分辨率，能够正确测定自由运转中的交流电动机的速度，在正常控制时，通过提高施加直流电流过程中的电流检测电路的检测灵敏度，即使在高速自由运转时也能够检测出速度，可以平稳地再起动所述交流电动机。

并且，在上述实施例中，说明了把流过交流电动机2的电流分解成转矩电流和激磁电流，进行分别独立控制的矢量控制的电力转换装置，但是，在进行V/f恒定控制的电力转换装置中，只要追加把在自由运转起动时流过交流电动机的电流分解成转矩电流和激磁电流，并分别独立进行控制的电流控制电路，可以利用完全相同的处理实施本发明。

以上，结合特定的实施方式详细说明了本发明，但很明显，对于本行业技术人员来讲，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种变更和修改。

本申请以2002年7月08日申请的日本专利申请(特愿2002-198712)、2002年10月30日申请的日本专利申请(特愿2002-315177)、2003年4月25日申请的日本专利申请(特愿2003-121733)为基础，其内容作为参考记述在本申请中。

如上所述，根据本发明的第1实施方式，在交流电动机再起动时流过所述交流电动机的电流以大于等于设定的电流水平的状态持续了设定的时间时，判断为是对旋转方向或速度的推测错误，通过再次施加直流电流或直流电压，来推测出所述交流电动机的旋转方向和速度，所以能够平稳地再起动自由运转状态下的交流电动机。

并且，根据本发明的第1实施方式的变形例，通过把施加任意的直流电流的时间设定为所述交流电动机的推测速度的下限值或二次电路时间常数中较大的一方，由于根据最佳的直流电流施加时间，可正确地推测出所述交流电动机的旋转方向和速度，所以同样能够平稳地再起动自由运转状态下的交流电动机。

根据本发明的第2实施方式，是一种交流电动机的无传感器矢量控制方法，具备电流控制部，其具有向交流电动机输出电力的电力转换器，根据电流指令信号和电力转换器的输出电流检测信号的偏差信号，控制电力转换器的输出电流，该交流电动机不具有速度检测器和电压检测器，在所述交流电动机处于自由运转状态时，强制地将所述电流指令信号设为零进行电流控制，以使所述交流电动机的电流为零，根据使用此时的所述电流控制部的输出计算出的输出电压指令信号，求出所述交流电动机的剩余电压的大小和相位及角速度，从而推测自由运转状态下的所述交流电动机的旋转方向和速度，根据自由运转前的所述电力转换器的运转频率和所述交流电动机的二次电路时间常数，决定至使用为零的所述电流指令信号开始电流控制的等待时间，即使在电流控制器部的响应性差的情况下，或者所述交流电动机不是感应电动机而是永磁铁同步电动机的情况下，也能够提供可以可靠地平稳地持续运转的交流电动机的控制方法和装置。

根据本发明的第3实施方式，在强制地将所述电流指令信号设为零进行电流控制，以使所述交流电动机的电流为零的情况下，提高电流控制器的响应性，使所述电力转换器不会成为过电流状态，能够平稳地持续运转。

根据本发明的第4实施方式，在向交流电动机提供直流电流指令并推测所述交流电动机的速度和旋转方向时，提高所述交流电动机高速自由运转时的频率检测精度。具有即使交流电动机高速自由运转时也能够平稳地持续运转的效果。

Claims (12)

1.一种交流电动机的无传感器矢量控制方法，是一种对于不具有速度检测器和电压检测器的交流电动机的无传感器矢量控制方法，包括：

向交流电动机输出任意电力的电力转换器；

检测供给所述交流电动机的电流的电流检测电路；

把供给所述交流电动机的电流转换为激磁电流检测值和转矩电流检测值并输出的坐标转换电路；

控制激磁电流方向电压，以使所述激磁电流指令值和所述激磁电流检测值一致的激磁电流控制电路；

控制转矩电流方向电压，以使所述转矩电流指令值和所述转矩电流检测值一致的转矩电流控制电路；

根据所提供的输出频率指令计算出交流电动机的感应电压的V/f转换电路；

计算出通过对所提供的输出频率指令进行积分而得到的相位角的相位角运算电路；以及

根据从所述激磁电流控制电路、所述转矩电流控制电路和所述V/f转换电路输出的电压指令，计算出输出电压的大小和相位的输出电压运算电路，

将从所述输出电压运算电路输出的电压的大小和相位与从所述相位角运算电路输出的相位角相加，并决定所述电力转换器的开关，

在起动自由运转状态下的所述交流电动机时，向所述交流电动机施加直流电流或直流电压，根据此时流过的二次电流推测所述交流电动机的旋转方向和速度，在频率调整电路中设定该旋转方向和与该速度相当的频率并进行起动，由频率调整电路使输出频率与所述交流电动机的速度一致，其特征在于，

根据流过所述交流电动机的电流的大小，推测在所述频率调整电路设定的旋转方向和频率与实际的交流电动机的旋转方向和速度有偏差。

2.根据权利要求1所述的交流电动机的无传感器矢量控制方法，其特征在于，推测在所述频率调整电路中设定的旋转方向和频率与实际的交流电动机的旋转方向和速度有偏差的基准为，流过所述交流电动机的电流以大于等于所设定的电流水平的状态持续了设定的时间。

3.根据权利要求1或2所述的交流电动机的无传感器矢量控制方法，其特征在于，推测在所述频率调整电路中设定的旋转方向和频率与实际的交流电动机的旋转方向和速度有偏差，然后中断所述交流电动机的再起动，再次向所述交流电动机施加直流电流或直流电压，根据此时流过的二次电流重新推测所述交流电动机的旋转方向和速度，在频率调整电路中再次设定该旋转方向和与该速度相当的频率，并再次起动。

4.根据权利要求3所述的交流电动机的无传感器矢量控制方法，其特征在于，在向所述交流电动机施加直流电流或直流电压，并根据此时流过的二次电流重新推测所述交流电动机的旋转方向和速度时，将该速度的推测值推测为比前次推测的速度仅降低了设定的速度的值、或者频率调整电路的最终输出值成为上限值，在频率调整电路中设定与该推测值相当的频率并进行起动。

5.一种交流电动机的无传感器矢量控制装置，具有：

向交流电动机输出任意电力的电力转换器；

检测供给所述交流电动机的电流的电流检测电路；

把供给所述交流电动机的电流转换为激磁电流检测值和转矩电流检测值并输出的坐标转换电路；

控制激磁电流方向电压，以使所述激磁电流指令值和所述激磁电流检测值一致的激磁电流控制电路；

控制转矩电流方向电压，以使所述转矩电流指令值和所述转矩电流检测值一致的转矩电流控制电路；

根据所提供的输出频率指令运算交流电动机的感应电压的V/f转换电路；

计算通过将所提供的输出频率指令积分得到的相位角的相位角运算电路；以及

根据从所述激磁电流控制电路、所述转矩电流控制电路和所述V/f转换电路输出的电压指令，计算输出电压的大小和相位的输出电压运算电路，

该装置为将从所述输出电压运算电路输出的电压的大小和相位与从所述相位角运算电路输出的相位角相加并决定所述电力转换器的开关的控制装置，并且交流电动机不具有所述处理用的速度检测器和电压检测器，在起动自由运转状态下的所述交流电动机时，向所述交流电动机施加直流电流或直流电压，根据此时流过的二次电流推测所述交流电动机的旋转方向和速度，在频率调整电路中设定该旋转方向和与该速度相当的频率并进行起动，由频率调整电路使输出频率与所述交流电动机的速度一致，其特征在于，

具有误设定推测单元，根据流过所述交流电动机的电流的大小，推测在所述频率调整电路中设定的旋转方向和频率与实际的交流电动机的旋转方向和速度有偏差。

6.根据权利要求5所述的交流电动机的无传感器矢量控制装置，其特征在于，所述误设定推测单元根据流过所述交流电动机的电流的大小推测为错误设定的基准为，流过所述交流电动机的电流以大于等于所设定的电流水平的状态持续了设定的时间。

7.根据权利要求5或6所述的交流电动机的无传感器矢量控制装置，其特征在于，所述误设定推测单元在推测为错误设定后，中断所述交流电动机的再起动，再次向所述交流电动机施加直流电流或直流电压，根据此时流过的二次电流重新推测所述交流电动机的旋转方向和速度，在频率调整电路中再次设定该旋转方向和与该速度相当的频率，并再次起动。

8.根据权利要求7所述的交流电动机的无传感器矢量控制装置，其特征在于，在向所述交流电动机施加直流电流或直流电压，并根据此时流过的二次电流重新推测所述交流电动机的旋转方向和速度时，将该速度推测值推测为比前次推测的速度仅降低了设定的速度的值、或者频率调整电路的最终输出值成为上限值，在频率调整电路中设定与该推测值相当的频率并进行起动。

9.一种交流电动机的无传感器矢量控制方法，是一种对于不具有速度检测器和电压检测器的交流电动机的无传感器矢量控制方法，包括：

向交流电动机输出任意电力的电力转换器；

检测供给所述交流电动机的电流的电流检测电路；

把供给所述交流电动机的电流转换为激磁电流检测值和转矩电流检测值并输出的坐标转换电路；

控制激磁电流方向电压，以使所述激磁电流指令值和所述激磁电流检测值一致的激磁电流控制电路；

控制转矩电流方向电压，以使所述转矩电流指令值和所述转矩电流检测值一致的转矩电流控制电路；

根据所提供的输出频率指令计算出交流电动机的感应电压的V/f转换电路；

计算出通过对所提供的输出频率指令进行积分而得到的相位角的相位角运算电路；以及

根据从所述激磁电流控制电路、所述转矩电流控制电路和所述V/f转换电路输出的电压指令，计算出输出电压的大小和相位的输出电压运算电路，

将从所述输出电压运算电路输出的电压的大小和相位与从所述相位角运算电路输出的相位角相加，并决定所述电力转换器的开关，

在起动自由运转状态下的所述交流电动机时，向所述交流电动机施加设定的时间的直流电流或直流电压，根据此时流过的二次电流推测所述交流电动机的旋转方向和速度，在频率调整电路中设定该旋转方向和与该速度相当的频率并进行起动，由频率调整电路使输出频率与所述交流电动机的速度一致，其特征在于，

施加直流电流或直流电压的时间被设定为，所述交流电动机的推测下限值或根据二次电路时间常数的设定值计算出的值中较大的一方。

10.根据权利要求9所述的交流电动机的无传感器矢量控制方法，其特征在于，在施加所述直流电流或直流电压的时间内不能测定出二次电流的频率的情况下，判断所述交流电动机为停止状态，向频率调整电路输入预先设定的最低频率或零频率。

11.一种交流电动机的无传感器矢量控制装置，具有：

向交流电动机输出任意电力的电力转换器；

检测供给所述交流电动机的电流的电流检测电路；

把供给所述交流电动机的电流转换为激磁电流检测值和转矩电流检测值并输出的坐标转换电路；

控制激磁电流方向电压，以使所述激磁电流指令值和所述激磁电流检测值一致的激磁电流控制电路；

控制转矩电流方向电压，以使所述转矩电流指令值和所述转矩电流检测值一致的转矩电流控制电路；

根据所提供的输出频率指令运算交流电动机的感应电压的V/f转换电路；

计算通过将所提供的输出频率指令积分而得到的相位角的相位角运算电路；以及

根据从所述激磁电流控制电路、所述转矩电流控制电路和所述V/f转换电路输出的电压指令，计算输出电压的大小和相位的输出电压运算电路，

该装置是将从所述输出电压运算电路输出的电压的大小和相位与从所述相位角运算电路输出的相位角相加，并决定所述电力转换器的开关的控制装置，并且交流电动机不具有所述处理用的速度检测器和电压检测器，在起动自由运转状态下的所述交流电动机时，向所述交流电动机施加设定的时间的直流电流或直流电压，根据此时流过的二次电流推测所述交流电动机的旋转方向和速度，在频率调整电路中设定该旋转方向和与该速度相当的频率并进行起动，由频率调整电路使输出频率与所述交流电动机的速度一致，其特征在于，

施加直流电流或直流电压的时间被设定为，所述交流电动机的推测下限值或根据二次电路时间常数的设定值计算出的值中较大的一方。

12.根据权利要求11所述的交流电动机的无传感器矢量控制装置，其特征在于，在施加所述直流电流或直流电压的时间内不能测定二次电流的频率的情况下，判断所述交流电动机为停止状态，向频率调整电路输入预先设定的最低频率或零频率。

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