CN1622447A - 交流电动机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种交流电动机用电力变换装置，具有使多相交流电动机运转的电力变换器、和产生对构成上述电力变换器的开关元件的导通/断开信号并输出的控制部，其特征为，上述控制部至少设定一个由上述电动机的多相中的多个相的线圈构成的组，在上述电动机空转时，使上述开关元件工作，按上述各组顺序地使属于该组的相的线圈实质上短路，根据短路时流过的电流推定上述电动机的转子或可动元件的位置，使上述电力变换器启动。

Description

交流电动机的控制装置
技术领域
本发明涉及在不使用位置检测信号，通过电力变换器驱动带励磁同步电动机的系统中，从电动机转子或可动元件空转的状态开始启动电力变换器的方法。
技术背景
图15：现有技术的交流电动机的控制装置。
电力变换器1通过开关元件及无源元件构成，从交流或直流电源4供给电力，供给交流电动机3电力。电力变换器1由控制部2控制。
交流电动机3在转子上具有励磁极，如果在端子开放状态下使转子旋转，则产生感应电压。本申请归纳把这样的电动机称为带励磁同步电动机。此外，在本申请主要叙述旋转的电动机，然而，众所周知，在为直线马达(linear motor)的情况下，如果把转子改为可动元件，把转动改为移动，则也可以进行相同考虑。
在本申请处理的构成中，交流电动机3没有转子的位置传感器及端子电压传感器。一般地，为了驱动带励磁的同步电动机，有必要供给根据转子位置的电压及电流。因而，在没有上述传感器的情况下有必要通过某些方法推定转子位置。
控制运算器22在向交流电动机3供给电力的状态下，推定转子位置，运算变换器1应供给的电压及电流，为了实现它，输出给予开关元件的导通、断开信号。控制运算器22进行所谓把从马达的电流传感器5A及5B得到的电流值，例如从2相电流合成3相电流，把它变换为正交旋转座标的处理。从处理部21得到有关马达电流的信息，据此进行必要的运算。关于这样的、所谓带励磁的同步电动机的位置传感器驱动技术，过去有过种种提案，由于无需另述，所以在这里加以省略。作为有关对位置传感器驱动技术详述的文献如下所示
文献1：Watanabe，et al，“DC-Brushless Servo System without RotorPosition and Speed Sensor，”Proceedings of IEEE International Conferenceon Industrial Electronics，Control and Instrumentation 1987，Vol.1，pp.228-234(1987)。
带励磁同步电动机的位置传感器的大的课题之一是转子从空转状态开始启动变换器的方法(称为自由运转(free run)启动)。即，如图15所示，由于在控制系统中以电动机的电流为基础进行控制，所以在变换器停止而没有电流流通的状态下，完全得不到电动机的信息。
如果转子停止，则调整变换器的输出电压，以便例如在某相位使电流流通，据此，可以从决定转子位置来开始运转。但是，如果在转子空转的状态下，变换器输出不恰当电压，则为了使电动机产生动态的感应电压，成为不能电流控制，不能启动，在最坏的情况下，因过电流而损坏变换器的开关元件，或者在电动机内具有永久磁铁的情况下，有产生不可逆去磁的危险。
作为解决这样问题的手段，在下一文献公开了：通过变换器，使电动机线圈瞬时短路，根据这时流过的电流推定转子位置，使变换器启动的方法。
文献2：特开平11-75394“交流旋转机用电子变换装置”。
在上述文献的权利要求1内提示了在构成电力变换器的开关元件中至少1只导通，根据这时流过的电流推定转子位置的内容。因为这是通过电动机转子的位置和速度以及电动机的电路常数直接决定在电动机线圈短路之际流过的电流，所以通过分析该电流，可以计算转子的位置及速度。
在图15中，自由运转启动运算部23进行对开关元件生成用于线圈短路的导通·断开信号，根据从处理部21得到的电流信息进行转子空转时的转子位置推定运算，以及根据得到的转子信息执行起动顺序的。启动后，为移到通常动作，通过开关24把处理转换到控制运算部22。该转换对统括控制部2动作的控制转换部25进行掌握。
本发明应解决的任务
在上述专利中的权利要求2以后的要求中，叙述了电动机全相线圈短路时的举动，未详细叙述仅部分相短路时的转子位置推定的具体方法。此外，其以进行相电流检测的结构作为前提，而对未进行相电流检测的结构也未提及。
发明内容
本申请阐明以上各项，提供更一般的自由运转启动技术。
本发明第一方面，提供一种交流电动机用电力变换装置，具有使多相交流电动机运转的电力变换器、和产生对构成上述电力变换器的开关元件的导通/断开信号并输出的控制部，其特征为，上述控制部至少设定一个由上述电动机的多相中的多个相的线圈构成的组(group)，在上述电动机空转时，使上述开关元件工作，按上述各组顺序地使属于该组的相的线圈实质上短路，根据短路时流过的电流推定上述电动机的转子或可动元件的位置，使上述电力变换器启动。
本发明第二方面，提供一种交流电动机用电力变换装置，具有使多相交流电动机运转的电力变换器、和产生对构成上述电力变换器的开关元件的导通/断开信号并输出的控制部，其特征为，上述开关元件使二极管分别与多个自身消弧型开关元件逆向并联连接来构成，上述控制部在上述电动机空转时将导通信号给予上述开关元件中的一个的情况下，根据有无电流通过以及电流流通的相的信息，推定上述电动机转子或可动元件的位置。
本发明第三方面，提供一种交流电动机用电力变换装置，具有使多相交流电动机运转的电力变换器、和产生对构成上述电力变换器的开关元件的导通/断开信号并输出的控制部，其特征为，上述开关元件使二极管分别与多个自身消弧型开关元件逆向并联连接来构成，上述控制部在上述电动机空转时将导通信号给予上述开关元件中的第一开关元件，通过此时上述二极管的作用而没有电流流通的情况下，使上述导通信号继续或断续直到流过电流为止，在电流流通时根据流过电流的相的信号，推定上述电动机的转子或可动元件的第1位置。
本发明第四方面，提供一种控制装置，在由设置有具有直流电压成分的直流电压部、串联连接至少2个开关元件且其两端与上述直流电压部并联连接的n个臂部的n相变换器，和端子与上述n相变换器的上述n个臂部的开关元件彼此之间的连接部连接的带励磁n相电动机构成的电动机驱动系统中，在上述各臂部中将处于比上述电动机的端子的连接点更靠上述直流电压部的正极侧上的开关元件组作为上侧臂，处于负极侧的开关元件组作为下侧臂的情况下，在全上侧臂和全下侧臂的至少一方，只在1相的开关元件组内流过电流的状态下，检测直流电压部和开关元件组之间的电流(即，直流输入电流)，根据该检测值推定上述电动机的转子或可动元件的位置。
本发明第五方面，提供一种控制装置，在由设置有具有直流电压成分的直流电压部、串联连接至少2个开关元件且其两端与上述直流电压部并联连接的n个臂部的n相变换器，和端子与上述n相变换器的上述n个臂部的开关元件彼此之间的连接部连接的带励磁n相电动机构成的电动机驱动系统中，上述开关元件使二极管与自身消弧型开关元件并联连接来构成，根据每次将导通信号、断开信号给予上述变换器的开关元件中的一个至少1次的情况下的、直流电压部和开关元件组之间的电流，即直流输入电流，推定上述电动机的转子或可动元件的位置。
本发明第六方面，提供一种控制装置，在由具有直流电压成分的直流电压部、至少串联连接2个开关元件且其两端与上述直流电压部并联连接的n个臂部、以阻止上述直流电压部的直流电压的极性将二极管连接在上述各臂部的开关元件彼此间的连接部1点和上述直流电压部的正极及负极各自之间而构成的n相变换器，和使端子与连接有上述n相变换器的上述n个臂部的上述二极管的点连接的带励磁n相电动机构成的电动机驱动系统中，在上述各臂部中将处于比上述电动机的端子的连接点更靠上述直流电压部正极侧上的开关元件组作为上侧臂，处于负极侧的开关元件组作为下侧臂的情况下，根据对上述变换器的上侧臂或下侧臂中的一个给予导通信号情况下的、该臂和直流电压部之间的电流，推定上述电动机的转子或可动元件的位置。
附图说明
图1是示出带励磁同步电动机和进行线圈短路动作时的电力变换器的等效电路。
图2示出通常的三相电压型变换器的典型方式的电路。
图3示出其它方式的多电平变换器的电路。
图4表示带励磁电动机正转情况下产生的感应电压。
图5表示带励磁电动机逆转情况下产生的感应电压。
图6表示感应电压为图4所示的情况的等效电路。
图7是位置检测方法的流程图。
图8表示检测变换器下臂电流的等效电路。
图9表示另一电流检测方法的等效电路。
图10示出在三相电压型变换器中检测直流输入电流的构成。
图11是示意地示出基于n相带励磁电动机的变换器的驱动系统。
图12表示另一检测直流输入电流的构成。
图13示出在图10的构成中进行自由运转启动之际的开关操作法的例子。
图14示出在作为U相下臂开关的Qx导通情况下电流路径的一例。
图15表示现有技术的交流电动机的控制装置。
具体实施方式
为了进行自由运转启动，有必要推定或检测变换器启动时的带励磁同步电动机感应电压的相位、频率、相顺序，启动时从变换器输出与这些大体相等的电压或以它们作为基础导出的、用于通过预定电流的电压。在带励磁的同步电动机中，由于感应电压相位，频率及相位顺序一对一地与转子位置(电角)，速度及旋转方向对应，所以在本申请只要不产生误解，无区别地使用这些用语。
用图1说明第1实施方式。
图1是示出带励磁同步电动机和进行线圈短路动作时的电力变换器的等效电路。电动机是多相的，各相由通过励磁产生感应电压部分e和阻抗Z构成。
各相的感应电压由转子位置及速度直接决定，此外，相间的感应电压的相位差也是已知的。另一方面，在磁饱和影响小时，各相的阻抗如果没有凸极性(Salient Poles)，则为一定，即使有凸极性，也通过转子位置直接决定。
因而，在多相中一些线圈短路时流过的电流也由转子位置及速度直接决定。因此通过分析该电流，可推定转子位置及速度。
具体讲，可有只进行1次短路动作，从流过电流的振幅和相位信息推定转子位置和速度的方法，和进行多次短路动作，从流过电流的相位及各短路动作的电流相位变化量推定转子位置及旋转方向的方法。
其次，对从直流电压生成任意的频率和振幅的交流电压的、成为用通常的电压型变换器的自由运转启动技术的原理的自然法则及技术思想加以说明。
图2示出通常的三相电压型变换器的典型方式。对其它方式也存在如图3所示那样的多电平变换器(表示1臂部分)，然而，在这里所示的自然法则及技术思想可以同样地适用。相数是任意的，而在这里对三相情况加以说明。
图2的三相电压型变换器为二极管逆并联连接到IGBT等自身消弧型开关元件，2个以上串联连接，作成1相的臂，成为使各相的臂的两端与直流电压部连接的构成。在各相臂中作为负荷的带励磁同步电动机与开关元件彼此间的连接部连接。
在这里，使变换器的全部开关断开，考虑带励磁同步电动机空转状态。这时，带励磁电动机产生图4或图5所示的感应电压。在这里，存在表示感应电压为正弦波的情况，然而也存在含有高次谐波成分的情况。图4，图5分别表示正转，逆转的情况，两者相位顺序不同。
首先，考虑正转的情况，即，感应电压如图4所示的情况。现在感应电压相位处于30°～150°之间的情况，U相的感应电压在三相中最低。在该状态，如果如图3所示，只导通U相下臂的开关Qx，则其等效电路如图6所示，通过二极管Dy及Dz的作用，哪一相也没有电流流通。
此外，在感应电压相位为150°～210°，或330°～30°(390°)的情况下，由于U相感应电压处于V相和W相的中间，所以在成为电压最大的相位中，通过二极管Dy或Dz的作用而没有电流流通，在U相和另1相之间流过电流。
此外，在感应电压相位为210°～330°之间的情况下，由于U相电压最大，所以Dy和Dz两者顺偏置，在3相内流过电流。
即，通过导通Qx，观测是否没有电流流通，或2相中流过，或3相中流过，由此可确定感应电压相位存在的区域。
即使在逆转的情况下也同样成立，此外，对别的开关元件进行操作时也产生同样的现象。
在3相内流过电流的情况下，采用文献2所示方法也可能推定转子位置。
因而，通过所谓的如下操作，即，例如如果在最初使Qx导通，而没有电流流通，则认定在U相电压最小的区域存在相位，继续使Qx导通，在2相内流过电流时，通过判断在V相和W相哪一相内流过电流，指定相位顺序(旋转方向)，再次使Qx导通，电流在三相内流过时，通过采用文献2所示的方法，通过运算求出转子的位置或速度，可获得变换器启动必要的信息。
以下示出更高精度的位置检测方法。
在正转状态，感应电压相位处于30°～150°间，考虑继续只导通Qx状态。这种情况下，不久如果通过转子旋转，感应电压相位超过150°，则如图4所示，由于更换U相位和V相的感应电压大小关系，在图6中，二极管Dy顺偏置，在U相和V相内开始电流流通。
另一方面，在逆转的情况下，在图5中，相位处在330°～210°之间时，即使只有Q导通，也没有电流流通。但是，这种情况下在相位下降210°的时间点，如图5所示，U相和W相的感应电压交换，二极管Dz顺偏置，在U相和W相内开始电流流通。
从以上开始，继续U相下臂Qx的导通状态，检测出从无电流流通状态开始电流流通，接着通过判定在V相和W相任一相内有否电流流通，可以如下所示地判别转子位置和旋转方向。
如果是在V相内电流流通，则正转，相位为150°。
如果是在W相内电流流通，则逆转，相位为210°。
此外，在最初Qx导通之际立即流过电流的情况下，如果一度使Qx断开，再使Qx导通，同样地重复进行所谓确认有无电流流通控制，则因为即使通过转子旋转，Qx导通，也都没有立即电流流通，所以也可以从那开始上述的操作。
上述那样的现象以及判别表明不仅U相下臂的操作，而且即使通过操作哪个开关也都可同样地实现。
如上述所示地判别旋转方向和相位时，可以指定“即使紧临其后导通，也没有电流流通的开关元件”。即，如果在正转，相位为150°，则在图2使Qx断开后快速地使Qy或Qw导通也并没有电流立即流过。
另一方面，如果在逆转，相位为210°，则在使Qx断开后，快速地使Qz或Qv导通也没有电流立即流通。
因而，在通过Qx继续导通状态检测出电流流通时，使Qx断开，如果如上述所示地使所指定的开关元件导通，则仍然与先前同样地，在更换感应电压的大小关系的相位，开始电流流通。
由于通过该操作得到2个时刻(取t1，t2)不同的感应电压相位(设为θ1，θ2)，则由下式得到感应电压的角频率ω。
ω＝(θ2-θ1)/(t2-t1)(公式1)
由于在以上判明感应电压相位，相位顺序(旋转方向)以及频率，所以根据这些值，可使变换器启动。
进行3次以上上述所示的开关元件操作，通过检测出更长时间间隔的相位变化，可以提高速度的计算精度。这在用CPU等的离散时间控制中只能对每个控制周期进行时间测定中尤为有效。如果用流程图表示以上所示的动作，则如图7所示。
上述的手法假想能够检测出变流器的相电流的情况，然而如图8所示，在检测变换器下臂(也可以是上臂)电流的构成中也是同样地可适用的。
即，由于在本申请所示的开关元件的操作中通过使操作的开关元件限定属于下臂(或上臂)的元件，使流过元件导通间的下臂(或上臂)的电流和电动机相电流在原理上是一致的缘故。
如果在检测出电流流通后使开关断开，则尽管不能检测出该开关的相电流，但由于其它相电流通过该相下臂(或上臂)的二极管继续流通，所以可以继续检测出，可以认为利用该电流成为零，使开关断开的相电流也变为零。
如以上所示，尽管有必要只轻微变更判别开关断开后电流变为零的方法，但是对除此之外的顺序或判定，使电流检测出方法是如图8所示的方法，也可以完全同样地使用。
但是，电流检测出方法如图9所示，在使二极管与自身消弧型开关逆并联连接的开关元件中，使二极管旁路，使用只检测出自身消弧型开关电流的构成的情况，有必要部分变更上述方法。
首先，使Qx导通情况的电流可以用电流检测器Rsu检测出。尽管这时V相或W相的任一相内流过电流，但是由于该电流通过二极管Dy或Dz流过，所以不能通过电流检测器Rsv及Rsw检测出。因而，在这里的电流流通开始时应当不能指定旋转方向。
该问题可以如下所示地解决。即，在检测出基于Qx导通的电流流通开始后，使Qx断开，接着快速地使Qy或Qz导通，监视导通的相的臂电流。这时，例如使Qy导通，在紧临其后没有电流流通的情况下，由于这意味着V相的感应电压在三相中成为最小，所以可以判别为「正转」。相反，如果通过Qy的导通，立即有电流流通，则由于W相的感应电压应当成为最小，所以可判别为「逆转」。即使在用Qz导通取代Qy的情况下也是可同样地判别的。
这样一来，在判别旋转方向，即相位顺序时，其后通过己述的顺序得到必要的信息，可以使变换器启动。例如如果通过Qy的导通，并未立即有电流流通，则也可以保持原样继续Qy的导通状态，相反，通过Qy的导通立即有电流流通，则也可以迅速地使Qy断开，Qz导通。
以上所示的技术思想是涉及检测出相电流或变换器内的各相臂电流的构成。可是也存在所谓未进行相电流的检测出，检测出变换器的直流电压部和开关组之间的电流，即，变换器的直流输入电流(以下只单称为直流输入电流)的构成。在这种情况下，由于不能直接地得到相电流的信息，所以其它努力是必要的。
图10示出在三相电压型变换器内检测直流输入电流的构成。变换器的负荷是带励磁同步电动机，在通常运转时，控制系统根据直流输入电流的检测值驱动电动机。作为其具体方式例如如下述文献3所公开的。
文献3：佐藤等：“通过变换器直流电流检测产生的PMSM稳定化V/f控制方式”，2004电气学会产业应用部门大会，No.1-56
在这样的构成中，用图11对自由运转情况下的一般原理加以说明。图11是示意地示出基于n相带励磁电动机的变换器的驱动系统。电动机通过等效电路示出，表示从第1相到第3相为止，对每一相以相号作为添字，附加记述感应电压e，阻抗Z。变换器的电流检测只对直流输入电流idc进行。
在图11中示出使变换器的开关S1P，S2P及S3N导通，其它开关全部断开情况下的例子。即，为变换器下臂只有1臂为导通状态。在这种状态下由于idc与电动机的第3相电流一致，所以通过检测idc可知道电动机第3相相电流。
在这里，认为转速大体一定的情况下，n相带励磁电动机的x相感应电压基波ex通常可以如以下所示地表示。
ex＝ωψsin(ωt+θx+θo)……(公式2)
在这里，ω：电角频率，ψ：通过励磁产生的线圈磁通匝连数，t：时间，θx：x相位角(其中取θ1＝0)，θo：初始相位角。
通常，θx是对每相各异的常数，此外，各相的θx值由于设计事项是已知的。如上述所示，由于取第1相相位角θ1＝0，所以初始相位角θo时间t＝0的第1相的感应电压e1的相位角。此外，如果令电角频率ω与转子的转速呈比例，具体讲使磁极数为P，则下式成立：
ω＝(P/2)×2π×N/60(N是转子每分钟的转速)(公式3)
由于讨论转速N大体一定的情况，所以在这里ω应当认为是未知的，然而是常数。
此外，ψ也是已知的常数。
从以上可知，公式2的未知数为ω和θo个。如果可以知道这2值，则应当可判明各相的感应电压ex，通过从变换器信号给与其相应的电压，则应当可以启动系统。
另一方面，众知各相的阻抗Zx成为只是磁极位置的函数，即，成为通过ω及θo定的值。
因此可知在转子空转状态下，在ω及θo知的状态下，如图1所示地，在开关导通时流过的电流成为因ω及θo各异的值。
因而，这时的直流输入电流idc，在图11的例子电动机第3相的电流包含ω及θo信息，用idc检测值是可确定ω及θo。
具体讲，未知数为ω和θo为2种，因为得到的信息只是idc，为1种，仅此不能指定ω和θo然而，通过在使用图11的该开关导通后的2个以上时刻检测idc，或者通过实施2次以上该开关导通检测idc，此外在每1次开关导通动作后检测idc，使全部开关断开，进而，通过使另外的开关组导通，检测idc，从而可以得到作为idc的2个以上的值，由于得到每次各异的电路方程式，由于对2个未知数存在二个以上的方程式，所以原理上可以求出ω及θo
在以上的说明中，以指定的开关S1P，S2P以及S3N导通情况的动作为例子，然而上述原理不依相数及操作的开关而成立。但是如果同时使相上下臂导通，则由于使变换器的直流电压部短路，所以在上下臂中至少一方始终只有1相导通，在另一方使除此以外的相导通是必要的。
在以上的说明中，对在上下臂至少一方，使1相开关导通的情况加以阐述，然而通过只用对上下两臂的1只开关导通时的idc，可以进一步进行排除不明确的动作。即，在图11的状态下，只使第1相和第2相的电流总和为已知，各自的值未知。另一方面，例如在图11，只导通第1相上臂S1P和第3相下臂S3N的情况下，第1相及第3相电流一致，即两值都成为已知。因而，如前述所示，由于使求ω及θo况的电路方程式简单化，CPU的计算负荷下降，所以可以低廉地构成装置。
作为检测直流输入电流的构成，除了图10所示的构成之外，如图12所示，也有检测出使各相下臂(也可以是上臂)的二极管旁路的电流，图12方式的特征为，可以检测出对图10的情况只检测出单方向电流以及检测出在下臂间流过的环流电流。但是，在上述的手法，检测出的电流对图10的构成以及对图12的构成之类也都是相等的。因而，上述的ω及θo导出方式在图12的构成中也可以使用。
通过使用图2到图6应用已经说明的技术思想，可根据直流输入电流的检测值，实现更加简便的自由运转启动是可能的，以下对其加以说明。
图13示出在图10的构成中进行自由运转启动之际的开关操作法的例子。首先，如图13(a)所示，考虑只导通Qx情况。如果这时电流流通，则电流在Qx，Dy或Dz至少一方以及电动机之间循环，作为idc并不出现，因而不能检测出电流。
其次，使Qx断开，全部开关成为断开状态。这种情况下由于电动机的阻抗具有电感成分，所以电流并不立即成为零，U相电流通过上臂二极管Du，在电源侧流通。这样一来，在直流电源部，Dy或Dz的至少一方，电动机及Du的路径上流过电流，idc出现。如果U相电流衰减为零，则通过二极管作用电流被遮断，成为无电流流通状态。
因而，在使Qx导通后，Qx断路，理想地通过紧临断开后检测idc，可以判明因Qx导通是否有电流流过。
即，通过上述操作，因idc检测出可判别感应电压相位处于使U相电压成为最小的范围内，或在此范围以外。
此外，对Qx重复给与导通·断开信号，在给与各断开信号之际检测出idc，继续该动作，如果idc成为零，则认为感应电压相位进入U相感应电压成为最小的范围内(在正转的情况下为30°～150°，在逆转的情况下为210°～330°)。其后再继续Qx的导通·断开动作，如果idc不再为零，则认为转子位置通过电角150℃(在逆转情况下为210°)。即尽管存在从U相电流通过开始直到检测出idc≠0为止的延迟，但可以通过针尖端(pinpoint)指定转子位置。如果在高频下进行Qx的导通·断开动作，则可以使前述延迟变短，或者通过预见前述延迟来进行补偿。
如果通过Qx的导通·断开动作判别为通过上述指定的相角，则即使在紧临其后使Qy或Qz(也可是Qv或Qw)的任一开关导通·断开，idc也成为＝0。正如已经说明的那样，这是由于在紧临通过前述相角后，从图4和图5所看到的那样，在V相或W相任一相的感应电压成为最小，即使该相的下臂导通，也没有电流流过。
因而，在紧临前述相位角通过后，例如使Qy导通·断开，检测出紧临断开后的idc，如果检测值为零，则可以判定为正转，如果检测值不为零，则可以判定为逆转。其后，如果是正转，则继续Qy的导通·断开操作和idc的检测，通过idc为零，可以判定感应电压相位通过270°，如果逆转，则可以取代Qy，进行Qz的导通·断开操作，同样地可判定为感应电压的相位通过90°。
这样一来，由于判明感应电压相位通过指定2点的时刻，所以通过数学式1可以计算频率。
如以上所示，在检测出直流输入电流的方式中，通过用图2到图6已经说明的技术思想，可以求感应电压相位，相位顺序以及频率，因而可进行自由运转启动。
另一方面，在作为直流输入电流的检测部的构成使用已说明的图12的构成的情况下，由于可以检测环流下臂的电流，所以可以通过下臂开关中的1只导通直接判别是否有电流流通。
图14示出在作为U相下臂开关的Qx导通情况下电流路径的一例。正如从该图所了解的，通过使Qx导通而在电动机内电流流通的情况下，该电流可以作为直流输入电流检测出。
因此，正如以上已说明的那样，可以看到，如果例如在紧临Qx导通后没有电流流通，则感应电压相位处于U相电压为三相之中最小的范围(在正转的情况下为30°～150°，在逆转的情况下为210°～330°)，相反，可以看到，如果电流流通，则可以处于在此以外的范围内。
此外，继续Qx的导通状态，根据从电流为零移到非零的状态，可以判定感应电压相位通过150°或210°。
但是，与图10构成的情况同样地，由于V相和W相的哪一相内流过电流是不明的，所以不能立即判别旋转方向。对这个问题与图10构成的情况同样地使Qy或Qz中的任一个导通，通过依此观测电流是否流通，可以判别旋转方向。其原理与图10构成中的手法是同样的。
此外，如果其后是正转，则继续Qy的导通状态，如果是逆转，则取代Qy继续Qz的导通状态，再次根据直流输入电流从零移到非零状态，如果是正转，则可以判别感应电压相位为270°，如果是逆转，则可以判别通过90°，因此通过数学式1可推算频率。
在以上说明的内容中，在通过电动机的感应电压产生用于检测感应电压的相位的电流流通的方法中，转子的转速低，即在感应电压振幅小的情况下，可能有流过电流小而不能检测出的情况。利用这个事实，如果从开始开关操作起，在预定的时间之间未检测出电流，则可以判别转子的旋转速度在预定值以下。而且，例如使移行到转速低的情况进行处理等的对策成为可能。
与在文献2所示的自由运转启动法中，通过用电流振幅或相位的运算可得电压或转子信息相反，在本申请中所示的手法，由于通过判断电流有无，得到必要的信息，所以具有所谓算法单纯，而且更加难以受到电流检测误差影响的特长。
在以上的说明中，主要阐述了用旋转机的情况，然而即使在用直线马达代替旋转机的情况下也同样可适用本申请公开的技术。这个事实如果根据旋转机和直线机的电类似性，则一目了然。
此外，主要阐述三相的情况，然而本申请公开的技术可以同样地适用于任意的多相交流电动机用电力变换装置。
作为感应电压波形是三相平衡正弦波的情况加以说明，然而在含有若干高次谐波时或在三相感应电压具有实质上存在的相位错移，也不本质上影响本申请，技术可同样地适用。
不用说上述技术在电动机作为动力源的情况或作为发电机用的情况也都可同样适用的。
转子或可动元件在具有位置传感器或电动机端子电压传感器的装置上不使用从这些传感器得到的信息，当然也可适用本申请公开的技术。这样的事实考虑了例如作为传感器出现故障情况下的后备用技术加以实施的情况。
在以上的说明中，阐述为线圈短路，然而在实际上变换器和电动机与开关元件连接的电缆上也有电压降。但是该电压降比马达电气常数小，可以实质上看作短路状态。此外，如果在分析电路行为内也考虑这样小的电压降，则可更高精度地推定转子位置。
即使在变换器和马达之间插入滤波器等无源元件的情况下，如果考虑其阻抗，则无须变更其目的，可以应用以上所示的手法。

Claims (11)

1、一种交流电动机用电力变换装置，具有使多相交流电动机运转的电力变换器、和产生对构成所述电力变换器的开关元件的导通/断开信号并输出的控制部，其特征为，
所述控制部至少设定一个由所述电动机的多相中的多个相的线圈构成的组，在所述电动机空转时，使所述开关元件工作，按所述各组顺序地使属于该组的相的线圈实质上短路，根据短路时流过的电流推定所述电动机的转子或可动元件的位置，使所述电力变换器启动。
2、一种交流电动机用电力变换装置，具有使多相交流电动机运转的电力变换器、和产生对构成所述电力变换器的开关元件的导通/断开信号并输出的控制部，其特征为，
所述开关元件使二极管分别与多个自身消弧型开关元件逆向并联连接来构成，
所述控制部在所述电动机空转时将导通信号给予所述开关元件中的一个的情况下，根据有无电流通过以及电流流通的相的信息，推定所述电动机转子或可动元件的位置。
3、一种交流电动机用电力变换装置，具有使多相交流电动机运转的电力变换器、和产生对构成所述电力变换器的开关元件的导通/断开信号并输出的控制部，其特征为，
所述开关元件使二极管分别与多个自身消弧型开关元件逆向并联连接来构成，
所述控制部在所述电动机空转时将导通信号给予所述开关元件中的第一开关元件，通过此时所述二极管的作用而没有电流流通的情况下，使所述导通信号继续或断续直到流过电流为止，在电流流通时根据流过电流的相的信号，推定所述电动机的转子或可动元件的第1位置。
4、根据权利要求3所述的交流电动机用电力变换装置，其特征为，
在对检测出电流流通的时刻记录之后，使电力变换器的全部开关元件断开，将导通信号继续或断续给予新的第2开关元件，从无电流流通的状态移到电流流通状态时，根据流过电流的相的信息，推定所述电动机转子或可动元件的第2位置，同时，记录检测出该电流流通的时刻，
从得到的第1及第2各自的电流检测时刻及转子或可动元件的位置，导出转子或可动元件的速度。
5、根据权利要求3所述的交流电动机用电力变换装置，其特征为，
在对检测出电流流通的时刻记录之后，使电力变压器的全部开关断开，将导通信号给予新的第2开关元件，根据紧临其后有无电流流通，确定转子的旋转方向。
6、一种控制装置，在由
设置有具有直流电压成分的直流电压部、串联连接至少2个开关元件且其两端与所述直流电压部并联连接的n个臂部的n相变换器，和
端子与所述n相变换器的所述n个臂部的开关元件彼此之间的连接部连接的带励磁n相电动机构成的电动机驱动系统中，
在所述各臂部中将处于比所述电动机的端子的连接点更靠所述直流电压部的正极侧上的开关元件组作为上侧臂，处于负极侧的开关元件组作为下侧臂的情况下，在全上侧臂和全下侧臂的至少一方，只在1相的开关元件组内流过电流的状态下，检测直流电压部和开关元件组之间的电流(即，直流输入电流)，根据该检测值推定所述电动机的转子或可动元件的位置。
7、一种控制装置，在由
设置有具有直流电压成分的直流电压部、串联连接至少2个开关元件且其两端与所述直流电压部并联连接的n个臂部的n相变换器，和
端子与所述n相变换器的所述n个臂部的开关元件彼此之间的连接部连接的带励磁n相电动机构成的电动机驱动系统中，
所述开关元件使二极管与自身消弧型开关元件并联连接来构成，
根据每次将导通信号、断开信号给予所述变换器的开关元件中的一个至少1次的情况下的、直流电压部和开关元件组之间的电流，即直流输入电流，推定所述电动机的转子或可动元件的位置。
8、根据权利要求7所述的控制装置，其特征为，
在对开关元件中的一个交替地重复给予导通信号、断开信号，给予各断开信号期间中检测直流输入电流，在该检测值从零变化为非零值的情况下，判定为所述电动机的转子或可动元件已通过预定位置。
9、一种控制装置，在由
具有直流电压成分的直流电压部、至少串联连接2个开关元件且其两端与所述直流电压部并联连接的n个臂部、以阻止所述直流电压部的直流电压的极性将二极管连接在所述各臂部的开关元件彼此间的连接部1点和所述直流电压部的正极及负极各自之间而构成的n相变换器，和
使端子与连接有所述n相变换器的所述n个臂部的所述二极管的点连接的带励磁n相电动机构成的电动机驱动系统中，
在所述各臂部中将处于比所述电动机的端子的连接点更靠所述直流电压部正极侧上的开关元件组作为上侧臂，处于负极侧的开关元件组作为下侧臂的情况下，
根据对所述变换器的上侧臂或下侧臂中的一个给予导通信号情况下的、该臂和直流电压部之间的电流，推定所述电动机的转子或可动元件的位置。
10、根据权利要求9所示的控制装置，其特征为，
对上侧臂或下侧臂中的一个连续或断续给予导通信号，在给予导通信号间的该臂和直流电压部之间的电流从零变化为非零值的情况下，推定所述电动机的转子或可动元件已通过预定位置。
11、根据权利要求3、7及9所述的控制装置，其特征为，
在开关元件的导通状态的继续或断续、或以预定时间重复导通/断开也未检测出电流流通的情况下，判定为转子的速度在预定值以下。
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