CN1751429A - 交流电动机的控制方法和控制器 - Google Patents

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Abstract

提供了一种交流电动机的控制方法和装置，其能够连续操作交流电动机，而无需使用将再生阻抗或再生能返回到电源的装置，并且不会使主电路电压达到过压电平。该交流电动机的控制装置包括：电源转换器(1)，用于向交流电动机(5)输出电能；转矩限制装置(6)，用于限制与任意转矩命令相关的转矩命令；电压命令计算电路(7)，用于根据由转矩限制装置(6)限制的转矩命令来计算电压命令，以控制电源转换器(1)的电能；以及切换模式生成电路(8)。通过电压检测器(9)来检测电源转换器(1)的主电路电压，并且再生侧转矩限制值计算电路(10)根据所检测值的电平计算再生侧的转矩限制值，并将其设定为转矩限制装置(6)的限制值。

Description

交流电动机的控制方法和控制器
技术领域
本发明涉及一种交流电动机的控制方法和控制器，其抑制了由再生能导致的主电路电压的升高，并在电源转换器中连续地操作该交流电动机，该电源转换器不包括用于将再生阻抗和再生能返回给电源的装置。
背景技术
在使用变换器(inverter)来驱动感应电机的过程中，当从外部输入给该变换器的速度命令发生改变时，驱动该感应电机的速度通常线性地变化预定的加速时间或减速时间。在这种线性加速和减速中，当负载的值恒定并且仅存在诸如惯量的惯性负载时，该加速和减速所需的转矩可以为规定值，而不会出现特殊的问题。但是实际上，由变换器驱动的负载的大小可能频繁变化，或者该负载不完全仅由惯性负载组成。当负载的大小发生变化或者要通过线性速度变化来对惯性负载以外的负载进行加速或减速时，无谓地花费很长的时间来加速或减速这些负载。因此，生产率下降，或者主电路的输出电流值或电压值变得非常大，以致于变换器可能经常停止，以进行保护。
为了执行与负载的类型或大小相对应的最优加速或减速，例如，日本特开平08-172796号公报(专利文献1)公开了下述的方法，其中在电源转换器中预先处理该电源转换器的输出电流信息和主电路的电压信息，以及当前时刻的输出速度命令，并通过神经网络的输出来生成加速和减速速率，以在不升高主电路电压的情况下执行操作，其中该电源转换器不包括用于将再生阻抗或再生能返回给电源的装置。
此外，日本特开平08-172797号公报(专利文献2)公开了一种用于使电动机以任意速度旋转的变换器装置，其包括：负载数据设定单元，用于设定与负载相关的信息；负载数据记录单元，用于记录由负载数据设定单元设定的负载数据；加速和减速模式生成单元，用于根据由负载数据记录单元记录的负载数据，来生成对电动机进行加速和减速的加速和减速模式；加速和减速模式记录单元，用于记录加速和减速模式；以及输出速度控制单元，用于根据记录在加速和减速模式记录单元中的加速和减速模式以及外部施加的速度命令，来控制电动机的驱动速度。
此外，日本特开平10-257788号公报(专利文献3)公开了一种利用变换器的电动机控制方法，其中对变换器的直流总线的电压进行检测，并且在电动机的控制方法中，根据减速时的变换器的直流总线的电压升高来减小再生侧的转矩限制器的限制值，该电动机包括：电源转换器，其包括该变换器；速度控制器；以及控制部分，其包括该转矩限制器，以通过良好的响应特性，来防止由于该直流总线的电压升高而导致直流总线的过压，而无需复杂的计算。
然而，在专利文献1至3中公开的常用方法中，可以在突然加速和减速时抑制主电路的电压(直流总线的电压)升高，但是，在通过负载(类似于诸如印刷机的机器)的再生能来增大交流电动机的速度的应用中，不能实现该效果。
通常，由于交流电动机输出的转矩受到该交流电动机所连接的任意机器的限制，所以预先设定与任意转矩命令相关的交流电动机或电源转换器、电动机侧的转矩限制值以及再生侧的转矩限制值。然后，在该转矩限制的范围内控制该交流电动机。
但是，当使交流电动机突然加速或减速，或者是在速度由于重力负载或负载机器而增大的应用中时，该交流电动机产生再生转矩，并且其再生能返回到该交流电动机，使得主电路的电压升高。因此，需要防止主电路的电压升到高于任意设定的电平。通常，使用其中电阻与该主电路的平滑电容器并联连接的装置将再生阻抗或再生能返回给电源，通过该电阻来消耗能量。
然而，当使用将再生阻抗或再生能返回给电源的这种装置时，结构会变得复杂，并且成本增加。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种交流电动机的控制方法和控制器，其中可以连续操作交流电动机，而无需使用将再生阻抗或再生能返回至电源的装置，并且不会使主电路的电压升高到过压电平。
为了实现上述目的，权利要求1中限定的本发明提供了一种交流电动机的控制方法，该交流电动机包括：电源转换器，用于向该交流电动机输出电能；转矩限制单元，用于将转矩命令限制为任意转矩命令；以及用于根据转矩限制单元所限制的转矩命令来计算电压命令，以控制电源转换器的电能的单元，所述控制方法包括以下步骤：根据电源转换器的主电路的电压检测值的电平来计算再生侧的转矩限制值；以及将所计算的转矩限制值设定为转矩限制单元的限制值。
此外，权利要求2中限定的本发明提供了一种用于交流电动机的控制器，其包括：电源转换器，用于向该交流电动机输出电能；转矩限制单元，用于将转矩命令限制为任意转矩命令；用于根据转矩限制单元所限制的转矩命令来计算电压命令，以控制电源转换器的电能的单元；以及再生侧转矩限制值计算单元，用于根据电源转换器的主电路电压检测值的电平来计算再生侧的转矩限制值，并将所计算的转矩限制值设定到转矩限制单元。
在权利要求1和2限定的本发明中，对主电路的电压进行监测，并根据主电路的电压电平来控制再生侧的转矩限制值，从而抑制返回到电源转换器的再生能。因此，即使在没有用于将再生阻抗或再生能返回到电源的装置的电源转换器中，主电路的电压也不会升到过压电平，从而交流电动机可以连续工作。
如上所述，根据本发明的交流电动机的控制方法和控制器，对主电路的电压进行监测，并根据主电路的电压电平来控制再生侧的转矩限制值，从而抑制返回到电源转换器的再生能。因此，即使在没有用于将再生阻抗或再生能返回到电源的装置的电源转换器中，主电路的电压也不会升到过压电平，从而交流电动机可以连续工作。
附图说明
图1是表示本发明中的交流电动机的控制器的实施例的结构的方框图。
图2是表示在本发明中，主电路的电压与再生侧的转矩限制值之间的关系的说明图。
具体实施方式
下面将参照附图来说明本发明的实施例。图1是表示本发明中的交流电动机的控制器的实施例的结构的方框图。
本实施例的电动机控制器包括：电源转换器1，用于向交流电动机5输出电能，通过该电源转换器来驱动交流电动机5；转矩限制电路6，用于限制转矩命令；电压命令计算电路7，用于根据所限制的转矩命令来计算电压命令；切换(switching)模式生成电路8，用于根据电压命令生成提供给电源转换器1中的变换器部分4的切换模式；电压检测电路9，用于检测电源转换器1的主电路的电压；以及再生侧转矩限制值计算电路10，用于根据主电路的检测电压来计算再生侧转矩限制值。
更具体地，电源转换器1包括：转换器部分2，用于通过功率元件(power element)将三相交流电转换为直流电压；平滑电容3，用于对所转换的电压进行平滑处理；以及变换器部分4，用于通过PWM控制系统将该直流电压转换为具有任意频率和电压的交流电。电源转换器1向交流电动机提供电能。
转矩限制电路6对转矩命令进行限制，以使其位于电动机侧的预先设定的转矩限制值与和任意转矩命令相关的再生侧的转矩限制值之间。
电压命令计算电路7计算并输出电压命令，以根据从转矩限制电路6输出的转矩命令来输出转矩。
切换模式生成电路8根据电压命令计算电路7的输出来确定电源转换器1的切换模式。
电压检测电路9检测主电路电压Vdc，作为平滑电容器3的电压。
再生侧转矩限制值计算电路10是下述的电路，该电路用于根据作为电压检测电路9的输出值的主电路电压Vdc，来计算再生侧转矩限制值TGL，并将该再生侧转矩限制值设定到转矩限制电路6。
通常，由于交流电动机5输出的转矩受到该交流电动机5所连接的任何机器的限制，所以预先设定与任意转矩命令相关的交流电动机5或者电源转换器1、电动机侧的转矩限制值TL0，以及再生侧的转矩限制值TG0。然后，在该转矩限制的范围内控制交流电动机5。
当使交流电动机5突然加速或减速时，或者当速度由于重力负载或负载机器而增大时，交流电动机5产生再生转矩，并且其再生能返回到电源转换器1，使得主电路的电压升高。因此，需要防止主电路的电压升至高到任意设定的电平。
在该实施例中，为了抑制主电路电压Vdc的升高，根据主电路电压Vdc的电平来限制再生侧的转矩限制值，以使得不生成再生转矩，并且不将再生能返回到电源转换器1。
因此，交流电动机的速度控制精度由此暂时下降。然而，在下述的情况下具有优势：速度精度并不是优选的，而重要的是没有使用将再生阻抗或再生能返回到电源的装置的事实。
具体地，作为用于限制再生侧的转矩限制的方法的示例，对主电路电压和再生侧的转矩限制值之间的关系(如图2所示)进行限定，以根据主电路电压的电平来控制再生侧的转矩限制值。作为电动机侧的转矩限制，预先设定的TL0是与主电路电压Vdc的大小或电平无关的限制值。另一方面，作为再生侧的转矩限制值，当主电路电压Vdc低于VOVL时，转矩限制值是再生侧的预先设定的转矩限制值TG0。当主电路电压不低于VOVH电平时，将转矩限制值设定为0，以使得不生成再生转矩。此外，当主电路电压不低于VOVL但低于VOVH时，再生侧的转矩限制值与主电路电压Vdc成正比，并且从任意设定的转矩限制值TGL1减小到0。由于如上所述对转矩限制值进行了设定，所以当主电路电压升到高于VOVL时，再生侧的转矩限制值受到更多的限制。因此，当主电路电压升高得越高时，主电路电压越难以再升高。因此，避免了过压，从而可以连续进行操作。
当在突然减速命令的情况下实际应用本发明时，如果主电路电压在突然减速过程中不高于VOVL电平，则以所要求的减速速率来降低速度。然而，当主电路电压不低于VOVL时，随着主电路电压升得越高，再生侧的转矩限制就受到越多的限制。因此，减速速率逐渐减缓，并且以可以被电源转换器吸收的再生电平来降低速度。因此，可以平缓地降低速度。
现将说明交流电动机的速度根据负载侧升高的情况。对速度进行控制，以输出再生转矩，并且保持速度精度，直到主电路电压升高到VOVL电平为止。然而，当主电路电压达到VOVL电平或更高时，交流电动机的速度试图增大更多，这是因为再生侧的转矩限制值受到限制，以使得主电路电压不再增加。这里，根据主电路电压Vdc的电平对再生侧的转矩限制值进行限制，以生成再生转矩。因此，主电路电压不再升高，从而可以平稳地执行交流电动机的操作。当主电路电压降低时，再生侧的转矩限制值的范围立即变宽。因此，生成了再生转矩，以使得速度可以彼此对应。如上所述，当根据主电路电压的电平控制再生侧的转矩限制值时，如果主电路电压升高，则速度精度降低，然而，在不具有将再生阻抗或再生能返回到电源的装置的电源转换器中，可以连续地执行交流电动机的平滑操作，而不会产生过压。
在该实施例中，主电路电压和再生侧的转矩限制值之间的关系如图2所示。然而，可以使任意设定的转矩限制值TGL1与再生侧的转矩限制值TGL0相对应。此外，不仅转矩限制值与主电路电压成比例，而且可以使用当主电路电压值升高时，再生侧的转矩限制值接近于0的任意函数。此外，希望实现下述的方法：根据机器的惯量或平滑电容器的容量与再生转矩之间的关系，来预测下一个主电路电压，以限制再生侧的转矩限制值。
[工业适用性]
本发明涉及一种交流电动机的控制方法和控制器，其抑制了由于再生能而导致的主电路电压的升高，并且可以在不具有将再生阻抗或再生能返回到电源的装置的电源转换器中，连续操作交流电动机(感应电机、同步电机)。

Claims (2)

1、一种交流电动机的控制方法，该交流电动机包括：电源转换器，用于向该交流电动机输出电能；转矩限制单元，用于将转矩命令限制为任意转矩命令；以及用于根据由该转矩限制单元限制的转矩命令来计算电压命令，以控制该电源转换器的电能的单元，
所述控制方法包括以下步骤：
根据所述电源转换器的主电路电压检测值的电平来计算再生侧的转矩限制值；以及
将所计算的转矩限制值设定为转矩限制单元的限制值。
2、一种用于交流电动机的控制器，其包括：
电源转换器，用于向交流电动机输出电能；
转矩限制单元，用于将转矩命令限制为任意转矩命令；
用于根据由所述转矩限制单元限制的转矩命令来计算电压命令，以控制所述电源转换器的电能的单元；以及
再生侧转矩限制值计算单元，用于根据所述电源转换器的主电路电压检测值的电平来计算再生侧的转矩限制值，并将所计算的转矩限制值设置到所述转矩限制单元。
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