DE10392477T5

DE10392477T5 - Elektromotor-Steuersystem

Info

Publication number: DE10392477T5
Application number: DE10392477T
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Eguchi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-03-12
Filing date: 2003-03-12
Publication date: 2006-06-08
Also published as: WO2004082125A1; US20050218864A1; GB2402562B; JPWO2004082125A1; GB2402562A; JP4297051B2; CN100521503C; TW200418258A; TW591886B; CN1639960A; GB0421342D0; US7005825B2

Abstract

Elektromotor-Steuersystem, das folgendes aufweist:
eine 2-Phasen/3-Phasen-Wandlereinrichtung zum Umwandeln eines Ausgangsstroms von einem Inverterabschnitt, der eine Gleichleistung zu einer Wechselleistung invertiert, in wechselseitig rechtwinklige 2-Phasen-Signale, die ein d-Achsen-Stromkomponentensignal und ein q-Achsen-Stromkomponentensignal sind;
eine Stromphasen-Befehlseinrichtung zum Ausgeben von wechselseitig rechtwinkligen 2-Phasen-Signalen, die das d-Achsen-Stromkomponenten-Befehlssignal und das q-Achsen-Stromkomponenten-Befehlssignal sind, und von Phasenwinkeln des d-Achsen-Stromkomponenten-Befehlssignals und des q-Achsen-Stromkomponenten-Befehlssignals beim erneuten Starten, nachdem ein momentaner Stromausfall behoben ist;
eine d-Achsen-Strom-Steuereinrichtung zum Verstärken eines Differenzsignals der d-Achsen-Stromkomponente, wobei das Differenzsignal der d-Achsen-Stromkomponente die Differenz zwischen dem d-Achsen-Stromkomponenten-Befehlssignal und dem d-Achsen-Stromkomponentensignal ist, und zum Ausgeben einer d-Achsen-Komponente eines 2-Phasen-Spannungsbefehls, der einen Ausgangsstrom von dem Inverterabschnitt auf derartige Weise steuert, dass das Differenzsignal Null ist;
eine q-Achsen-Strom-Steuereinrichtung zum Verstärken eines Differenzsignals der q-Achsen-Stromkomponente, wobei das Differenzsignal der q-Achsen-Stromkomponente die Differenz zwischen dem q-Achsen-Stromkomponenten-Befehlssignal und dem q-Achsen-Stromkomponentensignal ist, und zum Ausgeben einer q-Achsen-Komponente eines 2-Phasen-Spannungsbefehls, der einen Ausgangsstrom vom Inverterabschnitt auf derartige Weise steuert, dass...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Elektromotor-Steuersysteme.
STAND DER TECHNIK
Als Geschwindigkeitssteuerung für Induktionsmotoren sind Konstant-V/F-Steuersysteminverter weit verbreitet verwendet worden, die das Verhältnis einer Ausgangsspannung V zu einer Ausgangsfrequenz F derart steuern, dass es konstant ist. In Bezug auf diese Inverter ist es dann, wenn sie erneut gestartet werden, während elektrische Energie wiederhergestellt wird, nachdem sie aufgrund des Auftretens eines momentanen Stromausfalls gestoppt worden sind, oder wenn sie unter den Umständen initiiert werden, dass ein Induktionsmotor an einer externen Kraft im Leerlauf ist, während der Inverter gestoppt ist, nötig, den leer laufenden Induktionsmotor auf eine derartige Weise erneut zu beschleunigen, dass die Drehfrequenz F des Induktionsmotors nahezu mit der Ausgangsfrequenz f des Inverters übereinstimmt. Demgemäß ist es dann, wenn die Konstant-V/F-Steuersysteminverter initiiert werden, nötig, die Ausgangsfrequenz f des Inverters und die Drehfrequenz F des leer laufenden Induktionsmotors zu lernen. Daher ist die Drehfrequenz F durch Vorsehen eines Beschleunigungsdetektors, wie beispielsweise eines Tachogenerators, oder durch Erfassen einer Restspannung im Induktionsmotor und durch Ausführen einer Berechnung basierend auf ihren Frequenzkomponenten erhalten worden.
Darüber hinaus offenbart die japanische offengelegte Patentveröffentlichung 1991-3694 Induktionsmotorsteuerungen, die die Aufgabe zum Erhalten der Drehfrequenz F eines leer laufenden Induktionsmotors realisieren, ohne spezielle Induktionsmotoren zu erfordern, die mit einem Geschwindigkeitsdetektor, wie beispielsweise einem Tachogenerator, oder bestimmten Spannungsdetektoren, wie beispielsweise einem Spannungserfassungstransformator zum Erfassen einer Restspannung eines Induktionsmotors, ausgestattet sind.
Die japanische offengelegte Patentveröffentlichung 1991-3694 offenbart: wenn, während ein Induktionsmotor im Leerlauf ist, ein Gleichstrom-Befehlssignal von einem Strombefehlsabschnitt ausgegeben wird, ein Ausgangsstrom von einem Inverterabschnitt durch ein Steuersignalsystem gesteuert wird, und zwar basierend auf einer Differenz zwischen dem Gleichstrom-Befehlssignal und einem erfassten Signal, das ein erfasster Wert des Ausgangsstroms vom Inverterabschnitt ist; werden in dieser Situation Welligkeitskomponenten im Steuersignalsystem erzeugt; und mittels eines Extrahierens der Welligkeitskomponenten wird der Drehstatus des leer laufenden Induktionsmotors gelernt.
Zusätzlich offenbart die japanische offengelegte Patentveröffentlichung 1991-3694 (12-te Zeile ab der ersten Zeile im unteren rechten Absatz der Seite 7): beim Umkehren der Ausgangsstrompolarität eines Inverterabschnitts durch Umkehren des Phasenwinkels θ des Strombefehls von 0 Grad zu 180 Grad in 10 ms, nachdem die Erfassung des Drehstatus eines leer laufenden Induktionsmotors begonnen hat, werden die Amplituden von Welligkeitskomponenten, die sich einem Spannungsbefehl überlagern, signifikant erhöht.
Was die japanische offengelegte Patentveröffentlichung 1991-3694 offenbart, verwendet die Tatsache, dass deshalb, weil sich das Steuersignalsystem einer Störung unterzieht, die durch steile Stromänderungen begleitet ist, durch Umkehren der Polarität eines Stroms, der zu dem leer laufenden Induktionsmotor eingegeben wird, sich beim Prozess eines Zuführens des Stroms die Amplituden der überlagernden Welligkeitskomponenten erhöhen. Es gibt eine Inkonsistenz bezüglich einer Welligkeitsverstärkung, die für eine Geschwindigkeitserfassung verwendet wird, und insbesondere dann, wenn die Frequenz niedrig ist, ist die Welligkeit signifikant gering; daher hat es ein derartiges Problem gegeben, dass die Drehfrequenz F des leer laufenden Induktionsmotors nicht mit einem hohen Ausmaß an Genauigkeit erfasst werden kann.
Die vorliegende Erfindung löst das oben diskutierte Problem, und ihre primäre Aufgabe besteht im Erfassen der Drehfrequenz F des leer laufenden Induktionsmotors mit einem hohen Ausmaß an Genauigkeit, und zwar ungeachtet einer Ungleichmäßigkeit bezüglich der für eine Geschwindigkeitserfassung verwendeten Welligkeitsverstärkung.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Elektromotor-Steuersystem zur Verfügung gestellt, das folgendes enthält:
eine 2-Phasen/3-Phasen-Wandlereinrichtung zum Umwandeln eines Ausgangsstroms von einem Inverterabschnitt, der eine Gleichleistung bzw. dc-Leistung zu einer Wechselleistung bzw. ac-Leistung invertiert, in wechselseitig rechtwinklige 2- Phasen-Signale, die ein d-Achsen-Stromkomponentensignal und ein q-Achsen-Stromkomponentensignal sind;
eine Stromphasen-Befehlseinrichtung zum Ausgeben von wechselseitig rechtwinkligen 2-Phasen-Signalen, die das d-Achsen-Stromkomponenten-Befehlssignal und das q-Achsen-Stromkomponenten-Befehlssignal sind, und eines Phasenwinkels des d-Achsen-Stromkomponenten-Befehlssignals und des q-Achsen-Stromkomponenten-Befehlssignals beim erneuten Starten, nachdem ein momentaner Stromausfall behoben ist;
eine d-Achsen-Strom-Steuereinrichtung zum Verstärken eines Differenzsignals der d-Achsen-Stromkomponente, wobei das Differenzsignal der d-Achsen-Stromkomponente die Differenz zwischen dem d-Achsen-Stromkomponenten-Befehlssignal und dem d-Achsen-Stromkomponentensignal ist, und zum Ausgeben einer d-Achsen-Komponente eines 2-Phasen-Spannungsbefehls, der den Ausgangsstrom vom Inverterabschnitt auf eine derartige Weise steuert, dass das Differenzsignal Null ist;
eine q-Achsen-Strom-Steuereinrichtung zum Verstärken eines Differenzsignals der q-Achsen-Stromkomponente, wobei das Differenzsignal der q-Achsen-Stromkomponente die Differenz zwischen dem q-Achsen-Stromkomponenten-Befehlssignal und dem q-Achsen-Stromkomponentensignal ist, und zum Ausgeben einer q-Achsen-Komponente eines 2-Phasen-Spannungsbefehls, der den Ausgangsstrom vom Inverterabschnitt auf eine derartige Weise steuert, dass das Differenzsignal Null ist;
einen Induktionsmotor-Drehstatus-Erfassungsabschnitt zum Empfangen der d-Achsen-Komponente des von der d-Achsen-Strom-Steuereinrichtung ausgegebenen 2-Phasen-Spannungsbefehls und der q-Achsen-Komponente des von der q-Achsen-Strom-Steuereinrichtung ausgegebenen 2-Phasen-Spannungsbefehls und zum Berechnen einer Drehfrequenz und einer Drehrichtung eines leer laufenden Induktionsmotors; und
eine Phasenumkehrzeitgabe-Erfassungseinrichtung zum Erfassen als eine Phasenumkehrzeitgabe einer spezifischen Phase, bei welcher ein Verstärkungsfaktor von Welligkeitskomponenten, die der d-Achsen-Komponente des von der d-Achsen-Strom-Steuereinrichtung ausgegebenen 2-Phasen-Spannungsbefehls überlagert sind, minimal ist. Weil die Stromphasen-Befehlseinrichtung eine Strombefehlsphase gemäß der von der Phasenumkehrzeitgabe-Erfassungseinrichtung ausgegebenen spezifischen Phase um 180 Grad dreht, kann die Drehfrequenz F des leer laufenden Induktionsmotors mit einem hohen Maß an Genauigkeit erfasst werden.
Beim erneuten Starten, nachdem ein momentaner Stromausfall behoben ist, nachdem die Stromsteuerung gestartet worden ist und der Effekt einer Übergangsvariation verringert worden ist, erfasst die Phasenumkehrzeitgabe-Erfassungseinrichtung einen ersten maximalen Wert, einen ersten minimalen Wert und einen zweiten maximalen Wert durch Vergleichen eines Werts des Integrationsausdrucks der d-Achsen-Komponente des von der d-Achsen-Strom-Steuereinrichtung ausgegebenen 2-Phasen-Spannugnsbefehls mit seinem vorherigen Wert, und gibt dann eine Zeit, zu welcher der Integrationsausdruckswert der d-Achsen-Komponente des 2-Phasen-Spannungsbefehls niedrig wird (der erste minimale Wert 1 + der zweite maximale Wert)/2, als erste spezifische Phase, bei welcher die Strombefehlsphase um 180 Grad gedreht wird, zu der Stromphasen-Befehlseinrichtung aus; daher kann die spezifische Phase Tθ1 erfasst werden, ohne durch die Drehrichtung eines leer laufenden Induktionsmotors beeinflusst zu werden.
Nach einem Ausgeben der ersten spezifischen Phase umfasst die Phasenumkehrzeitgabe-Erfassungseinrichtung einen ersten maximalen Wert, einen ersten minimalen Wert und einen zweiten maximalen Wert durch Vergleichen eines Werts des Integrationsausdrucks der d-Achsen-Komponente des von der d-Achsen-Strom-Steuereinrichtung ausgegebenen 2-Phasen-Spannungsbefehls mit seinem vorherigen Wert, und gibt dann eine Zeit, zu welcher der Integrationsausdruckswert der d-Achsen-Komponente des 2-Phasen-Spannungsbefehls der zweite maximale Wert geworden ist, als eine zweite spezifische Phase, bei welcher die Strombefehlsphase um 180 Grad gedreht wird, zu der Stromphasen-Befehlseinrichtung aus; daher oszilliert die Mittenlinie der Wellenform der q-Achsen-Komponente vqs* des 2-Phasen-Spannungsbefehls in Bezug auf die Nullachse; somit kann die Welligkeitsfrequenz fn selbst dann genau berechnet werden, wenn die Restspannung groß bleibt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Ansicht, die die Konfiguration eines elektrischen Steuersystems gemäß einem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 ist eine Kurve, die die Beziehung zwischen der d-Achsen-Komponente ids eines 2-Phasen-Stroms, den eine 3-Phasen/2-Phasen-Wandlereinrichtung 21 ausgibt, und dem Welligkeitsverstärkungsfaktor darstellt.
3 ist eine Kurve, die verschiedene Wellenformen gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt, wobei sich die verschiedenen Wellenformen auf die Berechnung einer spezifischen Phase Tθ1 beziehen, bei welcher der Welligkeitsverstärkungsfaktor maximal ist.
4 ist eine Ansicht, die die Konfiguration einer Stromphasen-Befehlseinrichtung 22 in einem Induktionsmotor-Neustart-Berechnungsabschnitt 20 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung darstellt.
5 ist eine Kurve, die verschiedene Wellenformen darstellt, die sich auf die Berechnung einer spezifischen Phase Tθ1 beziehen, bei welcher der Welligkeitsverstärkungsfaktor maximal ist, und zwar in Fällen, in welchen eine große Restspannung bleibt.
6 ist eine Kurve, die verschiedene Wellenformen gemäß einem Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung darstellt, wobei sich die verschiedenen Wellenformen auf die Berechnung von spezifischen Phasen Tθ1 und Tθ2 beziehen, bei welchen die Welligkeitsverstärkungsfaktoren maximal sind, und zwar in Fällen, in welchen eine große Restspannung bleibt.
BESTE ART ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Ausführungsbeispiel 1.
Die Konfiguration und der Betrieb eines Elektromotor-Steuersystems gemäß einem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1 diskutiert werden. In 1 wandelt eine Gleichrichterschaltung 1 einen 3-Phasen-ac (Wechselstrom = alternating current), der von einer 3-Phasen-Netzspannungsquelle 2 eingegeben wird in einen dc (direct current = Gleichstrom) um, und der umgewandelte dc wird durch einen Hauptschaltungskondensator 3 geglättet. Ein Inverterabschnitt 4 ist aus einem Schaltelement, wie beispielsweise einem Transistor, und einer parallel zu dem Schaltelement geschalteten Rückkoppeldiode gebildet. Steuersignale von einer Steuerschaltung 5 steuern das Schaltelement ein-aus, so dass die Gleichleistung in eine Wechselleistung variabler Frequenz und variabler Spannung invertiert wird; und dadurch wird ein Induktionsmotor 6 mit variabler Geschwindigkeit angetrieben.
In Fällen, in welchen der Induktionsmotor 6, der bei einem Stillstand neu gestartet worden ist, stellt eine Beschleunigungs/Abbrems-Befehlsvorrichtung 7 eine Ausgangsfrequenz f als Drehgeschwindigkeit des Induktionsmotors ein, und dann wird die 3-Phasen-Netzspannungsquelle 2 eingeschaltet. Eine Frequenzschalteinrichtung 8 lässt zu, dass ein Ausgangssignal entweder von der Beschleunigungs/Abbrems-Befehlsvorrichtung 7 oder von einem später beschriebenen Induktionsmotor-Drehstatus-Erfassungsabschnitt 30 durchläuft, und wird für gewöhnlich zu der Beschleunigungs/Abbrems-Befehlsvorrichtung 7 durch ein Befehlssignal von einer Schaltung 9 zum Erfassen eines momentanen Stromfalls/Neustarten umgestellt. Eine Spannung/Frequenz-Wandlereinrichtung 10 gibt einen Spannungsbefehl V aus, so dass das Verhältnis einer Spannung zu einer Ausgangsfrequenz, die durch die Beschleunigung/Abbrems-Befehlsvorrichtung 7 eingestellt wird, konstant ist. Eine Ausgangsschalteinrichtung 11 lässt zu, dass ein Ausgangssignal entweder von der Spannung/Frequenz-Wandlereinrichtung 10 oder von einer später beschriebenen 2-Phasen/3-Phasen-Wandlereinrichtung 34 durchläuft, und wird für gewöhnlich durch ein Befehlssignal von der Schaltung 9 zum Erfassen eines momentanen Stromausfalls/Neustarten zu der Beschleunigung/Abbrems-Befehlsvorrichtung 10 umgestellt. Zusätzlich gibt die Schaltung 9 zum Erfassen eines momentanen Stromausfalls/Neustarten nach einem Erfassen eines momentanen Stromausfalls der Netzspannungsquelle 2 ein Befehlssignal zu einem später beschriebenen Induktionsmotor-Neustart- Berechnungsabschnitt 20 aus, um den Drehstatus eines leer laufenden Induktionsmotors zu erfassen.
Eine PWM-Schaltung 12 beschleunigt nach und nach über eine vorbestimmte Zeit den Induktionsmotor 6 von Null zu einer vorbestimmten Drehgeschwindigkeit durch Erzeugen eines PWM-Signals basierend auf dem Spannungsbefehl V und durch Ein/Aus-Steuern des Schaltelements im Inverterabschnitt 4 und durch Invertieren von Gleichleistung zu einer Wechselleistung variabler Frequenz und variabler Spannung.
Als Nächstes erfasst der Induktionsmotor-Neustart-Berechnungsabschnitt 20 dann, wenn der Induktionsmotor neu gestartet wird, während eine elektrische Energie wiederhergestellt wird, nachdem das Elektromotor-Steuersystem aufgrund des Auftretens eines momentanen Stromausfalls gestoppt worden ist, oder wenn der Induktionsmotor unter den Umständen initiiert wird, dass er an einer externen Kraft im Leerlauf ist, während das Elektromotor-Steuersystem gestoppt ist, den Drehstatus des leer laufenden Induktionsmotors, wobei der Induktionsmotor-Neustart-Berechnungsabschnitt 20 aus einer 3-Phasen/2-Phasen-Wandlereinrichtung 21, einer Stromphasen-Befehlseinrichtung 22, einer d-Achsen-Strom-Vergleichseinrichtung 26, einer q-Achsen-Strom-Vergleichseinrichtung 27, einer d-Achsen-Strom-Steuereinrichtung 28, einer q-Achsen-Strom-Steuereinrichtung 29, dem Induktionsmotor-Drehstatus-Erfassungsabschnitt 30 und der 2-Phasen/3-Phasen-Wandlereinrichtung 34 gebildet ist. Die Frequenzschalteinrichtung 8 wird durch ein Befehlssignal von der Schaltung 9 zum Erfassen eines momentanen Stromausfalls/Neustarten zu dem Induktionsmotor-Drehstatus-Erfassungsabschnitt 30 umgestellt, und die Spannung/Frequenz-Wandlereinrichtung 10 gibt einen Spannungsbefehl V aus, so dass das Verhältnis einer Spannung zu einer Drehfrequenz F konstant ist, und zwar basierend auf der Drehfrequenz F, die durch den Induktionsmotor-Drehstatus-Erfassungsabschnitt 30 ausgegeben wird. Die Ausgangsschalteinrichtung 11 wird durch ein Befehlssignal von der Schaltung 9 zum Erfassen eines momentanen Stromausfalls/Neustarten zu der 2-Phasen/3-Phasen-Wandlereinrichtung 34 umgestellt und lässt zu, dass ein Ausgangssignal von der 2-Phasen/3-Phasen-Wandlereinrichtung 34 durchläuft, während der Induktionsmotor-Drehstatus-Erfassungsabschnitt 30 den Drehstatus des leer laufenden Induktionsmotore berechnet; und nachdem der Drehstatus des leer laufenden Induktionsmotors erfasst worden ist, wird die Ausgangsschalteinrichtung 11 zu der Spannungs/Frequenz-Wandlereinrichtung 10 umgestellt und gibt einen Spannungsbefehl V entsprechend der erfassten Drehfrequenz F aus. Die PWM-Schaltung 12 startet den Induktionsmotor 6 aus der erfassten Drehfrequenz F des leer laufenden Induktionsmotors durch Erzeugen eines PWM-Signals basierend auf dem Spannungsbefehl V neu; durch Ein/Aus-Steuern des Schaltelements im Inverterabschnitt 4; und durch Invertieren der gleichen Leistung zu einer Wechselleistung.
Ein Erfassen und ein Verarbeiten des Drehstatus des leer laufenden Induktionsmotors wird nachfolgend diskutiert werden.
Zuallererst wandelt die 3-Phasen/2-Phasen-Wandlereinrichtung 21 Ausgangsströme iu, iv und iw vom Inverterabschnitt, die durch einen Stromerfassungsabschnitt 13 erfasst werden, in einen 2-Phasen-Strom ids (d-Achsen-Komponente) und iqs (q-Achsen-Komponente) um. Wenn ein Befehlssignal von der Schaltung 9 zum Erfassen eines momentanen Stromausfalls/Neustarten eingegeben wird, gibt die Stromphasen-Befehlseinrichtung 22 2-Phasen-Strombefehle ids* und iqs* und einen Phasenwinkel θ der 2-Phasen-Strombefehle ids* und iqs* aus. Die d-Achsen-Strom-Vergleichseinrichtung 26 vergleicht die d-Achsen-Komponente ids* des 2-Phasen-Strombefehls, die die Stromphasen-Befehlseinrichtung 22 ausgibt, mit der d-Achsen-Komponente ids des 2-Phasen-Stroms, den die 3-Phasen/2-Phasen-Wandlereinrichtung 21 ausgibt, und gibt dann das Differenzsignal (ids* – ids) aus. Die q-Achsen-Strom-Vergleichseinrichtung 27 vergleicht die q-Achsen-Komponente iqs* des 2-Phasen-Strombefehls, den die Stromphasen-Befehlseinrichtung 22 ausgibt, mit der q-Achsen-Komponente iqs des 2-Phasen-Stroms, den die 3-Phasen/2-Phasen-Wandlereinrichtung 21 ausgibt, und gibt dann das Differenzsignal (iqs* – iqs) aus.
Die d-Achsen-Strom-Steuereinrichtung 28 empfängt und verstärkt das Differenzsignal von der d-Achsen-Strom-Vergleichseinrichtung 26 und gibt die d-Achsen-Komponente vds* des 2-Phasen-Spannungsbefehls zum Steuern des Ausgangsstroms vom Inverterabschnitt auf derartige Weise aus, dass das Differenzsignal Null ist. Die q-Achsen-Strom-Steuereinrichtung 29 empfängt und verstärkt das Differenzsignal von der q-Achsen-Strom-Vergleichseinrichtung 27 und gibt die q-Achsen-Komponente vqs* des 2-Phasen-Spannungsbefehls zum Steuern des Ausgangsstroms vom Inverterabschnitt auf derartige Weise aus, dass das Differenzsignal Null ist.
Der Induktionsmotor-Drehstatus-Erfassungsabschnitt 30 enthält eine Phasenumkehrzeitgabe-Erfassungseinrichtung 31, die ein Phasenumkehrzeitgabe basierend auf der d-Achsen-Komponente vds* des von der d-Achsen-Strom-Steuereinrichtung 28 ausgegebenen 2-Phasen-Spannungsbefehls erfasst; eine Welligkeits-Erfassungseinrichtung 32, die die d-Achsen-Komponente vds* und die q-Achsen-Komponente vqs* des von jeweils der d-Achsen-Strom-Steuereinrichtung 28 und der q-Achsen-Strom-Steuereinrichtung 29 ausgegebenen 2-Phasen-Spannungsbefehls empfängt, und Welligkeitskomponenten erfasst, die der d-Achsen-Komponente vds* und der q-Achsen-Komponente vqs* des 2-Phasen-Spannungsbefehls überlagert sind; und eine Drehfrequenz/Richtungs-Berechnungseinrichtung 33, die basierend auf den erfassten Welligkeitskomponenten die Drehfrequenz und die Drehrichtung des leer laufenden Induktionsmotors berechnet. Der Induktionsmotor-Drehstatus-Erfassungsabschnitt 30 dreht die Phase des Strombefehls bei einer spezifischen Phase um 180 Grad, bei welcher der Welligkeitskomponenten-Verstärkungsfaktor maximal ist, und berechnet die Drehfrequenz F und die Drehrichtung des leer laufenden Induktionsmotors. Zusätzlich empfängt die 2-Phasen/3-Phasen-Wandlereinrichtung 34 die d-Achsen-Komponente vds* und die q-Achsen-Komponente vqs* des von jeweils der d-Achsen-Strom-Steuereinrichtung 28 und der q-Achsen-Strom-Steuereinrichtung 29 ausgegebenen 2-Phasen-Spannungsbefehls und wandelt sie in 3-Phasen-Spannungsbefehle vu*, vv* und vw* um.
In 2 ist bei (a) eine Wellenform der d-Achsen-Komponente ids eines 2-Phasen-Stroms, den die 3-Phasen/2-Phasen-Wandlereinrichtung 21 ausgibt, und ist bei (b) eine Wellenform des Welligkeitsverstärkungsfaktors, der das Verhältnis der Welligkeitsamplitude nach der 180-Grad-Phasenumkehr zu der Welligkeitsamplitude vor der 180-Grad-Phasenumkehr ist. Wie es in 2 dargestellt ist, ist der Welligkeitsfaktor zu einer Zeit Tθ1 maximal, wenn die d-Achsen-Komponente ids des 2-Phasen-Stroms maximal ist.
Ein Berechnen der spezifischen Phase, bei welcher der Welligkeitsverstärkungsfaktor maximal ist, wird unter Bezugnahme auf 3 diskutiert werden. In 3 ist bei (a) eine Wellenform der d-Achsen-Komponente ids des 2-Phasen-Stroms, den die 3-Phasen/2-Phasen-Wandlereinrichtung ausgibt; ist bei (b) eine Wellenform des Integrationsausdrucks der d-Achsen-Komponente vds* des 2-Phasen-Spannungsbefehls; ist bei (c) eine Wellenform der q-Achsen-Komponente iqs des 2-Phasen-Stroms, den die 3-Phasen/2-Phasen-Wandlereinrichtung ausgibt; und ist bei (d) eine Wellenform der q-Achsen-Komponente vqs* des 2-Phasen-Spannungsbefehls. Wie es in 3 dargestellt ist, ist die Phase der d-Achsen-Komponente vds* des 2-Phasen- Spannungsbefehls 90 Grad vor derjenigen der d-Achsen-Komponente ids des 2-Phasen-Stroms.
Die spezifische Phase Tθ1, bei welcher der Welligkeitsverstärkungsfaktor maximal ist, entspricht der Zeitgabe, zu welcher d-Achsen-Komponente ids eines 2-Phasen-Stroms maximal ist beim Erfassen von Tθ1 berechnet die Phasenumkehrzeitgabe-Erfassungseinrichtung 31 sie auf die folgende Weise unter Verwendung des Integrationsausdrucks, der bereits erfasst ist, ohne durch eine Drehrichtung beeinflusst zu werden, der d-Rchsen-Komponente vds* des 2-Phasen-Spannungsbefehls.
Während der Induktionsmotor initiiert ist, und zwar einige Millisekunden nachdem der Effekt einer Übergangsvariation abgemildert worden ist, wird durch Vergleichen eines Werts des Integrationsausdrucks der d-Achsen-Komponente vds* des von der d-Achsen-Strom-Steuereinrichtung 28 ausgegebenen 2-Phasen-Spannungsbefehls mit seinem vorherigen Wert die Phasenumkehrzeit Tθ1 als die spezifische Phase berechnet, bei welcher der Welligkeitsverstärkungsfaktor maximal ist.

(1) Die Stelle, bei welcher der vorherige Wert des Integrationsausdrucks der d-Achsen-Komponente vds* des 2-Phasen-Spannungsbefehls größer als der gegenwärtige Wert geworden ist, wird genommen, um der erste maximale Wert V1 zu sein.
(2) Dann wird die Stelle, bei welcher der vorherige Wert des Integrationsausdrucks der d-Achsen-Komponente vds* des 2-Phasen-Spannungsbefehls kleiner als der gegenwärtige Wert geworden ist, genommen, um der erste minimale Wert V2 zu sein.
(3) Nach einer Erfassung von V2 wird die Stelle, bei welcher der vorherige Wert des Integrationsausdrucks der d-Achsen- Komponente vds* des 2-Phasen-Spannungsbefehls größer als der gegenwärtige Wert geworden ist, genommen, um der zweite maximale Wert V3 zu sein.
(4) Die Zeit Tθ1, bei welcher nach einer Erfassung von V3 der Wert des Integrationsausdrucks der d-Achsen-Komponente vds* des 2-Phasen-Spannungsbefehls unter (V2 + V3)/2 geworden ist, genommen, um die spezifische Phase der Phasenumkehr zu sein.

Der Grund, warum sich die Welligkeit bei dieser Position erhöht, besteht darin, dass das Steuersystem instabiler wird, weil die plötzliche Änderung bezüglich des Integrationsausdrucks der d-Achsen-Komponente vds* des 2-Phasen-Spannungsbefehls eine große Störung zu dem Steuersystem abgibt.
Als Nächstes wird der Betrieb der Stromphasen-Befehlseinrichtung 22 zum Umkehren bei Tθ1 der Phase unter Bezugnahme auf 4 diskutiert werden. In 4 ist die Stromphasen-Befehlseinrichtung 22 gebildet aus einer d-Achsen-Strom-Befehlseinrichtung 23, einer q-Achsen-Strom-Befehlseinrichtung 24 und einer Phasenwinkel-Erzeugungseinrichtung 25, und sie gibt die folgenden Befehle aus, wenn ein Befehl von der Schaltung 9 zum Erfassen eines momentanen Stromfalls (Neustarten) eingegeben wird:

(1) t < Tθ1 ids* = Ids (fester Wert) iqs* = 0 θ = 0
(2) t > Tθ1 ids* = Ids (fester Wert) iqs* = 0 θ = 180°

31

Wie es oben diskutiert ist, wird bei dem Elektromotor-Steuersystem gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 ein Drehen der Strombefehlsphase um 180 Grad nicht zu einer festen Zeit ausgeführt, sondern bei einer spezifischen Phase, bei welcher der Verstärkungsfaktor der Welligkeitskomponente maximal ist; daher kann die Drehfrequenz F des leer laufenden Induktionsmotors mit einem hohen Maß an Genauigkeit erfasst werden.
Zusätzlich wird die spezifische Phase Tθ1, bei welcher der Verstärkungsfaktor von Welligkeitskomponenten maximal ist, durch Verwenden des Integrationsausdrucks der d-Achsen-Komponente vds* des 2-Phasen-Spannungsbefehls erfasst; daher kann die spezifische Phase Tθ1 erfasst werden, ohne durch die Drehrichtung des leer laufenden Induktionsmotors beeinflusst zu werden.
Ausführungsbeispiel 2.
In 5 ist bei (a) eine Wellenform der d-Achsen-Komponente ids des 2-Phasen-Stroms, den die 3-Phasen/2-Phasen-Wandlereinrichtung ausgibt; ist bei (b) eine Wellenform des Integrationsausdrucks der d-Achsen-Komponente vds* des 2-Phasen-Spannungsbefehls; und ist bei (c) eine Wellenform der q-Achsen-Komponente vqs* des 2-Phasen-Spannungsbefehls.
Wie es in 5(b) dargestellt ist, gelangt dann, wenn die Phase bei Tθ1 (bei der Zeitgabe, bei welcher der Integrationsausdruck von vqs* unter (V2 + V3)/2 geworden ist) um 180 Grad gedreht wird, während die Restspannung groß bleibt, die Mittenlinie der Wellenform der q-Achsen-Komponente vqs* des 2-Phasen-Spannungsbefehls außerhalb der Nullachse, wie es in 5(c) dargestellt ist, weil die Welligkeit zu groß wird.
Der Drehstatus (die Drehfrequenz F und die Drehrichtung) eines leer laufenden Induktionsmotors wird basierend auf der Frequenz fn der Welligkeit berechnet, die die d-Achsen-Komponente vds* und die q-Achsen-Komponente vqs* des 2-Phasen-Spannungsbefehls überlagert.
Wenn "iqs* = 0" als Strombefehl gegeben ist, ist die q-Achsenkomponente vqs* des 2-Phasen-Spannungsbefehls nur aus einer Wechselstromwelligkeit, deren Durchschnittswert Null ist; daher wird die Welligkeitsfrequenz fn im Allgemeinen basierend auf der q-Achsen-Komponente vqs* des 2-Phasen-Spannungsbefehls erhalten.
Aus diesem Grund kann, wie es in 5(c) dargestellt ist, wenn die Mittenlinie der Wellenform der q-Achsen-Komponente vqs* des 2-Phasen-Spannungsbefehls aus der Nullachse gelangt, die Welligkeitsfrequenz fn nicht genau berechnet werden.
Beim Ausführungsbeispiel 2 wird dann, wenn die Phase zu der Zeit Tθ1 um 180 Grad umgekehrt worden ist, während die Restspannung groß bleibt, und die Welligkeit zu groß geworden ist, die Phase zu der Zeit Tθ2 zum zweiten Mal um 180 Grad umgekehrt.
Die Operation eines Umkehrens der Phase um 180 Grad zu der Zeit Tθ2 zum zweiten Mal wird unter Bezugnahme auf 6 diskutiert werden. In 6 ist bei (a) eine Wellenform der d-Achsen-Komponente ids des 2-Phasen-Stroms, den die 3-Phasen/2-Phasen-Wandlereinrichtung ausgibt; ist bei (b) eine Wellenform des Integrationsausdrucks der d-Achsen-Komponente vds* des 2-Phasen-Spannungsbefehls; und ist bei (c) eine Wellenform der q-Achsen-Komponente vqs* des 2-Phasen-Spannungsbefehls.
Die Phasenumkehrzeitgabe-Erfassungseinrichtung 31 identifiziert die Wellenform der q-Achsen-Komponente vqs* des von der q-Achsen-Strom-Steuereinrichtung 29 ausgegebenen 2-Phasen-Spannungsbefehls; die Stromphasen-Befehlseinrichtung 22 implementiert eine Umkehrverarbeitung zu der Zeit Tθ1 (zu der Zeitgabe, zu welcher der Integrationsausdruck von vqs* unter (V2 + V3)/2 geworden ist), berechnet auf eine derartige Weise wie beim Ausführungsbeispiel 1; und dann berechnet die Phasenumkehrzeitgabe-Erfassungseinrichtung 31 unter Berücksichtigung des Falls, bei welchem, wie es in 6(b) dargestellt ist, die Welligkeit groß wird, und, wie es in 6(c) dargestellt ist, die Mittenlinie der Wellenform der q-Achsen-Komponente vqs* des 2-Phasen-Spannungsbefehls aus der Nullachse gelangt, die Zeit Tθ2 als die sekundäre spezifische Phase, bei welcher sich die Phase umkehrt.

(1) Die Werte des Integrationsausdrucks der d-Achsen-Komponente vds* des 2-Phasen-Spannungsbefehls werden zwischen einem vorherigen Wert und einem gegenwärtigen Wert verglichen; die Stelle, bei welcher der Wert des vorherigen Integrationsausdrucks der d-Achsen-Komponente vds* des 2-Phasen-Spannungsbefehls größer als der gegenwärtige Wert geworden ist, wird genommen, um der erste maximale Wert V11 der zweiten Zeiten zu sein.
(2) Danach wird die Stelle, bei welcher der Wert des vorherigen Integrationsausdrucks der d-Achsen-Komponente vds* des 2-Phasen-Spannungsbefehls kleiner als der gegenwärtige Wert geworden ist, genommen, um der erste minimale Wert V12 der zweiten Zeiten zu sein.
(3) Die Stelle, bei welcher nach einer Erfassung von V12 der vorherige Wert des Integrationsausdrucks der d-Achsen-Komponente vds* des 2-Phasen-Spannungsbefehls größer als der gegenwärtige Wert geworden ist, wird genommen, um der zweite maximale Wert V13 der zweiten Zeiten zu sein; und die Zeit Tθ2, bei welcher der Wert des Integrationsausdrucks der d-Achsen-Komponente vds* des 2-Phasen-Spannungsbefehls V13 geworden ist, wird genommen, um die sekundäre Phasenumkehrzeitgabe zu sein.

Als Nächstes führt die Stromphasen-Befehlseinrichtung 22 bei Tθ2 die sekundäre Phasenumkehr aus.
Wie es oben diskutiert ist, oszilliert bei dem Elektromotor-Steuersystem gemäß dem Ausführungsbeispiel 2 selbst dann, wenn die Restspannung groß bleibt, weil die zweite Drehung um 180 Grad auf die Zeit Tθ2 eingestellt wird, die Mittenlinie der Wellenform der q-Achsen-Komponente vqs* des 2-Phasen-Spannungsbefehls in Bezug auf die Nullachse; daher kann die Welligkeitsfrequenz fn selbst dann genau berechnet werden, wenn die Restspannung groß bleibt.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Wie es oben beschrieben ist, können die Elektromotor-Steuersysteme gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem hohen Maß an Genauigkeit den Drehstatus (die Drehfrequenz F und die Drehrichtung) eines leer laufenden Induktionsmotors erfassen; daher sind sie für Anwendungen geeignet, bei welchen ein Induktionsmotor als Last leer läuft, selbst wenn die Leistungsversorgung abgeschaltet ist.
Zusammenfassung
Bei einem Elektromotor-Steuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung erfasst bei einem erneuten Starten, nachdem der Effekt einer Übergangsvariation abgemildert worden ist, eine Phasenumkehrzeitgabe-Erfassungseinrichtung (31) den ersten maximalen Wert (V1), den ersten minimalen Wert (V2) und den zweiten maximalen Wert (V3) durch Vergleichen eines Werts des Integrationsausdrucks der d-Achsen-Komponente (vds*) des von der d-Achsen-Strom-Steuereinrichtung (28) ausgegebenen 2-Phasen-Spannungsbefehls mit seinem vorherigen Wert und gibt dann eine Zeit, zu welcher der Wert des Integrationsausdrucks der d-Achsen-Komponente (vds*) des 2-Phasen-Spannungsbefehls unter (der erste minimale Wert V2 + der zweite maximale Wert V3)/2 wird, als die erste spezifische Phase, bei welcher die Strombefehlsphase um 180 Grad gedreht wird, zu der Stromphasen-Befehlseinrichtung (22) aus.

Claims

Elektromotor-Steuersystem, das folgendes aufweist: eine 2-Phasen/3-Phasen-Wandlereinrichtung zum Umwandeln eines Ausgangsstroms von einem Inverterabschnitt, der eine Gleichleistung zu einer Wechselleistung invertiert, in wechselseitig rechtwinklige 2-Phasen-Signale, die ein d-Achsen-Stromkomponentensignal und ein q-Achsen-Stromkomponentensignal sind; eine Stromphasen-Befehlseinrichtung zum Ausgeben von wechselseitig rechtwinkligen 2-Phasen-Signalen, die das d-Achsen-Stromkomponenten-Befehlssignal und das q-Achsen-Stromkomponenten-Befehlssignal sind, und von Phasenwinkeln des d-Achsen-Stromkomponenten-Befehlssignals und des q-Achsen-Stromkomponenten-Befehlssignals beim erneuten Starten, nachdem ein momentaner Stromausfall behoben ist; eine d-Achsen-Strom-Steuereinrichtung zum Verstärken eines Differenzsignals der d-Achsen-Stromkomponente, wobei das Differenzsignal der d-Achsen-Stromkomponente die Differenz zwischen dem d-Achsen-Stromkomponenten-Befehlssignal und dem d-Achsen-Stromkomponentensignal ist, und zum Ausgeben einer d-Achsen-Komponente eines 2-Phasen-Spannungsbefehls, der einen Ausgangsstrom von dem Inverterabschnitt auf derartige Weise steuert, dass das Differenzsignal Null ist; eine q-Achsen-Strom-Steuereinrichtung zum Verstärken eines Differenzsignals der q-Achsen-Stromkomponente, wobei das Differenzsignal der q-Achsen-Stromkomponente die Differenz zwischen dem q-Achsen-Stromkomponenten-Befehlssignal und dem q-Achsen-Stromkomponentensignal ist, und zum Ausgeben einer q-Achsen-Komponente eines 2-Phasen-Spannungsbefehls, der einen Ausgangsstrom vom Inverterabschnitt auf derartige Weise steuert, dass das Differenzsignal Null ist; einen Induktionsmotor-Drehstatus-Erfassungsabschnitt zum Empfangen der d-Achsen-Komponente des von der d-Achsen-Strom-Steuereinrichtung ausgegebenen 2-Phasen-Spannungsbefehls und der q-Achsen-Komponente des von der q-Achsen-Strom-Steuereinrichtung ausgegebenen 2-Phasen-Spannungsbefehls und zum Berechnen einer Drehfrequenz und einer Drehrichtung eines leer laufenden Induktionsmotors; und eine Phasenumkehrzeitgabe-Erfassungseinrichtung zum Erfassen als eine Phasenumkehrzeitgabe einer spezifischen Phase, bei welcher ein Verstärkungsfaktor von Welligkeitskomponenten, die der d-Achsen-Komponente des von der d-Achsen-Strom-Steuereinrichtung ausgegebenen 2-Phasen-Spannungsbefehls überlagert sind, maximal ist, wobei die Stromphasen-Befehlseinrichtung die Phase eines Strombefehls gemäß der von der Phasenumkehrzeitgabe-Erfassungseinrichtung ausgegebenen spezifischen Phase um 180 Grad dreht.
Elektromotor-Steuersystem nach Anspruch 1, wobei beim erneuten Starten, nachdem ein momentaner Stromausfall behoben ist, nachdem die Stromsteuerung gestartet worden ist und der Effekt einer Übergangsvariation abgemildert worden ist, die Phasenumkehrzeitgabe-Erfassungseinrichtung einen ersten maximalen Wert, einen ersten minimalen Wert und einen zweiten maximalen Wert durch Vergleichen eines Werts des Integrationsausdrucks der d-Achsen-Komponente des von der d-Achsen-Strom-Steuereinrichtung ausgegebenen 2-Phasen-Spannungsbefehls mit seinem vorherigen Wert erfasst und dann eine Zeit, bei welcher der Wert des Integrationsausdrucks der d-Achsen-Komponente des 2-Phasen-Spannungsbefehls unter (der erste minimale Wert 1 + der zweite maximale Wert)/2 gelangt, als erste spezifische Phase, bei welcher die Strombefehlsphase um 180 Grad gedreht wird, zu der Stromphasen-Befehlseinrichtung ausgibt.
Elektromotor-Steuersystem nach Anspruch 2, wobei nach einem Ausgeben der ersten spezifischen Phase die Phasenumkehrzeitgabe-Erfassungseinrichtung einen ersten maximalen Wert, einen ersten minimalen Wert und einen zweiten maximalen Wert durch Vergleichen eines Werts des Integrationsausdrucks der d-Achsen-Komponente des von der d-Achsen-Strom-Steuereinrichtung ausgegebenen 2-Phasen-Spannungsbefehls mit seinem vorherigen Wert erfasst und dann eine Zeit, zu welcher der Wert des Integrationsausdrucks der d-Achsen-Komponente des 2-Phasen-Spannungsbefehls der zweite maximale Wert geworden ist, als zweite spezifische Phase, bei welcher die Strombefehlsphase um 180 Grad gedreht wird, zu der Stromphasen-Befehlseinrichtung ausgibt.