ES2948952T3 - Dispositivo de control de inversor y sistema de accionamiento de motor eléctrico - Google Patents
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Abstract
Este dispositivo de control del inversor según una realización genera un comando de amplitud de corriente de modo que el par de salida de un motor eléctrico se ajuste a un comando de par, comprendiendo el dispositivo de control del inversor: un circuito principal del inversor; un detector de corriente que detecta una respuesta de corriente emitida desde el circuito principal del inversor; un convertidor vectorial que convierte la respuesta de corriente en una corriente del eje d y una corriente del eje q, utilizando un ángulo de fase de rotación del motor eléctrico conectado al circuito principal inversor; una unidad de cálculo del comando de amplitud de corriente que calcula, en base al comando de par y un comando de ángulo de fase actual, el comando de amplitud de corriente para la respuesta de corriente emitida desde el circuito principal del inversor; una unidad de conversión del eje dq que calcula un comando de corriente del eje d y un comando de corriente del eje q a partir del comando de amplitud actual y el comando de ángulo de fase actual; y un controlador de corriente que calcula un comando de voltaje de modo que el comando de corriente del eje d y el comando de corriente del eje q sean iguales a la corriente del eje d y la corriente del eje q. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivo de control de inversor y sistema de accionamiento de motor eléctrico
Campo
Las realizaciones descritas en la presente se refieren en general a un dispositivo de control de inversor y un sistema de accionamiento de motor.
Antecedentes
Se han propuesto como motores síncronos con un flujo magnético bajo, por ejemplo, dispositivos de control de inversor para controlar inversores para accionar un motor de reluctancia síncrono (SynRM). Un motor de reluctancia síncrono es un motor síncrono que no utiliza un imán permanente, y en el que la diferencia entre una inductancia en la dirección del eje d (dirección en la que el flujo magnético fluye fácilmente) y una inductancia en la dirección del eje q (dirección en la que el flujo magnético fluye difícilmente) genera un par torsional de reluctancia que hace que el rotor gire.
Se han propuesto dispositivos de control de inversor que controlan un motor de reluctancia síncrono, entre otros, un método para calcular un ángulo de fase de corriente a partir de un comando de amplitud de corriente, y un método para calcular un comando de amplitud de corriente y un ángulo de fase de corriente a partir de un comando de par torsional usando una función lineal o cuadrática.
También se han propuesto controles de velocidad para generar un comando de par torsional multiplicando un comando de corriente de ejes dq por un coeficiente de acuerdo con un comando de velocidad. US 8975841 B2 se refiere a un dispositivo de control de motor.
Lista de citas
Literatura de patente
[Literatura de patente 1] Publicación KOKAI de Solicitud de Patente Japonesa Núm. 2013-223333
[Literatura de patente 2] Publicación KOKAI de Solicitud de Patente Japonesa Núm. 2002-360000
[Literatura de patente 3] Publicación KOKAI de Solicitud de Patente Japonesa Núm. 2010-81743
Breve descripción
Sin embargo, en los inversores mencionados anteriormente configurados para accionar un motor síncrono que tiene un flujo magnético bajo, el uso de un método que adopta una expresión aritmética o un mapa dificulta el cálculo preciso de un comando de amplitud de corriente de acuerdo con el comando de par torsional, por lo que la salida de par torsional del motor puede, en algunos casos, no estar de acuerdo con el comando de par torsional.
Las realizaciones de la presente invención dan consideración a las circunstancias anteriores, y un objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo de control de inversor y un sistema de accionamiento de motor configurado para generar un comando de amplitud de corriente mediante el cual se establece el par torsional de salida del motor de acuerdo con el comando de par torsional. La invención se define por las reivindicaciones anexas.
Un dispositivo de control de inversor de acuerdo con una realización comprende un circuito principal de inversor; un detector de corriente para detectar una salida de respuesta de corriente desde el circuito principal de inversor; un convertidor vectorial para convertir la respuesta de corriente en una corriente de eje d y una corriente de eje q al usar un ángulo de fase rotacional de un motor conectado al circuito principal de inversor; una calculadora de comando de amplitud de corriente para calcular, con base en un comando de par torsional y un comando de ángulo de fase de corriente, un comando de amplitud de corriente de la salida de respuesta de corriente desde el circuito principal de inversor; un convertidor de ejes dq para calcular un comando de corriente de eje d y un comando de corriente de eje q del comando de amplitud de corriente y el comando de ángulo de fase de corriente; y un controlador de corriente para calcular un comando de voltaje de modo que el comando de corriente de eje d y el comando de corriente de eje q sean iguales a la corriente de eje d y la corriente de eje q.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es un diagrama de bloques que muestra de forma esquemática un ejemplo de configuración de un dispositivo de control de inversor y un sistema de accionamiento de motor de una primera realización.
La figura 2 es un diagrama de bloques que muestra esquemáticamente un ejemplo de configuración de un generador de comando de corriente del dispositivo de control de inversor y el sistema de accionamiento de motor mostrado en la figura 1.
La figura 3 es un diagrama de bloques que muestra esquemáticamente un ejemplo de configuración de un dispositivo de control de inversor y un sistema de accionamiento de motor de acuerdo con una segunda realización.
La figura 4 es un diagrama de bloques que muestra esquemáticamente un ejemplo de configuración de un controlador de flujo magnético débil mostrado en la figura 3.
La figura 5 es un diagrama de bloques que muestra esquemáticamente un ejemplo de configuración de un generador de comando de corriente mostrado en la figura 3.
La figura 6 es un diagrama que muestra un ejemplo de una curva de voltaje constante y una curva de par torsional constante cuando el voltaje de salida del motor está limitado.
Descripción detallada
En lo sucesivo, el dispositivo de control de inversor y el sistema de accionamiento de motor de la primera realización se describirán con referencia a las figuras.
La figura 1 es el diagrama de bloques que muestra esquemáticamente el ejemplo de configuración del dispositivo de control de inversor y el sistema de accionamiento de motor de la primera realización.
El sistema de accionamiento de motor de la realización comprende un motor 2 y el dispositivo de control de inversor. El dispositivo de control de inversor comprende un inversor 1, un detector de corriente 3, un detector de ángulo de fase rotacional 4, un modulador PWM 22, convertidores de coordenadas 23 y 24, un controlador de corriente 25, una calculadora de velocidad rotacional 26, un controlador de velocidad 27 y un generador de comando de corriente 29.
El inversor 1 comprende un circuito principal de inversor (no mostrado) y una fuente de alimentación de corriente continua. El inversor 1 es un inversor alterno trifásico que es capaz de una conversión recíproca de corriente alterna/corriente continua al provocarse, por una salida de comando de compuerta desde el dispositivo de control de inversor y la entrada al inversor 1, para conmutar una pluralidad de elementos de conmutación integrados en el circuito principal de inversor. La salida de corriente alterna del inversor 1 se suministra al motor 2.
El inversor 1 comprende además un detector de voltaje (no mostrado) configurado para detectar un voltaje V de un enlace de corriente continua que conecta el circuito principal del inversor a la fuente de alimentación de corriente continua. El valor del voltaje V detectado por el detector de voltaje se suministra al modulador PWM 22.
El motor 2 es un motor síncrono que tiene un pequeño flujo magnético y que se acciona por una corriente alterna suministrada desde el inversor 1, tal como, por ejemplo, un motor de reluctancia síncrono (SynRM). El motor 2 se configura para generar un par torsional causado por interacciones magnéticas con el rotor debido a un campo magnético que se genera por una corriente alterna trifásica que fluye a través de cada una de varias fases de excitación.
El detector de corriente 3 detecta los valores de corriente de al menos dos de las corrientes alternas trifásicas iu, iv, iw que fluyen entre el inversor 1 y el motor 2.
El detector de ángulo de fase rotacional 4 es, por ejemplo, un resolutor y se configura para detectar un ángulo de fase rotacional 0 del motor 2. Se observa que cualquier configuración para el detector de ángulo de fase rotacional 4 es viable en la que el valor de ángulo de fase rotacional estimado se calcula, por ejemplo, sin el uso de ningún sensor, a partir de un valor de corriente detectado, detectado por el detector de corriente 3 o un valor de voltaje detectado obtenido al detectar la salida de voltaje del inversor 1. En este caso, el valor estimado del ángulo de fase rotacional se puede emitir como el ángulo de fase rotacional 0.
El convertidor de coordenadas 23 es un convertidor vectorial configurado para convertir respuestas de corriente iu, iw de un marco de referencia fijo trifásico en respuestas de corriente id, iq de un marco de referencia giratorio dq al usar el ángulo de fase rotacional 0 suministrado desde el detector de ángulo de fase rotacional 4. Se señala que el eje d es la dirección en la que la resistencia magnética del rotor es la máxima (la inductancia es el mínimo), y que el eje q es la dirección en la que la magnetorresistencia del rotor avanzado 90 grados en ángulo eléctrico desde el eje d es la mínima (la inductancia es la máxima).
La calculadora de velocidad rotacional 26 se configura para recibir el ángulo de fase rotacional 0 desde el detector de ángulo de fase rotacional 4, calcular la velocidad rotacional w, por ejemplo, realizando la diferenciación temporal al ángulo de fase rotacional 0, y luego emitir el resultado.
El controlador de velocidad 27 es, por ejemplo, un controlador PI, configurado para calcular un comando de par torsional T* de modo que un comando de velocidad rotacional w* suministrado desde el exterior y una velocidad rotacional w suministrada desde la calculadora de velocidad rotacional 26 sean iguales, y luego emitir el resultado.
El generador de comando de corriente 29 se configura para calcular un comando de corriente de eje d id* y un comando de corriente de eje q iq*, con base en la velocidad rotacional w suministrada desde la calculadora de velocidad rotacional 26, la corriente de eje q iq suministrada desde el convertidor de coordenadas 23, y el comando de par torsional T* suministrado desde el controlador de velocidad 27, y entonces emitir el resultado. La configuración del generador de comando de corriente 29 se describirá en mayor detalle más adelante.
El controlador de corriente 25 es, por ejemplo, un controlador PI, configurado para comparar las respuestas de corriente id, iq versus los comandos de corriente id*, iq*, calcular el comando de voltaje de eje d vd* y el comando de voltaje de eje q vq* de modo que las respuestas de corriente id, iq y los comandos de corriente id*, iq* sean los mismos, y luego emitir el resultado.
El convertidor de coordenadas 24 es un convertidor vectorial configurado para convertir, al usar el ángulo de fase rotacional, los comandos de voltaje vd*, vq* de un marco de referencia rotacional dq en comandos de voltaje vu*, vv*, vw* de un marco de referencia fijo trifásico.
El modulador PWM 22 se configura para modular, usando PWM triangular de acuerdo con el voltaje V suministrado desde el inversor 1, los comandos de voltaje (comandos de velocidad de modulación) vu*, vv *, vw* para accionar el motor 2, y emitir, al inversor 1, una señal de compuerta para conmutar los elementos de conmutación de cada fase dentro del circuito principal del inversor 1.
La figura 2 es el diagrama de bloques que muestra el ejemplo de configuración del generador de comando de corriente del dispositivo de control de inversor y el sistema de accionamiento de motor mostrado en la figura 1.
El generador de comando de corriente 29 comprende una calculadora de comandos de amplitud de corriente 32, una calculadora de ángulo de fase de corriente 33 (primera calculadora de comandos de ángulo de fase de corriente), un convertidor de signo 34 y un convertidor de ejes dq 35.
La calculadora de comando de amplitud de corriente 32 se configura para calcular un comando de amplitud de corriente I* a partir de las inductancias Ld y Lq, un comando de par torsional T2* después de la limitación de par torsional y un comando de ángulo de fase de corriente p* Las inductancias Ld, Lq son, por ejemplo, constantes registradas en una memoria (no mostrada). Se señala que con respecto a la inductancia de eje q Lq que la calculadora de comando de amplitud de corriente 32 puede calcular un valor de la inductancia de eje q Lq usando una tabla que almacena un valor de la inductancia de eje q Lq que corresponde a la corriente de eje q iq. Cuando el motor 2 es el motor de reluctancia síncrono, el comando de amplitud de corriente I* se puede obtener a partir del ángulo de fase de corriente p* y el comando de par torsional T* mediante el uso de la siguiente fórmula (1).
El comando de par torsional T* se puede obtener a partir de la siguiente ecuación.
[Matemática 1]
Modificando la ecuación usando el ángulo de fase de corriente p*, se obtiene la siguiente ecuación.
[Matemática 2]
Esta ecuación se puede modificar adicionalmente como sigue.
[Matemática 3]
Al resolver la ecuación para el comando de amplitud de corriente I*, se obtiene la siguiente Fórmula (1).
[Matemática 4]
La calculadora de ángulo de fase de corriente 33 se configura para calcular, a partir de una amplitud de corriente, un ángulo de fase de corriente p0 en el que una pérdida de cobre es mínima, y luego emitir el resultado. La calculadora de ángulo de fase de corriente 33 puede calcular el ángulo de fase de corriente p0 mediante una fórmula aproximada que
expresa la relación entre el comando de amplitud de corriente I* y el ángulo de fase de corriente p0 o puede incluir un mapa que almacena un valor del ángulo de fase de corriente p0 para el comando de amplitud de corriente I*. El presente caso menciona el mínimo de pérdida de cobre, pero la pérdida mínima o el factor de potencia máximo son igual de viables.
El convertidor de signo 34 se configura para determinar si el comando de par torsional T* es igual o mayor que cero, o negativo. Si el comando de par torsional T* es igual o mayor que cero, el convertidor de signo 34 hace que el signo del ángulo de fase de corriente p0 sea positivo y emite el resultado como el comando de ángulo de fase de corriente p* Si el comando de par torsional T* es negativo, el convertidor de signo 34 hace que el signo del ángulo de fase de corriente p0 sea negativo y emite el resultado como el comando de ángulo de fase de corriente (primer comando de ángulo de fase de corriente) p*
Se señala que en la presente realización, la calculadora de ángulo de fase de corriente 33 y el convertidor de signo 34 son calculadoras de comando de ángulo de fase de corriente configuradas para calcular, con base en el comando de amplitud de corriente I*, el comando de ángulo de fase de corriente p* de la salida de respuesta de corriente del circuito principal de inversor.
El convertidor de ejes dq 35 calcula los comandos de corriente id*, iq*, a partir del comando de amplitud de corriente I* y el comando de ángulo de fase de corriente p*, de acuerdo con las siguientes fórmulas (3), (4). Los comandos de corriente id*, iq* se suministran al controlador de corriente 25 descrito anteriormente.
[Matemática 5]
Se señala que en la Fórmula (3), (4) anterior, el comando de amplitud de corriente I* es el valor presente (N) y el ángulo de fase de corriente p* es el valor anterior (N-1). Sin embargo, la presente realización no se limita a la misma, lo que significa que la calculadora de comando de amplitud de corriente 32 puede calcular uno de: el comando de amplitud de corriente I* y el ángulo de fase de corriente p* como el valor actual (N), y el otro como el valor anterior (N-1). Como ejemplo, el valor actual (N) del ángulo de fase de corriente p* se puede calcular mediante el uso del valor anterior (N-1) del comando de amplitud de corriente I*, y los comandos de corriente id*, iq* se pueden calcular mediante las fórmulas anteriores (3), (4) utilizando el valor anterior (N-1) del comando de amplitud de corriente I* y el valor actual (N) del ángulo de fase de corriente p*.
Sin embargo, los comandos de corriente id*, iq* se pueden calcular con mayor precisión comparando las cantidades de cambio en el comando de amplitud de corriente I* y el ángulo de fase de corriente p* durante un período predeterminado, y posteriormente utilizando, para el que tenga la mayor cantidad de cambio, el valor presente (N), y utilizando, para el que tenga la menor cantidad de cambio, el valor anterior (N-1).
En el dispositivo de control de inversor y el sistema de accionamiento de motor de la presente realización, calculando el comando de amplitud de corriente I* usando las Fórmulas (3), (4) anteriores se puede generar un valor de comando de corriente que está de acuerdo con el comando de par torsional.
Sin embargo, a veces, un par torsional de salida de acuerdo con el comando de par torsional no se logra, ya que el par torsional cambia de acuerdo con el cambio en el ángulo de fase actual cuando el comando de ángulo de fase de corriente cambia de acuerdo con la condición operativa, por ejemplo, cuando el comando de ángulo de fase de corriente se calcula a partir del comando de amplitud actual. Como ejemplo, durante el control de velocidad, es difícil igualar el comando de par torsional y el par torsional de salida real, ya que el control para cambiar el ángulo de fase actual interfiere con el control de velocidad.
Dado que, en la presente realización, el comando de amplitud de corriente I* se calcula como se describió anteriormente, los comandos de corriente id*, iq* se pueden calcular de manera única, incluso si el ángulo de fase de corriente p cambia debido al control de minimización de pérdida de cobre. En otras palabras, si los parámetros del motor son ajustables correctamente, la calculadora de comando de amplitud de corriente 32 puede emitir, independientemente del ángulo de fase de corriente p, una amplitud de corriente I* de acuerdo con el comando de par torsional T2*. Por lo tanto, el generador de comando de corriente 29 puede calcular los comandos de corriente id*, iq* de acuerdo con el comando de par torsional T2* y logra un par de salida de acuerdo con el comando T2* incluso si el ángulo de fase de corriente p0 se convierte en el mínimo de pérdida de cobre debido a la calculadora de ángulo de fase de corriente 33.
Además, cuando se usa el control de velocidad, es posible emitir, en la calculadora de comando de amplitud de corriente 32, un par torsional que está de acuerdo con el comando de par torsional T2* al usar el comando de ángulo de fase de corriente p* Por lo tanto, es posible evitar interferencias entre el control de velocidad y el control para cambiar el ángulo
de fase de corriente p* al ángulo de fase de corriente p0 mediante la calculadora de ángulo de fase de corriente 33, y por lo tanto es posible evitar vibraciones y divergencias en el sistema de control.
En otras palabras, de acuerdo con el dispositivo de control de inversor y el sistema de accionamiento de motor de la presente realización, el comando de amplitud de corriente se puede generar de modo que el par torsional de salida del motor esté de acuerdo con el comando de par torsional.
Después, el dispositivo de control de inversor y el sistema de accionamiento de motor de la segunda realización se describirán con referencia a las figuras. Se observa que configuraciones similares en lo sucesivo portan los mismos símbolos de referencia que aquellos en la primera realización descrita anteriormente, y que se omitirá una descripción detallada de los mismos.
La figura 3 es el diagrama de bloques que muestra esquemáticamente el ejemplo de configuración del dispositivo de control de inversor y el sistema de accionamiento de motor de la segunda realización.
El dispositivo de control de inversor de la presente realización comprende además un controlador de flujo magnético débil (segunda calculadora de comando de ángulo de fase de corriente) 28.
El controlador de flujo magnético débil 28 se configura para calcular un ángulo de fase de corriente de flujo magnético débil pFW de modo que el comando de voltaje no exceda un valor de voltaje de salida máximo (= valor de límite de voltaje Vlim), y luego emitir el resultado. El controlador de flujo magnético débil 28 se configura además para calcular un comando de ángulo de fase de corriente débil (segundo comando de ángulo de fase de corriente) pFW a partir de los comandos de voltaje vd*, vq* emitidos desde el controlador de corriente 25.
Se señala que en la presente realización, la calculadora de ángulo de fase de corriente 33 es la primera calculadora de comando de ángulo de fase de corriente para calcular el primer comando de ángulo de fase de corriente p0 con base en el comando de amplitud de corriente I*.
La figura 4 es el diagrama de bloques que muestra esquemáticamente el ejemplo de configuración del controlador de flujo magnético débil mostrado en la figura 3.
El controlador de flujo magnético débil 28 comprende una calculador de comando de amplitud de voltaje 41, un restador 42, un divisor 43, un controlador PI 44 y un controlador de límite 45.
La calculadora de comando de amplitud de voltaje 41 se configura para calcular los comandos de voltaje vd*, vq* y un comando de amplitud de voltaje V* usando la siguiente Fórmula (5).
[Matemática 6]
El restador 42 se configura para calcular una desviación de voltaje AV (= V* - Vlim) restando el valor de límite de voltaje Vlim del comando de amplitud de voltaje V* emitido desde la calculadora de comando de amplitud de voltaje 41.
El divisor 43 se configura para calcular una entrada U (= AV / Vlim = (V* - Vlim)Nlim) del controlador PI 44 dividiendo la desviación de voltaje AV por el valor de límite de voltaje Vlim, y luego emitir el resultado.
Se señala que el valor de límite de voltaje Vlim se calcula en una calculadora de valor de límite de voltaje 46 mediante, por ejemplo, la siguiente Fórmula (6) usando el voltaje de corriente continua V suministrado desde el inversor 1, y se usa para cálculos por el restador 42 y el divisor 43.
[Matemática 7]
En este caso, V es el voltaje de enlace de corriente continua (voltaje de corriente continua) V entre el circuito principal de inversor y la fuente de alimentación de corriente continua, y a es el factor de modulación. a es un valor preestablecido que se registra, por ejemplo, en una memoria (no mostrada), y generalmente se establece en aproximadamente 1 a 1.05.
Aunque, aquí, el cálculo se realiza usando el voltaje de corriente continua de inversor V, el valor preestablecido se puede
utilizar sin usar el voltaje de corriente continua V.
El controlador PI 44 se configura para calcular una salida Y de acuerdo con la proporcional P y la integral I de modo que la entrada U suministrada desde el divisor 43 sea cero, y luego emitir el resultado.
El controlador de límite 45 determina si una entrada Y suministrada desde el controlador PI 44 es igual, mayor o menor que cero. Cuando la entrada Y es menor que cero, el controlador de límite 45 emite el ángulo de fase de corriente de flujo magnético débil pFW como cero. Cuando la entrada Y es igual o mayor que cero, el controlador de límite 45 emite el ángulo de fase de corriente de flujo magnético débil pFW como un valor que es igual a la entrada Y.
Cuando el ángulo de fase de corriente de flujo magnético débil pFW se limita a cero, el controlador de límite 45 establece la integral (I = Lim - P) de modo que la integral I y la proporcional P del controlador PI 44 sean iguales (anti-windup).
La figura 5 es el diagrama de bloques que muestra esquemáticamente el ejemplo de configuración del generador de comando de corriente mostrado en la figura 3.
El generador de comando de corriente 29 en el dispositivo de control de inversor de acuerdo con la presente realización comprende además una calculadora de límite de par 30, un limitador de par torsional 31 y un sumador 36. El voltaje V suministrado desde el inversor 1 se suma como una entrada. La calculadora de límite de par torsional 30 se configura para calcular un límite de par torsional (valor de comando de par torsional máximo) Tlim a partir de la velocidad de rotación w del motor 2, el voltaje de enlace de corriente continua (voltaje de corriente continua) V entre el circuito principal de inversor y la fuente de alimentación de corriente continua, y un voltaje de eje q iq, y luego emitir el resultado.
La figura 6 es el diagrama que muestra el ejemplo de la curva de voltaje constante y la curva de par torsional constante cuando el voltaje de salida del motor está limitado.
Cuando el voltaje de salida del motor 2 está limitado, el inversor 1 opera, por ejemplo, en un punto A entre las intersecciones A y B de una curva de voltaje constante 62 y una curva de par torsional constante 63 mostradas en la figura 3. A partir de aquí, cuando incrementa la velocidad rotacional, la corriente del eje d y la corriente del eje q de la curva de voltaje constante 62' se vuelven más pequeñas que las de la curva de voltaje constante 62. En este punto, la curva de voltaje constante 62' y la curva de par torsional constante 63 se intersecan en una intersección A' y B', y las regiones rodeadas por la curva de voltaje constante 62' y la curva de par torsional constante 63 se vuelven estrechas. Cuando la velocidad rotacional incrementa adicionalmente, la curva de voltaje constante 62' y la curva de par torsional constante 63 ya no se intersecan. En otras palabras, cuando el voltaje de salida del motor 2 está limitado, los comandos de corriente id*, iq* para lograr una cierta velocidad de rotación no existen.
Además, si el comando de par torsional T* se hace mayor que la curva de par torsional constante 63, la corriente de eje d y la corriente de eje q de la curva de par torsional constante 63' se hacen mayores que las de la curva de par torsional constante 63. En este punto, la curva de par torsional constante 63' y la curva de voltaje constante 62 se intersecan en una intersección A" y B", y se estrecha la región rodeada por la curva de tensión constante 62 y la curva de par torsional constante 63'. Cuando el comando de par torsional T* incrementa adicionalmente, la curva de par torsional constante 63' y la curva de voltaje constante 62 ya no se intersecan. En otras palabras, cuando el voltaje de salida del motor 2 está limitado, los comandos de corriente id*, iq* que satisfacen el comando de par torsional solicitado T* no inexistentes.
Por lo tanto, en la presente realización, la calculadora de límite de par torsional 30 se configura para calcular un límite de par torsional Tlim de modo que el ángulo de fase de corriente p no esté en o no exceda un límite de ángulo de fase de corriente (valor máximo de ángulo de fase de corriente) plim y evitar la situación en la que los comandos de corriente id*, iq* son inexistentes. Específicamente, la calculadora de límite de par torsional 30 realiza la limitación de par torsional usando la siguiente fórmula (1).
Ignorando el componente de resistencia en el intervalo de alta velocidad, el voltaje de salida se expresa mediante la siguiente fórmula.
[Matemática 8]
Por otro lado, el par torsional se expresa mediante la siguiente fórmula.
[Matemática 9]
Resolviendo el par torsional de estos, se obtiene la siguiente fórmula.
[Matemática 10]
Cuando el ángulo de fase de corriente p en esta fórmula es el límite de ángulo de fase de corriente plim y el voltaje de salida V es el valor límite de voltaje Vlim, se obtiene la siguiente fórmula (7).
[Matemática 11]
Aquí, p es el número de pares de polos del motor 2, Ld es la inductancia de eje d, Lq es la inductancia de eje q, Vlim es el valor límite de voltaje de salida del inversor 1, y w es la velocidad de rotación del motor 2.
Se señala que la calculadora de límite de par torsional 30 puede calcular el valor de la inductancia de eje q Lq usada para el cálculo de la siguiente fórmula (1) al usar, por ejemplo, una tabla que almacena un valor de la inductancia de eje q Lq de acuerdo con la corriente de eje q iq. Además, Vlim se puede calcular mediante la Fórmula (A), o se puede usar el valor calculado por el controlador de flujo magnético débil 28. Además, el valor del límite de ángulo de fase de corriente plim se registra por adelantado en una memoria (no se muestra) y se utiliza en el cálculo por la calculadora de límite de par torsional 30.
El limitador de par torsional 31 se configura para recibir el límite de par torsional Tlim de la calculadora de límite de par torsional 30 y suprimir el comando de par torsional T* de modo que no exceda el límite de par torsional Tlim. En otras palabras, el limitador de par torsional 31 compara el par torsional de entrada T* con el límite de par torsional Tlim, y si el comando de par torsional T* es mayor que el límite de par torsional Tlim, el limitador de par torsional 31 emite el comando de par torsional T2* como un valor igual al límite de par torsional Tlim. Si el comando de par torsional T* está en o por debajo del límite de par torsional Tlim, el limitador de par torsional 31 emite el comando de par torsional T2* como el comando de par torsional T* como un valor igual al comando de par torsional T*.
El sumador 36 se dispone en una etapa posterior a la calculadora de ángulo de fase de corriente 33 y en una etapa anterior al convertidor de signo 34, y se configura para añadir el ángulo de fase de corriente p0 en el que la pérdida de cobre es mínima al ángulo de fase de corriente de flujo magnético débil pFW emitido desde el controlador de flujo magnético débil 28, y luego emitir el resultado.
El dispositivo de control de inversor y el sistema de accionamiento de motor de la presente realización son, excepto por la configuración mencionada anteriormente, los mismos que los de la primera realización descrita anteriormente y los efectos logrados en la presente realización son los mismos que los logrados en la primera realización descrita anteriormente.
Además, la calculadora de comando de amplitud de corriente 32 puede emitir la amplitud de corriente I* de acuerdo con el comando de par torsional T2* independientemente del ángulo de fase de corriente p* Por lo tanto, puede emitir el par torsional de acuerdo con el comando de par torsional T2*, incluso si el ángulo de fase de corriente p se cambia por el ángulo de fase de corriente de flujo magnético débil pFW emitido desde el controlador de flujo magnético débil 28.
Además, cuando se usa el control de velocidad, dado que el par torsional de acuerdo con el comando de par torsional T2* se puede emitir por la calculadora de ángulo de fase de corriente 32 por el ángulo de fase de corriente p*, el control para cambiar el ángulo de fase de corriente p* por el controlador de flujo magnético débil 28 interfiere con el control de velocidad, mediante el cual se puede evitar la vibración y divergencia del sistema de control.
Como se describió anteriormente, de acuerdo con la presente realización, es posible proporcionar un dispositivo de control de inversor y un sistema de accionamiento de motor que evite la interferencia entre el control de velocidad y el control para cambiar el ángulo de fase de corriente, tal como un control para minimizar la pérdida de cobre, un control para maximizar la eficiencia o un control para un flujo magnético débil.
Se señala que, incluso si p0 es un valor constante en lugar de un valor cambiado por la calculadora de ángulo de fase de corriente 33 de acuerdo con la corriente, es posible en la segunda realización evitar la interferencia entre el control de
velocidad y el control para cambiar el ángulo de fase de corriente del flujo magnético débil.
Además, como se describió anteriormente, al limitar el par torsional en el limitador de par torsional 31 de manera que el ángulo de fase de corriente no esté en o no exceda plim, y por lo tanto por la ausencia de un comando de corriente que satisfaga el comando de par torsional solicitado para una cierta velocidad o limitación de voltaje de corriente continua, es posible suprimir una divergencia del control. Cuando se añade una limitación al ángulo de fase de corriente, el sistema de control de flujo magnético débil no opera correctamente, dando como resultado un sobrevoltaje, mientras que, añadiendo una limitación al ángulo de fase de corriente de acuerdo con la limitación de par torsional, la velocidad se puede disminuir y se puede evitar el estancamiento, de manera similar a una operación de prevención de estancamiento general.
En otras palabras, de acuerdo con el dispositivo de control de inversor y el sistema de accionamiento de motor de la presente realización, el comando de amplitud de corriente se puede generar de modo que el par torsional de salida del motor esté de acuerdo con el comando de par torsional.
Por ejemplo, en la primera y segunda realizaciones descritas anteriormente, la calculadora de ángulo de fase de corriente 33 se configura para calcular, a partir de la amplitud de corriente, el ángulo de fase de corriente p0 en el que la pérdida de cobre es la mínima, pero la presente invención no se limita a esto. La calculadora de ángulo de fase de corriente 33 también se puede configurar para calcular, en lugar del ángulo de fase de corriente p0 en el que la pérdida de cobre es el mínimo, el ángulo de fase de corriente p0 en el que la pérdida total, es decir, la pérdida obtenida al añadir pérdida de hierro a la pérdida de cobre, es la mínimo, y luego producir el resultado. También en este caso, se pueden lograr efectos similares a los logrados en las primera y segunda realizaciones descritas anteriormente.
Además, aunque en la primera y segunda realización descritas anteriormente, como el motor 2, se adopta el motor de reluctancia síncrona, la invención no se limita a esto. Efectos similares a los logrados en la primera y segunda realización descritas anteriormente se pueden lograr adoptando, como el motor 2, un motor síncrono de imán permanente que tiene un pequeño flujo magnético.
En la primera y segunda realización anteriores, el dispositivo de control de inversor se puede configurar a partir de hardware o software, o combinando hardware y software. Por ejemplo, el dispositivo de control de inversor puede comprender uno o una pluralidad de procesadores y una memoria, y los cálculos que se van a ejecutar en cada una de las configuraciones se pueden realizar mediante software. En cualquiera de los casos, se pueden lograr los mismos efectos que en la primera y segunda realización anteriores.
Claims (7)
1. Un dispositivo de control de inversor, que comprende:
un circuito principal de inversor;
un detector de corriente (3) para detectar una salida de respuesta de corriente desde el circuito principal de inversor; un convertidor vectorial (23) para convertir un valor de la respuesta de corriente en una corriente de eje d y una corriente de eje q al usar un ángulo de fase rotacional de un motor conectado al circuito principal de inversor;
una calculadora de comando de amplitud de corriente (32) para calcular, con base en un comando de par torsional y un comando de ángulo de fase de corriente (p*), un comando de amplitud de corriente de la salida de respuesta de corriente del circuito principal de inversor;
un convertidor de ejes dq (35) para calcular un comando de corriente de eje d y un comando de corriente de eje q a partir del comando de amplitud de corriente y el comando de ángulo de fase de corriente;
un controlador de corriente (25) para calcular un comando de voltaje de modo que el comando de corriente de eje d y el comando de corriente de eje q sean iguales a la corriente de eje d y la corriente de eje q; caracterizado porque una calculadora de comando de ángulo de fase de corriente (33, 34) para calcular, con base en el comando de amplitud de corriente, el comando de ángulo de fase de corriente (p*) de la salida de respuesta de corriente del circuito principal de inversor.
2. El dispositivo de control de inversor de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además un controlador de velocidad para calcular una orden de par torsional del motor de modo que una velocidad de rotación del motor sea igual a un comando de velocidad de rotación suministrado desde el exterior.
3. El dispositivo de control de inversor de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, que comprende además una calculadora de valor de comando de ángulo de fase de corriente para calcular el comando de ángulo de fase de corriente (p*) de modo que el comando de voltaje no exceda un valor de voltaje de salida máximo.
4. El dispositivo de control de inversor de acuerdo con la reivindicación 1, donde la calculadora de comando de ángulo de fase de corriente comprende:
una primera calculadora de comando de ángulo de fase de corriente (33) para calcular un primer comando de ángulo de fase de corriente (p0) a partir del comando de amplitud de corriente;
una segunda calculadora de comando de ángulo de fase de corriente (28) para calcular un segundo comando de ángulo de fase de corriente (Pfw) de modo que el comando de voltaje no exceda un valor de voltaje de salida objetivo; y un sumador (36) para calcular el comando de ángulo de fase de corriente sumando el primer comando de ángulo de fase de corriente (p0) y el segundo comando de ángulo de fase de corriente (Pfw).
5. El dispositivo de control de inversor de acuerdo con la reivindicación 1 o 3, que comprende además:
una calculadora de límite de par torsional para calcular un valor de comando de par torsional máximo que no excede un valor máximo de ángulo de fase de corriente; y
un limitador de par torsional para limitar de modo que el comando de par torsional no exceda el valor de comando de par torsional
6. Un sistema de accionamiento de motor, que comprende:
el dispositivo de control de inversor de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5; y
el motor conectado al circuito principal de inversor.
7. El sistema de accionamiento de motor de acuerdo con la reivindicación 6, donde el motor es un motor de reluctancia síncrono.
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