MX2013001122A

MX2013001122A - Aparato de control para maquina giratoria de ca.

Info

Publication number: MX2013001122A
Application number: MX2013001122A
Authority: MX
Inventors: Keita Hatanaka; Hisanori Yamasaki; Hidetoshi Kitanaka; Sho Kato; Yoshinori Yamashita
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-07-28
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2013-03-12
Also published as: EP2600519A4; ES2729375T3; EP2600519A1; CA2806515C; EP2600519B1; JPWO2012014526A1; CN103026615B; JP5190156B2; CN103026615A; CA2806515A1; WO2012014526A1; US8836253B2; US20130113398A1; BR112013001389A2

Abstract

Se describe un aparato de control para una máquina giratoria de CA que incluye: una sección de detección de corriente (4) que detecta la corriente desde un convertidor de energía (2) a la máquina giratoria de CA (3); y una sección de control (1) que genera una instrucción de voltaje de CA trifásico al convertidor de energía (2), con base en la corriente detectada con la sección de detección de corriente (4) y con base en una instrucción de esfuerzo de torsión. La sección de control (1) tiene: un observador (50) que calcula un valor calculado de flujo magnético de la máquina giratoria de CA (3), con base en la corriente detectada y en la instrucción de voltaje; una unidad de cálculo de instrucción de corriente (10) que calcula los valores de instrucción de corriente en los dos ejes giratorios, con base en la instrucción de esfuerzo de torsión y en el valor calculado de flujo magnético del observador (50); y una unidad de cálculo de instrucción de voltaje (20) que calcula la instrucción de voltaje, con base en los valores de instrucción de corriente de la unidad de cálculo de instrucción de corriente (10) y con base en el valor calculado de flujo magnético del observador (50).

Description

APARATO DE CONTROL PARA MÁQUINA GIRATORIA DE CA Campo de la Invención La presente invención se relaciona con un aparato de control que controla el esfuerzo de torsión de una máquina giratoria de CA con base en una instrucción de esfuerzo de torsión .

Antecedentes de la Invención Se usa generalmente un aparato de control que convierte el voltaje de CC al voltaje de CA con un convertidor de energía y realiza el control de impulsión para una máquina giratoria de CA. Generalmente, para impulsar la máquina giratoria de CA con eficacia alta, tal aparato de control para una máquina giratoria de CA controla el esfuerzo de torsión al controlar la corriente de la máquina giratoria de CA de acuerdo con el control de PWM (modulación de anchura de pulso) de onda sinusoidal con base en el control de vector.

Por otra parte, en el caso donde la máquina giratoria de CA se impulsa con una frecuencia relativamente alta, es necesario maximizar el voltaje de impulsión de motor eléctrico con base en el voltaje de CC, y se emplea un método de impulsión que usa un voltaje de onda cuadrada que tiene un valor máximo constante. En la impulsión de onda cuadrada, el valor máximo de la forma de onda de voltaje con base en el control de conmutación es constante, y el esfuerzo de torsión causado por el motor eléctrico se puede operar al operar la fase de la forma de onda de voltaje. Por ejemplo, en el caso de un motor eléctrico síncrono de imán permanente, el esfuerzo de torsión se puede operar al operar la fase de la forma de onda de voltaje con relación a la posición de rotor.

Sin embargo, el esfuerzo de torsión causado por la máquina giratoria de CA varía junto con la variación en los parámetros de la máquina giratoria de CA (por ejemplo, en el caso de un motor eléctrico síncrono de imán permanente, los parámetros son el flujo magnético de imán permanente, inductancia, y la resistencia de núcleo). Por ejemplo, si la inductancia se reduce por la saturación magnética debido a la aplicación de la corriente a la máquina giratoria de CA o si ocurre la desmagnetización debido al aumento en la temperatura de imán por la generación de calor, se reduce el esfuerzo de torsión de salida de la máquina giratoria de CA.

Para superar el problema anterior, se describe el siguiente aparato de control para una máquina giratoria de CA. Es decir, el aparato de control para una máquina giratoria de CA realiza el control de esfuerzo de torsión para la máquina giratoria de CA en una región amplia de velocidad de giro a partir de cero a una velocidad alta mientras cambia apropiadamente los métodos de impulsión del convertidor de energía (método de control de PWM de onda sinusoidal o método de impulsión de onda cuadrada) descritos anteriormente de acuerdo con la condición de operación de la máquina giratoria de CA (comúnmente, el voltaje inducido, el esfuerzo de torsión, y la velocidad de giro de la máquina giratoria de CA), y realiza el control de retroalimentación al calcular el esfuerzo de torsión de salida de la máquina giratoria de CA para suprimir la variación de esfuerzo de torsión (por ejemplo, ver el Documento de Patente 1 mostrado a continuación).

De acuerdo con el Documento de Patente 1, el método de control para la conversión de voltaje en el convertidor de energía se ajusta selectivamente de acuerdo con la condición de operación de la máquina giratoria de CA. Es decir, si los medios de selección de método de control seleccionan un primer método de control para aplicar el voltaje de onda cuadrada a la máquina giratoria de CA, el control de esfuerzo de torsión se realiza con el control de retroalimentación que ajusta la fase del voltaje de onda cuadrada de acuerdo con la desviación de esfuerzo de torsión a partir de un valor de instrucción de esfuerzo de torsión en el control de esfuerzo de torsión. Además, si los medios de selección de método de control seleccionan un segundo método de control para controlar el voltaje aplicado a la máquina giratoria de CA de acuerdo con el método de modulación de anchura de pulso que usa el control de vector, el control de esfuerzo de torsión se realiza con el control de retroalimentación para la corriente de la máquina giratoria de CA.

Por lo tanto, cuando se selecciona el segundo método de control, el control de retroalimentación para la corriente de la máquina giratoria de CA se realiza al incluir el mismo control de retroalimentación que en el primer método de control que se realiza de acuerdo con la desviación de esfuerzo de torsión. Por lo tanto, el control de corriente de motor se puede realizar para compensar la variación en el esfuerzo de torsión característico de la máquina giratoria de CA que depende de la variación de temperatura o similares. Por lo tanto, puede ser posible prevenir la ocurrencia de la variación de esfuerzo de torsión debido a la variación de temperatura de imán o similares sin particularmente proporcionar un sensor de temperatura o similares. Además, puesto que el primero y segundo método de control realizan el control de retroalimentación de acuerdo con la desviación de esfuerzo de torsión, es posible prevenir la ocurrencia de la variación de esfuerzo de torsión al cambiar entre los métodos de control.

Lista de citas Documento de Patente Documento de Patente 1: Número de Publicación de Patente Japonesa Abierta a Consulta Pública 2006-311770 Breve Descripción de la Invención Problemas que se solucionarán con la invención Según se describió anteriormente, un aparato de control convencional para una máquina giratoria de CA calcula el esfuerzo de torsión a partir de energía de salida de un convertidor de energía. Sin embargo, la energía de salida del convertidor de energía incluye la pérdida del convertidor de energía y la pérdida del motor que no contribuyen al esfuerzo de torsión. Por lo tanto, un método para calcular el esfuerzo de torsión a partir de la energía de salida como en el aparato de control convencional incluye el error debido a estas pérdidas, que de tal modo complica controlar exactamente el esfuerzo de torsión.

Entre las técnicas convencionales, por ejemplo, también se propone un método para calcular el esfuerzo de torsión de los parámetros de una máquina giratoria de CA, según se describió en el Número de Publicación de Patente Japonesa Abierta a Consulta Pública 2002-233199 (más adelante, designado como Documento de Patente 2). Sin embargo, es difícil realizar exactamente el control de esfuerzo de torsión debido a que la variación de parámetros afecta el calculo del esfuerzo de torsión.

La presente invención se ha hecho para solucionar los problemas anteriores, y un objetivo de la presente invención es, en un aparato de control para una máquina giratoria de CA que realiza el control de esfuerzo de torsión para la máquina giratoria de CA en una región amplia de velocidad de giro a partir de cero a una alta velocidad, incluso si los parámetros de la máquina giratoria de CA varían según se describió anteriormente, controlar exactamente el esfuerzo de torsión de la máquina giratoria de CA y suprimir la ocurrencia de la variación de esfuerzo de torsión debido a la variación en los parámetros de la máquina giratoria de CA.

Solución a los problemas Un aparato de control para una máquina giratoria de CA de acuerdo con la presente invención incluye: un convertidor de energía que convierte la energía de CC a energía de CA y suministra la energía de CA a la máquina giratoria de CA; una sección de detección de corriente que detecta la corriente que fluye desde el convertidor de energía a la máquina giratoria de CA; y una sección de control que genera una instrucción de voltaje de CA trifásico para controlar la máquina giratoria de CA, al convertidor de energía, con base en la corriente detectada que se detectó por la sección de detección de corriente y un valor de instrucción de esfuerzo de torsión, donde la sección de control tiene: un observador que calcula un valor calculado de flujo magnético de la máquina giratoria de CA, con base en la corriente detectada y en la instrucción de voltaje; una unidad de cálculo de instrucción de corriente que calcula los valores de instrucción de corriente en los dos ejes giratorios, con base en el valor de instrucción de esfuerzo de torsión, y el valor calculado de flujo magnético obtenido por el observador; y una unidad de cálculo de instrucción de voltaje que calcula la instrucción de voltaje, con base en los valores de instrucción de corriente obtenidos con la unidad de cálculo de instrucción de corriente y con base en el valor calculado de flujo magnético obtenido con el observador.

Efecto de la invención De acuerdo con la presente invención, si los parámetros de la máquina giratoria de CA han variado hasta causar la desviación de la instrucción de esfuerzo de torsión a partir de la sección de control, el observador calcula el flujo magnético de la máquina giratoria de CA, considerando el error, de modo que la variación en el valor calculado de flujo magnético represente en el mismo la variación en los parámetros. Además, al usar el valor calculado de flujo magnético calculado con el observador para la unidad de cálculo de instrucción de corriente y para la unidad de cálculo de instrucción de voltaje, es posible calcular un valor de instrucción de corriente óptimo y un valor de instrucción de voltaje óptimo considerando la variación de parámetros. Por lo tanto, es posible controlar exactamente el esfuerzo de torsión y la corriente de la máquina giratoria de CA incluso en un sistema de control que no utiliza un sistema de control de corriente de retroalimentación.

Breve Descripción de los Dibujos La figura 1 es un diagrama de bloque de un aparato de control para una máquina giratoria de CA de acuerdo con la modalidad 1 de la presente invención.

La figura 2 es un diagrama de bloque de una unidad de cálculo de instrucción de corriente del aparato de control para una máquina giratoria de CA de acuerdo con la modalidad 1 de la presente invención.

La figura 3 es un diagrama de explicación del esfuerzo de torsión y de la condición de corriente mínima en el aparato de control para una máquina giratoria de CA de acuerdo con la modalidad 1 de la presente invención.

La figura 4 es un diagrama de bloque de una unidad de cálculo de instrucción de voltaje del aparato de control para una máquina giratoria de CA de acuerdo con la modalidad 1 de la presente invención.

La figura 5 es un diagrama de bloque de un observador del aparato de control para una máquina giratoria de CA de acuerdo con la modalidad 1 de la presente invención.

La figura 6 es un diagrama que muestra la relación en el estado estable entre la unidad de cálculo de instrucción de voltaje y el observador del aparato de control para una máquina giratoria de CA de acuerdo con la modalidad 1 de la presente invención.

La figura 7 es un diagrama de bloque de un aparato de control para una máquina giratoria de CA de acuerdo con la modalidad 2 de la presente invención.

La figura 8 es un diagrama de bloque de una unidad de cálculo de instrucción de voltaje del aparato de control para una máquina giratoria de CA de acuerdo con la modalidad 2 de la presente invención.

La figura 9 es un diagrama de bloque de un aparato de control para una máquina giratoria de CA de acuerdo con la modalidad 3 de la presente invención.

La figura 10 es un diagrama de bloque de una unidad de cálculo de corriente de atenuación del aparato de control para una máquina giratoria de CA de acuerdo con la modalidad 3 de la presente invención.

Descripción Detallada de la Invención Modalidad 1 La figura 1 es un diagrama de bloque que muestra un aparato de control para una máquina giratoria de CA de acuerdo con la modalidad 1 de la presente invención.

El aparato de control para una máquina giratoria de CA de la modalidad 1 incluye una sección de control 1, un convertidor de energía 2, y una sección de detección de corriente 4. Un suministro de energía de CC 6 se conecta con el lado de entrada del convertidor de energía 2, y una máquina giratoria de CA 3 se conecta con el lado de salida del convertidor de energía 2.

Aquí, el suministro de energía CC 6 anterior no se limita a una batería, sino puede ser, por ejemplo, un convertidor que convierte la energía de CA a la energía de CC, los alambres aéreos de CC para recibir directamente la energía de CC a través de un pantógrafo de los vehículos ferroviarios o similares. Además, en la modalidad 1, la máquina giratoria de CA 3 es un motor eléctrico síncrono que usa el imán permanente, y se conecta con el convertidor de energía 2 a través de las tres trayectorias de alimentación de CC trifásica lu, Iv, Iw.

El convertidor de energía 2 es, por ejemplo, un convertidor de energía trifásico del tipo de voltaje variable y de frecuencia variable, y convierte la energía de CC corriente continua del suministro de energía de CC 6 a la energía de CA trifásica, para suministrar la energía de CA trifásica a la máquina giratoria de CA 3. En este caso, el convertidor de energía 2 tiene los circuitos de conversión trifásica para las fases U, V, y W (no mostradas) conectados, paralelamente entre sí, con el suministro de energía de CC 6. Según lo conocido bien, cada circuito de conversión tiene un par de interruptores en los lados positivos y negativos, y las trayectorias de alimentación de CA trifásica lu, Iv, e Iw se conectan entre los pares respectivos de interruptores de los circuitos de conversión. El convertidor de energía 2 recibe las instrucciones de voltaje Vu*, Vv*, y Vw* desde la sección de control 1, y al convertir la energía de CC a la energía de CA trifásica, genera la energía de CA trifásica que tiene el voltaje de salida controlado y la frecuencia angular controlada con base en las instrucciones de voltaje Vu*, Vv*, y Vw*.

La sección de detección de corriente 4 se proporciona en, por ejemplo, las trayectorias de alimentación de CA lu, Iv, e Iw, y detecta la corriente con base en la corriente de fase de CA que fluye desde el convertidor de energía 2 a la máquina giratoria de CA 3, es decir, la corriente de fase U iu, la corriente de fase V iv, y la corriente de fase W iw. Se observa que en la modalidad 1, la sección de detección de corriente 4 se proporciona para dos fases de la corriente CA. Si las tres fases están en equilibrio, la otra fase se puede calcular y producir con base en solamente las señales para las dos fases al usar la relación de iu + iv + iw = 0.

La sección de control 1 realiza el control de vector sin sensor para la máquina giratoria de CA 3, en el sentido que el control de vector se pueda realizar sin un sensor de posición de giro o un sensor de velocidad de giro. La sección de control 1 incluye una unidad de cálculo de instrucción de corriente 10, una unidad de cálculo de instrucción de voltaje 20, un primer y segundo convertidos de coordenadas, un observador 50, y un integrador 60. Particularmente, una característica de la sección de control 1 de la modalidad 1 es que el observador 50 evalúa y calcula el flujo magnético de la máquina giratoria de CA 3 de modo que el flujo valor calculado de flujo magnético f? se use para el cálculo con la unidad de cálculo de instrucción de corriente 10 y con la unidad de cálculo de instrucción de voltaje 20. Los detalles de ello se describirán posteriormente.

Aquí, en primer lugar, un ejemplo de la configuración de la unidad de cálculo de instrucción de corriente 10 se describirá con referencia a la figura 2.

La unidad de cálculo de instrucción de corriente 10 genera las instrucciones de corriente Id* e Iq* a partir de la instrucción de esfuerzo de torsión T* que es un valor de control objetivo. El valor de instrucción de esfuerzo de torsión T* se ingresa a una sección de cálculo de instrucción de corriente de eje d 11 para generar un primer valor de instrucción de corriente de eje d Id1*. Como método de cálculo para el primer valor de instrucción de corriente de eje d Id1*, se conoce un método de control de esfuerzo de torsión máximo que permite que la máquina giratoria de CA 3 genere el esfuerzo de torsión deseado con corriente mínima, y que obtenga un primer valor de instrucción de corriente de eje d Id1* óptimo con una expresión de cálculo, con base en el valor de instrucción de esfuerzo de torsión T* (por ejemplo, ver las páginas 23-24 de Yoji Takeda y colaboradores, "Design and control of embedded-magnet synchronous motor", Ohmsha, publicado el 25 de octubre de 2001, que posteriormente se designa como el Documento No Relacionado con Patente 1).

De acuerdo con el Documento No Relacionado con Patente 1, el método anterior es referido como control de esfuerzo de torsión/amperaje máximo. Aunque la sección de cálculo de instrucción de corriente de eje d 11 se puede configurar con base en una técnica conocida, la variación de parámetros de una máquina giratoria de CA no se describe en la misma. Por lo tanto, si los parámetros de la máquina giratoria de CA varían, el control de esfuerzo de torsión/amperaje máximo no se puede lograr exactamente. Por consiguiente, en la modalidad 1, el valor calculado de flujo magnético f? (particularmente, aquí, un valor calculado de flujo magnético de eje d de lado de rotor pAdr) de la máquina giratoria de CA 3 calculado con el observador 50 descrito más adelante, se usa en una expresión de cálculo para obtener el primer valor de instrucción de corriente de eje d Id1* con base en el valor de instrucción de esfuerzo de torsión T*. La influencia de la variación de parámetros se manifiesta en el valor calculado de flujo magnético f?. Por lo tanto, al usar el valor calculado de flujo magnético f?, incluso si los parámetros de la máquina giratoria de CA 3 varían, se pueden obtener los valores de instrucción de corriente Id* e Iq* óptimos, a través de lo cual se puede lograr el control de esfuerzo de torsión/amperaje máximo.

Específicamente, el primer valor de instrucción de corriente de eje d Id1* se calcula con una expresión de cálculo mostrada a través de la siguiente expresión (1). Una característica de la expresión (1) es que un término que corresponde originalmente a un flujo magnético de imán permanente cpa (Wb) en la técnica convencional conocida, se sustituye por el valor calculado de flujo magnético f? (pAdr) de la máquina giratoria de CA 3 calculado con el observador 50. Se observa que los detalles del proceso de derivación para la expresión de cálculo mostrados a través de la expresión (1) se describirán más adelante.

Expresión 1 Aquí, Id1* es el primer valor de instrucción de corriente de eje d (A), Ld* es un valor determinado de inductancia de eje d (h), Lq* es un valor determinado de inductancia de eje q (h), P es un número par de polo, a es una pendiente de una curva de control de esfuerzo de torsión/amperaje máximo, y b es una ordenada de una curva de control de esfuerzo de torsión/amperaje máximo.

Se observa que la sección de cálculo de instrucción de corriente de eje d 11 puede también emplear un método para obtener un primer valor de instrucción de corriente de eje d Id1* óptimo con referencia a un mapa con base en el valor de instrucción de esfuerzo de torsión T*. Sin embargo, en el método que usa un mapa, es necesario preparar un mapa que incluye todos los valores calculados de flujo magnético que corresponden a la variación de parámetros, y por lo tanto, este método es difícil de aplicar.

Cuando se ha generado el primer valor de instrucción de corriente de eje d Id1*, entonces, el sumador 12 agrega un valor de instrucción de corriente de atenuación dV al primer valor de instrucción de corriente de eje d Id1*, para de tal modo obtener un valor de instrucción de corriente de eje d Id* final. Específicamente, el valor de instrucción de corriente de eje d Id* se calcula a través de la expresión (2).

Expresión 2 Id* = Idi*+dV (2) Aquí, el valor de instrucción de corriente de atenuación dV es cero o un valor negativo, y se proporciona con el fin de realizar el llamado control de atenuación de flujo magnético que corrige el primer valor de instrucción de corriente de eje d Id1* en la dirección negativa para aumentar el valor de instrucción de corriente de eje d Id* en la dirección negativa, para de tal modo generar el flujo magnético en una dirección para suprimir el flujo magnético generado con el imán permanente de la máquina giratoria de CA 3, por lo tanto, el flujo magnético de interconexión de atenuación de la máquina giratoria de CA 3. Además, en el caso donde el control de esfuerzo de torsión se realiza en una región donde la máquina giratoria de CA 3 gira a una velocidad alta y se realiza el control de atenuación de flujo magnético, es extremadamente importante determinar la posición para agregar el valor de instrucción de corriente de atenuación dV, según se mostró en la configuración de la modalidad 1. Se observa que un método de generación para el valor de instrucción de corriente de atenuación dV se puede configurar con base en una técnica conocida. Por lo tanto, la descripción detallada del mismo se omite en la presente.

Finalmente, la sección de cálculo de instrucción de corriente de eje q 13 genera el valor de instrucción de corriente de eje q Iq* a partir del valor de instrucción de corriente de eje d Id* y a partir del valor de instrucción de esfuerzo de torsión T*. Al igual que el método de generación para el valor de instrucción de corriente de eje q Iq*, un valor de instrucción de corriente de eje q Iq* óptimo se puede obtener con referencia a un mapa, o un valor de instrucción de corriente de eje q Iq* óptimo se puede obtener al usar una expresión de cálculo, según se describió anteriormente. Sin embargo, el método de referencia a un mapa tiene un problema en cuanto a que es difícil preparar un mapa que abarque completamente la variación de parámetros.

Por consiguiente, la modalidad 1 emplea un método con base en una expresión de cálculo mostrada por la siguiente expresión (3) que usa el valor calculado de flujo magnético f? (pAdr) de la máquina giratoria de CA 3 calculado con el observador 50. También en la expresión (3), un término que originalmente corresponde al flujo magnético de imán permanente cpa (Wb) se sustituye por el valor calculado de flujo magnético f? (pAdr), similarmente a la expresión (1). Al usar el valor calculado de flujo magnético f?, incluso si los parámetros de la máquina giratoria de CA 3 varían, un valor de instrucción de corriente de q-eje Iq* óptimo se puede calcular al considerar la variación de parámetros.

Expresión 3 Debido a la configuración de la unidad de cálculo de instrucción de corriente 10 según se describió anteriormente, incluso si los parámetros de la máquina giratoria de CA 3 varían, el efecto de la variación de parámetros se manifiesta en el valor calculado de flujo magnético f? (pAdr: el valor calculado de flujo magnético de eje d de lado de rotor) de la máquina giratoria de CA 3 calculado con el observador 50. Por lo tanto, se puede generar una instrucción de corriente de eje Id* óptimo a través del control de esfuerzo de torsión/amperaje máximo, y además, se puede generar el valor de instrucción de corriente de eje q Iq*, al considerar la variación de parámetros, con base en la instrucción de esfuerzo de torsión T*. Por lo tanto, es posible controlar exactamente el esfuerzo de torsión incluso si los parámetros varían.

Entonces, se describirá el procedimiento para derivar las expresiones descritas anteriormente (1) y (3) a modo de realizar el control de esfuerzo de torsión/amperaje máximo.

La condición para lograr el control de esfuerzo de torsión/amperaje máximo se muestra de acuerdo con la siguiente expresión (4) (ver el Documento No Relacionado con Patente 1 mencionado anteriormente).

Expresión 4 Aquí, Ld es una inductancia de eje d (H), Lq es una inductancia de eje q (H), cpa es el flujo magnético de imán permanente (Wb), id es la corriente de eje d (A), e iq es la corriente de eje q (A).

Además, el esfuerzo de torsión se proporciona por la siguiente expresión (5).

Expresión 5 ? = ?{ a iq+(Ld-Lq)id iq} (5) La expresión (5) se modifica para iq, para obtener la siguiente expresión (6).

Expresión 6 Si las ecuaciones simultáneas integradas por las expresiones (4) y (6) se solucionan para Id e Iq, se pueden obtener los vectores de corriente Id e Iq que permiten que el esfuerzo de torsión T se produzca con la corriente mínima con relación al esfuerzo de torsión T. Sin embargo, realmente, puesto que las ecuaciones simultáneas integradas por las expresiones (4) y (6) se convertirán en una ecuación de cuarto grado, son difíciles de solucionar. Por consiguiente, la aproximación se realiza según se muestra a continuación.

La figura 3 es una gráfica de las expresiones (4) y (6).

En la figura 3, las curvas que se extienden desde la dirección derecha superior a la dirección izquierda inferior son las curvas representadas por la expresión (6) y cada una corresponde al esfuerzo de torsión T = 100% a 25%. Además, una curva (línea continúa) que se extiende desde la dirección izquierda superior a la dirección derecha inferior es una curva representada por la expresión (4) y corresponde a la condición de corriente mínima.

Según se muestra con la curva de expresión (4), la condición de corriente mínima es aproximadamente una línea recta representada con una expresión cuadrático. Por lo tanto, se considera que no existe un problema práctico si la condición de corriente mínima es aproximada con una función lineal. Por consiguiente, la curva de la condición de corriente mínima mostrada en la figura 3 se aproxima linealmente, para obtener la siguiente expresión (7). En la figura 3, el resultado de aproximar linealmente la curva cuadrática de la expresión (4) se indica por una línea discontinua.

Expresión 7 iq = aid + b ( ) Aquí, en la expresión (7) mostrada en la figura 3, a es una pendiente de la función lineal, y b es una ordenada de la función lineal. Por lo tanto, Id e Iq en la intersección de la curva de esfuerzo de torsión y la condición de corriente mínima linealmente aproximada se pueden obtener al solucionar las ecuaciones simultáneas integradas por las expresiones anteriores (6) y (7). Puesto que estas ecuaciones simultáneas se convertirán en una ecuación cuadrática, es fácil solucionarlas. Por consiguiente, las expresiones (6) y (7) se coordinan para obtener la siguiente expresión (8).

Expresión 8 { aP(Ld-Lq)} id2 + {(aP a)+ bP(Ld-Lq)}id+ d? a-?=0 (8) A partir de la expresión (8), id se obtiene según se muestra por la siguiente expresión (9).

Expresión 9 ¡j - ~ ^ fa )+bP(Ld-Lq))± j oP <f>a) + bP(Ld- Lq)}2 - 4{aP(Ld - Lq))bP fa-?) 2{aP(Ld-Lq)} (9) Por lo tanto, se puede obtener Id. Además, Iq se puede obtener al sustituir el resultado de Id obtenido con la expresión (9) en la expresión anterior (6).

En la descripción anterior, la expresión (4) que representa la curva (línea continúa) de la condición de corriente mínima es linealmente aproximada, se representará por la expresión (7). Sin embargo, en algunos casos, puede ser difícil aproximar linealmente la curva de la condición de corriente mínima representada con la expresión (4). En tal caso, la pendiente a y la ordenada b que corresponden a cada esfuerzo de torsión se obtienen previamente, y entonces la pendiente a y la ordenada b como los valores de tablas son referidas con base en el valor de instrucción de esfuerzo de torsión T*. por medio de lo cual se puede lograr el control de esfuerzo de torsión/amperaje máximo.

Según se describió previamente, incluso si un valor determinado de cada parámetro de motor de la máquina giratoria de CA 3 es diferente del valor de parámetro existente, con base en las expresiones (6) y (9), la unidad de cálculo de instrucción de corriente 10 realiza el cálculo al usar el valor calculado de flujo magnético f? (pAdr: el valor calculado de flujo magnético de eje d de lado de rotor) de la máquina giratoria de CA 3 calculado con el observador 50, en lugar de un término del flujo magnético de imán permanente cpa (Wb) en las expresiones (6) y (9), para de tal modo generar una instrucción de corriente óptima que considera la variación de parámetros con base en la instrucción de esfuerzo de torsión T*. Es decir, para lograr tal operación, la unidad de cálculo de instrucción de corriente 10 realiza el cálculo al usar la expresión (1) obtenida al modificar la expresión (9), y la expresión (3) obtenida al modificar la expresión (6) (aquí, se determina id = Id* e iq = lq*). La teoría detallada de lo anterior se describirá más adelante.

En la descripción anterior de la unidad de cálculo de instrucción de corriente 10, se ha descrito el método de generación para una instrucción de corriente a través del control de esfuerzo de torsión/amperaje máximo. Sin embargo, el control que usa la instrucción de corriente de eje d Id* = 0 también obtiene el mismo efecto.

Entonces, la configuración de la unidad de cálculo de instrucción de voltaje 20 se describirá con referencia a la figura 4.

La unidad de cálculo de instrucción de voltaje 20 calcula un valor de instrucción de voltaje de eje d Vd* y un valor de instrucción de voltaje de eje q Vq*, con base en la siguiente expresión (10), que usa las instrucciones de corriente Id* e Iq* de la unidad de cálculo de instrucción de corriente 10, y el valor calculado de flujo magnético f? (pAdr: el valor calculado de flujo magnético de eje d de lado de rotor) y un valor calculado de velocidad angular ?? de la máquina giratoria de CA 3 calculados con el observador 50. Particularmente, la unidad de cálculo de instrucción de voltaje 20 calcula las instrucciones de voltaje al usar el valor calculado de flujo magnético f? (pAdr) en la expresión (10) en lugar de un término del flujo magnético de imán permanente cpa (Wb). Por lo tanto, incluso si los parámetros de la máquina giratoria de CA 3 varían, se puede hacer que la corriente de la máquina giratoria de CA coincida con un valor de instrucción. La teoría detallada de lo anterior se describirá más adelante.

Expresión 10 Aquí, Id* es una instrucción de corriente de eje d, Iq* es una instrucción de corriente de eje q, Vd* y Vq* son instrucciones de voltaje de componentes de ejes d-q para el voltaje de núcleo, R* es un valor determinado de resistencia de núcleo, Ld* y Lq* son los valores determinados de inductancia de ejes d-q, ?? es un valor calculado de velocidad angular calculado con el observador 50, y pAdr es un valor calculado de flujo magnético calculado con el observador 50.

Entonces, se describirán las configuraciones del integrador 60 y el primero y segundo convertidor de coordenadas 30 y 40.

El integrador 60 calcula una fase calculada T? a partir del valor calculado de velocidad angular ?? producido desde el observador 50. El primer convertidor de coordenadas 30 convierte las instrucciones de voltaje en un sistema de coordinadas con dos ejes giratorios d-q a los valores de instrucción de voltaje de CA trifásico Vu*, Vv*, y Vw* en un sistema de coordinadas con dos ejes en reposo, con base en las instrucciones de voltaje Vd* y Vq* desde la unidad de cálculo de instrucción de voltaje 20, y la fase calculada T? calculada con el integrador 60, y produce los valores de instrucción de voltaje de CA trifásico Vu*, Vv*, y Vw*. Los valores de instrucción de voltaje de CA trifásico Vu*, Vv*, y Vw* se ingresan al convertidor de energía 2, para realizar el control de esfuerzo de torsión para la máquina giratoria de CA 3 con base en los valores de instrucción de voltaje de CA trifásico Vu*, Vv*, y Vw*. El segundo convertidor de coordenadas 40 convierte las corrientes de CA trifásicas iu y iw en un sistema de coordinadas en reposo que fluyen en las trayectorias de alimentación de CA lu e Iw detectadas a través de la sección de detección de corriente 4, a los valores de corriente Id e Iq en un sistema de coordinadas con dos ejes giratorios d-q, con base en la fase calculada T? que se calculó con el integrador 60, y produce los valores de corriente Id e Iq.

Entonces, la configuración del observador 50 se describirá con referencia a la figura 5.

El observador 50 valora y calcula el valor calculado de velocidad angular ?? y el valor calculado de flujo magnético f? (pAdr: el valor calculado de flujo magnético de eje d de lado de rotor) de la máquina giratoria de CA 3 necesarios para el control de vector sin sensor, con base en los valores de instrucción de voltaje Vd* y Vq* calculados por la unidad de cálculo de instrucción de voltaje 20, y con base en las corrientes detectadas Id e Iq de la máquina giratoria de CA 3 en un sistema de coordinadas con dos ejes giratorios d-q que se calculan con el segundo convertidor de coordenadas 40. Se observa que la configuración del observador 50 mostrado en la figura 5 es una técnica conocida (por ejemplo, descrita en el Documento de Patente 2 mencionado anteriormente). Las siguientes expresiones (11) a (17) muestran las expresiones de cálculo del observador.

Expresión 11 Expresión 12 Aquí, en cada expresión, un sufijo * significa un valor de instrucción, un sufijo ob significa un valor determinado del observador 50, un sufijo r significa un rotor, un sufijo s significa un estator, y un sufijo ? significa un valor calculado. Se observa que Ldob y Lqob son los valores determinados de las inductancias de ejes d-q del observador 50, R* es el valor determinado de resistencia de núcleo, ?? es el valor calculado de velocidad angular, Vd* y Vq* son los valores de instrucción de voltaje de ejes d-q, Id e Iq son los valores de corriente de ejes d-q, pAds y pAqs son los valores calculados de flujo magnético de ejes d-q de lado primario, pAdr es el valor calculado de flujo magnético de eje d de lado de roto (lado secundario), wr es la velocidad angular del rotor, ??t es un valor calculado de velocidad angular del rotor, h 11 , h 12 , h21, h22, h31, h32, h41, y h42 son los aumentos de retroalimentación del observador 50, y Kp y Ki son un aumento proporcional calculado de aceleración y un aumento integral calculado de aceleración del observador 50.

Según se mostró en la figura 5, el observador 50 está compuesto por aproximadamente tres elementos de una sección modelo de motor eléctrico 51, de una sección de cálculo de velocidad 52, y de una sección de cálculo de aumento 53.

La sección modelo de motor eléctrico 51 realiza el cálculo de la expresión (11) que se deriva generalmente de una ecuación de estado de la máquina giratoria de CA 3. Por lo tanto, cada flujo magnético y cada corriente de la máquina giratoria de CA 3 se valoran y calculan. La expresión (11) es una expresión de cálculo para el caso donde una máquina giratoria de CA 3 es un motor eléctrico síncrono de imán permanente. Al determinar la expresión de cálculo de la sección modelo de motor eléctrico 51 de acuerdo con la máquina giratoria de CA 3 que se impulsará, también es posible aplicar la presente invención a una máquina giratoria de CA distinta a un motor eléctrico síncrono de imán permanente.

La sección de cálculo de velocidad 52 recibe: el resultado del cálculo con la expresión (12) para las desviaciones entre las corrientes calculadas lAd e lAq calculadas por la sección modelo de motor eléctrico 51 y por las corrientes Id e Iq de la máquina giratoria de CA 3 en un sistema de coordinadas con dos ejes giratorios d-q calculado con el segundo convertidor de coordenadas 40; y el valor calculado de flujo magnético f? (pAdr: el valor calculado de flujo magnético de eje d de lado de rotor) calculado con la sección modelo de motor eléctrico 51. Entonces, con base en los valores recibidos, la sección de cálculo de velocidad 52 calcula el valor calculado de velocidad angular ?? de la máquina giratoria de CA 3 a través de Pl (integral proporcional) por la expresión (15) para el cálculo a través de la expresión (17). Es decir, una sección de cálculo de Pl 52a realiza el cálculo con la expresión (15) para proporcionar el resultado, una sección de cálculo de velocidad calculada 52b realiza el cálculo con la expresión (16) para proporcionar el resultado, y una sección de cálculo de velocidad calculada 52c realiza el cálculo con la expresión (17) para proporcionar el resultado.

La sección de cálculo de aumento 53 recibe las desviaciones de corriente calculada eds y eqs de la expresión (12), y calcula A, B, C, y D que son términos de retroalimentación del observador, a partir de las expresiones (13) y (14). Aquí, H en la expresión (13) es un aumento de retroalimentación, es decir, un parámetro de diseño para lograr el cálculo estable.

En la modalidad 1, al usar la configuración descrita anteriormente, es posible controlar exactamente el esfuerzo de torsión de salida de la máquina giratoria de CA 3 incluso si varían los parámetros de la máquina giratoria de CA 3.

Entonces, el control de esfuerzo de torsión realizado cuando los parámetros varían, que es una característica de la presente invención, se describirá, al usar las expresiones matemáticas, en comparación con un método convencional.

Aquí, el método convencional es un método para proporcionar el valor de instrucción de flujo magnético de imán f* como un valor constante en la unidad de cálculo de instrucción de corriente 10 y en la unidad de cálculo de instrucción de voltaje 20. Por lo tanto, en el método convencional, según se muestra con las expresiones (4) y (6), puesto que una instrucción de corriente óptima se calcula al usar los parámetros de la máquina giratoria de CA 3, una instrucción de corriente óptima no se puede obtener si varían los parámetros de la máquina giratoria de CA 3. Además, también en la siguiente expresión (18), puesto que una instrucción de voltaje óptima se calcula al usar los parámetros de la máquina giratoria de CA 3, una desviación de corriente queda pendiente si varían los parámetros de la máquina giratoria de CA 3. Consecuentemente, el esfuerzo de torsión no se puede controlar exactamente.

En primer lugar, se describirá el efecto obtenido al usar el valor calculado de flujo magnético f? (pAdr) del observador 50 para la unidad de cálculo de instrucción de voltaje 20 en la presente invención.

El procedimiento de la descripción es como sigue. En primer lugar, con base en la relación de operación en el estado estable entre la unidad de cálculo de instrucción de voltaje 20 y el observador 50 en el método de control convencional, una expresión relacional del factor de error entre un valor de instrucción de corriente y la corriente existente que fluyen en la máquina giratoria de CA en el caso donde varían los parámetros, se mostrará, al usar las expresiones matemáticas, a partir de una expresión de cálculo de la unidad de cálculo de instrucción de voltaje convencional y a partir de una expresión de cálculo del observador en el estado estable. Entonces, se derivará una expresión relacional mostrada por la expresión (25) descrita posteriormente. Además, a partir de la expresión relacional mostrada por la expresión (25), se mostrará que si se aplica el método de control de la presente invención, coinciden entre sí un valor de instrucción de corriente y la corriente existente que fluye en la máquina giratoria de CA 3.

La siguiente expresión (18) muestra una expresión de cálculo de la unidad de cálculo de instrucción de voltaje 20 convencional. La diferencia de la expresión descrita anteriormente (10) es que el valor de instrucción de flujo magnético de imán <p* se usa en la expresión (18) mientras el valor calculado flujo magnético de eje d de lado de rotor pAdr se usa en lugar del otro en la expresión (10). Además, la expresión (19) muestra una expresión de cálculo del observador 50, que se obtiene al sustituir la expresión (14) por la la expresión (11).

Expresión 15 Vd*=R*Id*-ÚLq*Iq* (18) Vq* = R* Iq* +ú){La * Id* + *) Expresión 16 Aquí, en las expresiones anteriores, un sufijo * significa un valor de instrucción, un sufijo ob significa un valor determinado del observador, y un sufijo ? significa un valor calculado. A partir de las expresiones (18) y (19), si se asume que la velocidad está en la región de velocidad suficientemente alta y se determina R* = 0, y si se asume el estado estable, se obtienen d/dt = 0, ?? = ??G, lAd - Id = 0, e lAq - Iq = 0. Por lo tanto, estas condiciones se sustituyen en las expresiones (18) y (19), para obtener las expresiones (20) y (21).

Expresión 17 Expresión 18 La expresión (21) se coordina para los valores calculados de flujo de ejes d-q de lado primario pAds y pAqs, para obtener la expresión (22).

Expresión 19 A partir de la expresión (22), los valores calculados de corriente lAd e lAq se obtienen según se muestra por la expresión (23). Estos valores calculados de corriente coinciden con las corrientes existentes Id e Iq, de modo que el observador 50 converja en el estado estable.

Expresión 20 */a)-pdr)= Id (23) Las expresiones relaciónales descritas anteriormente se pueden representar por el diagrama de bloque del observador 50 en el estado estable según se mostró en la figura 6. Aquí, si los valores de instrucción de voltaje se generan con la unidad de cálculo de instrucción de voltaje 20 sin la ejecución del control de retroalimentación de corriente para la máquina giratoria de CA 3, los valores de instrucción de voltaje que son representados con la expresión (20) se sustituyen en la expresión (23), para obtener la expresión (24).

Expresión 21 La expresión (24) representa la relación entre las instrucciones de corriente Id* e Iq* y las corrientes existentes Id e Iq en el caso de usar la configuración mostrada en la figura 6. Aquí, si el ajuste de la inductancia se asume como Ld* = Ldob y Lq* = Lqob, se obtiene la expresión (25).

Expresión 22 A partir de la expresión (25), se encuentra que la corriente de eje q y el valor de instrucción coinciden entre sí. Esto muestra que, incluso si los parámetros varían (Ld ? Ld*, Lq ? Lq*, (pa ? f*), la corriente de eje q coincide con un valor de instrucción al determinar Ld* = Ldob y Lq* = Lqob. Además, si los parámetros varían, tales errores (error de Ld, error de Lq, y error de f) aparecen como el error de corriente de eje d. Por lo tanto, al configurar un sistema de control para eliminar el error de corriente de eje d, la corriente se puede controlar sin la ejecución del control de retroalimentación de corriente. Es decir, la ocurrencia de la desviación de corriente se puede prevenir incluso si los parámetros varían. Además, a partir de la corriente de eje d en la expresión (25), se encuentra que, si se determina f* - pAdr = 0, el control se puede realizar sin causar el error de corriente de eje d.

La presente invención se logra por la teoría anterior, y puede hacer que el error de corriente de eje d sea de cero al usar el valor calculado de flujo magnético de eje d de lado de rotor calculado con el observador 50 en lugar de f* (f* = pAdr) de la expresión (20) que es una expresión de cálculo de voltaje de desconexión, para de tal modo controlar la corriente de eje d.

Entonces, se describirá el efecto obtenido al usar el valor calculado de flujo magnético pAdr del observador 50 para la unidad de cálculo de instrucción de corriente 10 en la presente invención .

El procedimiento de la descripción es como sigue. En primer lugar, el valor que tendrá el valor calculado de flujo magnético pAdr calculado con el observador 50 si los parámetros varían, se derivará de una ecuación de estado de la máquina giratoria de CA 3 y de una expresión de cálculo del observador 50, según se muestra por la siguiente expresión (29). Además, en el método de control convencional, la relación del error de esfuerzo de torsión en el caso donde los parámetros varían, se derivará de una expresión de cálculo del esfuerzo de torsión de la máquina giratoria de CA 3 y de una expresión de cálculo de instrucción de corriente de eje q de la unidad de cálculo de instrucción de corriente 10, según se muestra por la expresión (30) que es una expresión relacional del error de esfuerzo de torsión. Además, a partir de la expresión relacional del error de esfuerzo de torsión, se mostrará que si la presente invención se aplica, el control de esfuerzo de torsión para la máquina giratoria de CA 3 se puede lograr sin causar el error de esfuerzo de torsión, según se muestra por la expresión (31).

Si los parámetros no varían, el observador 50 en el estado estable calcula el flujo magnético de imán permanente (pa (= f*) de la máquina giratoria de CA 3. Sin embargo, si alguno de los parámetros varían, pAdr no es igual a cpa.

Con respecto a pAdr cuando los parámetros varían, la siguiente expresión (27) se obtiene, considerando el estado estable, al aproximar la ecuación de estado, es decir, la siguiente expresión (26), de un motor eléctrico síncrono de imán permanente que es la máquina giratoria de CA 3, similarmente al caso del observador 50 (R Expresión 23 Expr Aquí, a partir de la expresión (27) y de la expresión aproximada (21) del observador en el estado estable, el valor calculado de flujo magnético de eje d de lado de rotor pAdr se puede derivar según se muestra por la siguiente expresión (28). Expresión 25 0--? pds-? pdr + Vq* 0=( pds - ds ) + ( pdr— f a) ^(Ldob Id-Ldob Id + Ldob Id-Ld Id) + (pdr-?a) = (Ldobfld - Id) + (Ldob -Ld)Id) + (pdr-? a) (28) Aquí, en el estado estable, de acuerdo con la descripción de la expresión (25), si se determina (lAd - Id) = 0, y si se determina (Ldob - Ld) = ALd, el valor calculado de flujo magnético de eje d de lado de rotor pAdr se representa como la expresión relacional mostrada por la siguiente expresión (29).

Expresión 26 pdr = -ALd Id+fa (29) Por otra parte, la expresión relacional del error de esfuerzo de torsión cuando los parámetros varían se derivará según se muestra a continuación. La expresión relacional del error de esfuerzo de torsión se puede derivar de la relación entre la expresión de cálculo de esfuerzo de torsión T de la máquina giratoria de CA 3 y la instrucción de esfuerzo de torsión T* en el control convencional, según se muestra por la siguiente expresión (30). Aquí, se determinan Id* = Id, Iq* = Iq, Ldob - Ld = ALd, Lqob - Lq = ALq, y (pa - f* = ?f. Además, las ¡nductancias se determinan como Ld* = Ldob y Lq* = Lqob.

Expresión 27 p( aIq+(Ld~Lq)ldIq) (I—Il = (fa- *)lq* +(Ld - Ld * -Lq + Lq*)Id* Iq* P = Á?Iq* +(-ALd + ALq)Id* Iq* (30) mostrada por la expresión anterior (30), si los parámetros varían y el error ocurre en Ld, los términos en el lado derecho no llegan a ser de cero en conjunto, y por lo tanto (T - T*) en el lado izquierdo tampoco se convierten en cero. Es decir, esto muestra que en el control convencional, si los parámetros varían, ocurre el error de esfuerzo de torsión. Por otra parte, en la presente invención, el valor calculado de flujo magnético pAdr del observador 50 se usa para la unidad de cálculo de instrucción de corriente 10, por medio de lo cual se obtiene la expresión (29). Entonces, si se determinan ALq = 0 y f* = pAdr = - ALd ld + cpa y la expresión (29) se sustituye en la expresión (30), se obtiene la siguiente expresión (31). Por lo tanto, es posible controlar el error de esfuerzo de torsión para que sea de cero incluso bajo la condición de que esté presente ALd.

Expresión 28 (?Z? = ( a- ( -ALd Id*+?a ))Iq* +(Ld -Ld* -Lq + Lq*)Id*Iq* P = ALdId*Iq*-ALdId*iq* = 0 (31) Según se describió anteriormente, de acuerdo con la modalidad 1, si los parámetros de la máquina giratoria de CA 3 han variado causando la desviación del valor objetivo de la sección de control, la variación en los parámetros se manifiesta en la variación del valor calculado de flujo magnético f? (pAdr) calculado con el observador 50. Además, el valor calculado de flujo magnético f? (pAdr) calculado con el observador 50 se usa para el cálculo de las instrucciones de corriente Id* e lq* con la unidad de cálculo de instrucción de corriente 10, y para el cálculo de las instrucciones de voltaje Vd* y Vq* con la unidad de cálculo de instrucción de voltaje 20. Por lo tanto, el esfuerzo de torsión se puede controlar exactamente.

Además, el sistema de control de la modalidad 1 se configura como el denominado sistema de control de corriente de circuito abierto que no usa un sistema de control de corriente con base en un valor de retroalimentación de la corriente detectada. Debido a tal configuración como un sistema de control de corriente de circuito abierto, el sistema de control se puede aplicar en una amplia gama que incluye el control de onda sinusoidal de PWM y el método de impulsión de onda cuadrada descritos en los antecedentes de la invención, y el control exacto de esfuerzo de torsión se puede lograr incluso en el método de impulsión de onda cuadrada, sin usar el control de retroalimentación con base en el esfuerzo de torsión calculado. Además, puesto que el sistema de control de la modalidad 1 se puede aplicar en una amplia gama que incluye el control de onda sinusoidal de PWM y el método de impulsión de onda cuadrada sin la necesidad de la conmutación del sistema de control, el control de esfuerzo de torsión se puede lograr con un programa simple. Adicionalmente, la presente invención puede realizar el control exacto de esfuerzo de torsión incluso en un aparato de control que no use un sensor de velocidad de giro o un sensor de posición de giro para la máquina giratoria de CA 3.

En la descripción anterior, se ha descrito el caso donde la presente invención se aplica a un sistema de control de vector sin sensor que no tiene un sensor de velocidad de giro o un sensor de posición de giro. Sin embargo, incluso en el caso donde la presente invención se aplica a un sistema de control de vector que tiene un sensor de velocidad de giro o similares, se puede obtener el mismo efecto.

Modalidad 2 La figura 7 es un diagrama de bloque que muestra un aparato de control para una máquina giratoria de CA de acuerdo con la modalidad 2 de la presente invención. Los componentes que son iguales o correspondientes a los de la modalidad 1 mostrada en la figura 1 se denotan con los mismos números de referencia .

Una característica del aparato de control para una máquina giratoria de CA de la modalidad 2 es que la configuración de la unidad de cálculo de instrucción de voltaje 20 (figura 4) mostrada en la modalidad 1 se modifica, es decir, se sustituye por la unidad de cálculo de instrucción de voltaje 20 que tiene una configuración mostrada en la figura 8. A excepción de la unidad de cálculo de instrucción de voltaje 20, la configuración es básicamente igual que la de la modalidad 1. Por lo tanto, se omite la descripción detallada de la misma.

En la unidad de cálculo de instrucción de voltaje 20 de la modalidad 2, su cálculo de las instrucciones de voltaje Vd* y Vq* incluye adicionalmente el control de retroalimentación de las corrientes detectadas Id y Iq obtenidas por el segundo convertidor de coordenadas 40.

Las expresiones de cálculo en este caso son como sigue. Es decir, los términos de retroalimentación de corriente se calculan con la siguiente expresión (32), y los términos de proalimentación de voltaje se calculan con la siguiente expresión (33). Entonces, las instrucciones de voltaje finales Vd* y Vq* se calculan con la expresión (34).

Expresión 29 Expresión Expresión Aquí, VdFB y VqFB son términos de retroalimentación, VdFF y VqFF son términos de proalimentación, Kpd y Kpq son aumentos proporcionales, y Kid y Kiq son aumentos integrales.

Los términos de retroalimentación VdFB y VqFB en la expresión anterior (32) se calculan con los restadores 22d y 22q y con las unidades de cálculo de Pl 23d y 23q mostradas en la figura 8. Los términos de proalimentación VdFF y VqFF en la expresión (33) se calculan con una unidad de cálculo de proalimentación 21 mostrada en la figura 8 que tiene la misma configuración que en la modalidad 1 (figura 4). El cálculo en la expresión (34) se logra con los sumadores 25d y 25q mostrados en las figura 8.

Según lo descrito previamente, en la modalidad 1, la teoría se desarrolla ignorando el error de resistencia. Realmente, en una región donde la máquina giratoria de CA 3 gira a una velocidad hasta cierto grado de modo que el voltaje inducido de la máquina giratoria de CA 3 sea grande hasta cierto grado, incluso si ocurre el error de resistencia, el error de resistencia apenas afecta el esfuerzo de torsión de salida de la máquina giratoria de CA 3.

Sin embargo, en una región donde la máquina giratoria de CA 3 gira a poca velocidad, el error de resistencia no se puede ignorar. Por consiguiente, al igual que en la unidad de cálculo de instrucción de voltaje 20 mostrada en la figura 8, se agrega el control de retroalimentación de las corrientes detectadas Id e Iq. Por lo tanto, se compensa el error de voltaje causado por el error de resistencia, por medio de lo cual la corriente se puede controlar exactamente.

Se observa que, igual que una diferencia entre la configuración de la modalidad 2 y la técnica convencional, el valor calculado de flujo magnético f? (pAdr: el valor calculado de flujo magnético de eje d de lado de rotor) calculado con el observador 50 se usa para el cálculo de los términos de proalimentación. Debido a esta configuración, los errores en los valores determinados de inductancia de ejes d-q y el valor determinado de flujo magnético se compensan a través de los términos de proalimentación VdFF y VqFF, y los otros errores como el error de resistencia se pueden compensar a través de los términos de retroalimentación de corriente VdFB y VqFB, para de tal modo obtener el efecto de mejorar la respuesta del control de retroalimentación de corriente cuando los parámetros varíen.

Además, en la unidad de cálculo de instrucción de voltaje 20 de la modalidad 2, los interruptores 24d y 24q que pueden encender y apagar el control de retroalimentación de corriente se proporcionan entre las unidades de cálculo de Pl 23d y 23q y los sumadores 25d y 25q. Entonces, solamente cuando la máquina giratoria de CA 3 gira a poca velocidad, se realiza el control de retroalimentación de corriente, y en los otros casos, los interruptores 24d y 24q se usan para apagar el control de retroalimentación corriente. Por lo tanto, el control de esfuerzo de torsión se puede realizar exactamente para la máquina giratoria de CA en una región amplia de velocidad de giro a partir de cero a una velocidad alta.

Según se describió anteriormente, de acuerdo con la modalidad 2, al emplear la unidad de cálculo de instrucción de voltaje 20 que tiene la configuración mostrada en la figura 8 para agregar el control de retroalimentación de corriente, es posible controlar favorablemente la corriente cuando ocurre el error de resistencia, y para suprimir exactamente la variación de esfuerzo de torsión incluso cuando la máquina giratoria de CA 3 gira a poca velocidad.

Modalidad 3 La figura 9 es un diagrama de bloque que muestra un aparato de control para una máquina giratoria de CA de acuerdo con la modalidad 3 de la presente invención. Los componentes que son iguales o correspondientes a los de la modalidad 1 mostrada en la figura 1 son denotados con los mismos números de referencia.

Una característica del aparato de control para una máquina giratoria de CA de acuerdo con la modalidad 3 es que, con respecto a la modalidad 1, una sección de detección de voltaje 5 se agrega nuevamente para detectar el voltaje de CC EFC aplicado al convertidor de energía 2 a través del suministro de energía de CC 6, y en la sección de control 1, una unidad de cálculo de corriente de atenuación 70 se agrega nuevamente para calcular la instrucción de corriente de atenuación dV a partir de un factor de modulación PMF de tal manera que el factor de modulación PMF se convertirá en "1". A excepción de los componentes anteriores, la configuración es igual que la de la modalidad 1. Por lo tanto, se omite la descripción detallada de la misma.

En este caso, el primer convertidor de coordenadas 30 calcula el factor de modulación PMF según se muestra por la siguiente expresión (35).

Expresión 32 La expresión de cálculo para el factor de modulación PMF mostrado con la expresión (35) es para realizar el cálculo de tal manera que el voltaje máximo que se puede producir con el convertidor de energía 2 cumpla el PMF = 1 en el método de impulsión de onda cuadrada. Al controlar el factor de modulación PMF para cumplir el PMF = 1 , se puede lograr el control de esfuerzo de torsión con base en el método de impulsión de onda cuadrada.

Entonces, las instrucciones de voltaje trifásico Vu*, Vv*, y Vw* se calculan a partir del factor de modulación PMF mostrado con la expresión (35). Por lo tanto, incluso si el voltaje de CC EFC aplicado al convertidor de energía 2 varía, es posible aplicar siempre el voltaje apropiado a la máquina giratoria de CA 3, para de tal modo suprimir la variación de esfuerzo de torsión debido a la variación en el voltaje de CC EFC.

La figura 10 es un diagrama que muestra la configuración de la unidad de cálculo de corriente de atenuación 70 para lograr el control de atenuación de flujo magnético con base en el método de impulsión de onda cuadrada. Se observa que la configuración mostrada en la figura 10 es una técnica conocida, que solamente debe permitir que la instrucción de corriente de atenuación dV sea generada de tal manera que el factor de modulación PMF se convierta en "1".

Según se describió anteriormente, de acuerdo con la modalidad 3, con base en la configuración de la modalidad 1, la sección de detección de voltaje 5 que detecta el voltaje de CC EFC se proporciona para calcular el factor de modulación PMF con la expresión (35), y la unidad de cálculo de corriente de atenuación 70 calcula un valor de instrucción de corriente de atenuación dV óptimo de tal manera que el factor de modulación PMF se convierta en "1". Por lo tanto, incluso si el voltaje de CC EFC ingresado al convertidor de energía 2 varía, se puede generar un valor de instrucción de corriente de atenuación óptimo. Además, en el método de impulsión de onda cuadrada, es posible suprimir con eficacia la ocurrencia del error de esfuerzo de torsión incluso si el voltaje de CC EFC varía, así como la supresión de la ocurrencia del error de esfuerzo de torsión debido a la variación de parámetros de la máquina giratoria de CA 3 al igual que en la modalidad 1.

Aplicabilidad Industrial La presente invención se relaciona con un aparato de control que controla el esfuerzo de torsión de una máquina giratoria de CA con base en una instrucción de esfuerzo de torsión, y se puede aplicar a varios aparatos de control para una máquina giratoria de CA.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un aparato de control para una máquina giratoria de CA, que comprende: un convertidor de energía que convierte la energía de CC a energía de CA y suministra la energía de CA a la máquina giratoria de CA; una sección de detección de corriente que detecta la corriente que fluye desde el convertidor de energía a la máquina giratoria de CA; y una sección de control que genera una instrucción de voltaje de CA trifásico para controlar la máquina giratoria de CA, al convertidor de energía, con base en la corriente detectada que se detectó con la sección de detección de corriente y con base en un valor de instrucción de esfuerzo de torsión, donde la sección de control tiene: un observador que calcula un valor calculado de flujo magnético de la máquina giratoria de CA, con base en la corriente detectada y en la instrucción del voltaje; una unidad de cálculo de instrucción de corriente que calcula los valores de instrucción de corriente en los dos ejes giratorios, con base en la instrucción de esfuerzo de torsión, y el valor calculado de flujo magnético obtenido con el observador; y una unidad de cálculo de instrucción de voltaje que calcula la instrucción de voltaje, con base en los valores de instrucción de corriente obtenidos por la unidad de cálculo de instrucción de corriente y con base en el valor calculado de flujo magnético obtenido con el observador.

2. El aparato de control para una máquina giratoria de CA de acuerdo con la reivindicación 1, donde el observador calcula una valor calculado de velocidad angular además del valor calculado de flujo magnético de la máquina giratoria de CA, con base en la corriente detectada y en la instrucción de voltaje, y la unidad de cálculo de instrucción de voltaje calcula una instrucción de voltaje, con base en los valores de instrucción de corriente, en el valor calculado de flujo magnético, y en el valor calculado de velocidad angular.

3. El aparato de control para una máquina giratoria de CA de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, donde la unidad de cálculo de instrucción de voltaje calcula una instrucción de voltaje, con base en un resultado de cálculo obtenido con el observador y con base en el cálculo de retroalimentación de una desviación de corriente entre los valores de instrucción de corriente y la corriente detectada.

4. El aparato de control para una máquina giratoria de CA de acuerdo con la reivindicación 1, que adicionalmente comprende: una sección de detección de voltaje que detecta el voltaje de CC ingresado al convertidor de energía; y una unidad de cálculo de corriente de atenuación que calcula una instrucción de corriente de atenuación para controlar un factor de modulación calculado a partir del valor detectado de voltaje de CC detectado con la sección de detección de voltaje y a partir del valor de instrucción de voltaje, para hacer que el factor de modulación sea igual o más pequeño que un valor predeterminado.

5. El aparato de control para una máquina giratoria de CA de acuerdo con la reivindicación 2, que adicionalmente comprende: una sección de detección de voltaje que detecta el voltaje de CC ingresado al convertidor de energía; y una unidad de cálculo de corriente de atenuación que calcula una instrucción de corriente de atenuación para controlar un factor de modulación calculado a partir del valor detectado de voltaje de CC detectado con la sección de detección de voltaje y a partir del valor de instrucción de voltaje, para hacer que el factor de modulación sea igual o más pequeño que un valor predeterminado.

6. El aparato de control para una máquina giratoria de CA de acuerdo con la reivindicación 3, que adicionalmente comprende: una sección de detección de voltaje que detecta el voltaje de CC ingresado al convertidor de energía; y una unidad de cálculo de corriente de atenuación que calcula una instrucción de corriente de atenuación para controlar un factor de modulación calculado a partir del valor detectado de voltaje de CG detectado con la sección de detección de voltaje y a partir del valor de instrucción de voltaje, para hacer que el factor de modulación sea igual o más pequeño que un valor predeterminado.