RU2463699C1 - Power conversion device for electric motor excitation - Google Patents
Power conversion device for electric motor excitation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2463699C1 RU2463699C1 RU2011123402/07A RU2011123402A RU2463699C1 RU 2463699 C1 RU2463699 C1 RU 2463699C1 RU 2011123402/07 A RU2011123402/07 A RU 2011123402/07A RU 2011123402 A RU2011123402 A RU 2011123402A RU 2463699 C1 RU2463699 C1 RU 2463699C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- control command
- unit
- current
- current control
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
Landscapes
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Настоящее изобретение относится к устройству преобразования мощности для возбуждения электродвигателя, подходящему для управления электродвигателем переменного тока.The present invention relates to a power conversion device for driving an electric motor suitable for controlling an AC electric motor.
Предшествующий уровень техникиState of the art
В последние годы электродвигатель переменного тока применяется в качестве источника мощности в областях техники производственных станков и бытовых приборов, а также в областях автомобильного транспорта, транспортных средствах с электродвигателем и т.п. Чтобы возбуждать электродвигатель переменного тока, требуется источник питания постоянного тока или источник питания переменного тока. В общем, устройство преобразования мощности для возбуждения электродвигателя, для которого источник питания постоянного тока используется как входной источник питания, имеет конфигурацию, в которой устройство преобразования мощности принимает входную мощность напряжения постоянного тока, поданного из источника питания постоянного тока, формирует напряжение переменного тока, имеющее произвольную частоту, с помощью схемы инвертора и возбуждает электродвигатель переменного тока. В общем, устройство преобразования мощности, для которого источник питания переменного тока используется как входной источник питания, имеет конфигурацию, в которой устройство преобразования мощности включает в себя схему преобразователя на входной стороне, один раз преобразует напряжение переменного тока, принимаемое посредством схемы преобразователя, в напряжение постоянного тока и подает это напряжение постоянного тока в схему инвертора, чтобы возбуждать электродвигатель переменного тока.In recent years, an AC electric motor has been used as a power source in the fields of engineering of industrial machines and household appliances, as well as in the fields of automobile transport, electric vehicles, etc. To drive an AC motor, a DC power supply or an AC power source is required. In general, a power conversion device for driving an electric motor for which a DC power source is used as an input power source has a configuration in which a power conversion device receives an input power of a DC voltage supplied from a DC power source, generates an AC voltage having arbitrary frequency using the inverter circuit and excites an AC motor. In general, a power conversion device for which an AC power source is used as an input power source has a configuration in which a power conversion device includes a converter circuit on an input side, once converts an AC voltage received by a converter circuit into a voltage direct current and supplies this direct current voltage to the inverter circuit to drive an alternating current motor.
Конфигурация и т.п. устройства преобразования мощности для возбуждения электродвигателя поясняется в отношении устройства преобразования мощности для возбуждения электродвигателя, используемого для электрической железной дороги на переменном токе, в качестве примера. Напряжение в проводах как источник питания переменного тока является однофазным переменным напряжением в 20-25 кВ. Это однофазное напряжение переменного тока понижается приблизительно до 1-2 кВ посредством трансформатора и затем вводится в схему преобразователя устройства преобразования мощности для возбуждения электродвигателя. Схема преобразователя принимает входную мощность однофазного напряжения в 1-2 кВ переменного тока, преобразует однофазное напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока приблизительно в 1500-3000 В и выводит напряжение постоянного тока в схему инвертора.Configuration, etc. a power conversion device for driving an electric motor is explained with respect to a power conversion device for driving a motor used for an alternating current electric railway, as an example. The voltage in the wires as an AC power source is a single-phase alternating voltage of 20-25 kV. This single-phase AC voltage is reduced to approximately 1-2 kV by a transformer and then introduced into a converter circuit of a power conversion device for driving an electric motor. The converter circuit receives a single-phase voltage input power of 1-2 kV AC, converts a single-phase AC voltage to a DC voltage of approximately 1500-3000 V, and outputs a DC voltage to the inverter circuit.
Известно, что напряжение постоянного тока в качестве выходного для схемы преобразователя включает в себя пульсацию частотной составляющей, в два раза превышающей частоту источника питания переменного тока (далее называемого "2f-составляющей источника питания"). Когда частота электродвигателя переменного тока располагается около этой 2f-составляющей источника питания, вероятно, что электрический ток электродвигателя переменного тока изменяется в сторону перегрузки по току, или большая пульсация возникает в крутящем моменте электродвигателя переменного тока, что препятствует безопасной работе.It is known that the DC voltage as the output for the converter circuit includes a ripple of the frequency component, twice the frequency of the AC power source (hereinafter referred to as the "2f-component of the power source"). When the frequency of the AC motor is located near this 2f component of the power source, it is likely that the electric current of the AC motor changes to overcurrent, or a large ripple occurs in the torque of the AC motor, which prevents safe operation.
Патентный документ 1 раскрывает, что такая 2f-составляющая источника питания, включенная в напряжение постоянного тока, извлекается, и ширина импульса широтно-импульсной модуляции схемы инвертора регулируется, чтобы подавлять влияние 2f-составляющей источника питания.
Патентный документ 1: Японская выложенная патентная заявка № S56-49693Patent Document 1: Japanese Laid-Open Patent Application No. S56-49693
Краткое изложение существа изобретенияSummary of the invention
Тем не менее, управление для подавления 2f-составляющей источника питания, раскрытое в патентном документе 1, не может применяться ко всем примерам вариантов применения. Например, чтобы максимизировать приложенное напряжение к электродвигателю переменного тока, трудно применять управление к транспортному средству с электродвигателем и т.п., которое выбирает и использует так называемый одноимпульсный режим как состояние переключения схемы инвертора.However, the control for suppressing the 2f component of the power source disclosed in
Одноимпульсный режим является режимом для использования состояния переключения, в котором число импульсов, включенных в полупериод выходного линейного напряжения инвертора, равно одному. Тем не менее, в рабочей области в этом одноимпульсном режиме невозможно регулировать ширину импульса. Если технология патентного документа 1 применяется к транспортному средству с электродвигателем и т.п., которое выбирает и использует одноимпульсный режим, возникает проблема в том, что электродвигатель переменного тока формирует перегрузку по току, или возникает чрезмерно большая пульсация крутящего момента. Следовательно, трудно применять технологию патентного документа 1, основной аспект которой состоит в том, чтобы регулировать ширину импульса широтно-импульсной модуляции для схемы инвертора, к транспортному средству с электродвигателем и т.п., которое выбирает и использует одноимпульсный режим.A single-pulse mode is a mode for using a switching state in which the number of pulses included in the half-period of the inverter output line voltage is one. However, it is not possible to adjust the pulse width in the work area in this single-pulse mode. If the technology of
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предоставлять устройство преобразования мощности для возбуждения электродвигателя, которое обеспечивает управление подавлением для 2f-составляющей источника питания при одновременном подавлении формирования перегрузки по току или чрезмерно большой пульсации крутящего момента в электродвигателе переменного тока в примере варианта применения, в котором одноимпульсный режим выбирается и используется как состояние переключения схемы инвертора.An object of the present invention is to provide a power conversion device for driving an electric motor that provides suppression control for a 2f component of a power source while suppressing the formation of current overload or an excessively large ripple of torque in an alternating current motor in an example application in which single-pulse mode is selected and used as the switching state of the inverter circuit.
Чтобы разрешать вышеуказанные проблемы и достигать вышеуказанной задачи, устройство преобразования мощности для возбуждения электродвигателя согласно одному аспекту настоящего изобретения выполнено таким образом, что включает в себя: первый блок преобразования мощности, который подключен к источнику питания переменного тока и преобразует напряжение переменного тока от источника питания переменного тока в напряжение постоянного тока; второй блок преобразования мощности, который подключен к первому блоку преобразования мощности и преобразует напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока, и выводит напряжение переменного тока в электродвигатель переменного тока; первый блок управления, который управляет первым блоком преобразования мощности; и второй блок управления, который управляет вторым блоком преобразования мощности, при этом второй блок управления включает в себя: блок формирования команд управления током, который формирует на основе, по меньшей мере, команды управления крутящим моментом команду управления током для электродвигателя переменного тока; блок вычисления индексов амплитуды напряжения, который вычисляет на основе команды управления током индекс амплитуды напряжения, который должен быть применен к электродвигателю переменного тока; блок регулирования команд управления током, который формирует на основе, по меньшей мере, индекса амплитуды напряжения и частоты электродвигателя переменного тока величину регулирования команд управления током для регулирования команды управления током; и блок формирования сигналов подавления пульсаций, который формирует на основе напряжения постоянного тока сигнал подавления пульсаций, и второй блок управления формирует на основе управляющего сигнала, включающего в себя команду управления током, регулируемую посредством величины регулирования команд управления током и сигнала подавления пульсаций, сигнал широтно-импульсной модуляции во второй блок преобразования мощности и выводит сигнал широтно-импульсной модуляции.In order to solve the above problems and achieve the above task, the power conversion device for driving the electric motor according to one aspect of the present invention is configured to include: a first power conversion unit that is connected to an AC power source and converts the AC voltage from the AC power source current to DC voltage; a second power conversion unit, which is connected to the first power conversion unit and converts the DC voltage to AC voltage, and outputs the AC voltage to an AC electric motor; a first control unit that controls the first power conversion unit; and a second control unit that controls the second power conversion unit, wherein the second control unit includes: a current control command generation unit that generates, based on at least a torque control command, a current control command for the alternating current electric motor; a voltage amplitude index calculation unit that calculates, based on a current control command, a voltage amplitude index to be applied to the alternating current motor; a control unit for controlling current control commands, which generates, based on at least an index of the amplitude of the voltage and frequency of the AC motor, the amount of regulation of current control commands for adjusting the current control command; and a ripple suppression signal generating unit that generates a ripple suppression signal based on the DC voltage, and the second control unit generates, based on the control amount of the current control, controlled by the current control amount and ripple suppression signal, a pulse width pulse modulation to a second power conversion unit and outputs a pulse width modulation signal.
Дополнительно, устройство преобразования мощности для возбуждения электродвигателя согласно другому аспекту настоящего изобретения выполнено таким образом, что включает в себя: первый блок преобразования мощности, который подключен к источнику питания переменного тока и преобразует напряжение переменного тока из источника питания переменного тока в напряжение постоянного тока; второй блок преобразования мощности, который подключен к первому блоку преобразования мощности и преобразует напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока и выводит напряжение переменного тока в электродвигатель переменного тока; первый блок управления, который управляет первым блоком преобразования мощности; и второй блок управления, который управляет вторым блоком преобразования мощности, при этом второй блок управления включает в себя: блок формирования команд управления током, который формирует на основе, по меньшей мере, команды управления крутящим моментом команду управления током для электродвигателя переменного тока; и блок вычисления индексов амплитуды напряжения, который вычисляет на основе команды управления током индекс амплитуды напряжения, который должен быть применен к электродвигателю переменного тока, и первый блок управления включает в себя: блок формирования команд управления напряжением постоянного тока, который формирует команду управления напряжением постоянного тока, которая является целевым значением напряжения постоянного тока; и блок управления напряжением постоянного тока, который выполняет управление для обеспечения совпадения постоянного напряжения и команды управления напряжением постоянного тока друг с другом, и когда частота электродвигателя переменного тока присутствует в предварительно определенном диапазоне и выходное напряжение второго блока преобразования мощности задается как предварительно определенное значение, меньшее максимального напряжения, которое может выводиться в соответствии с напряжением постоянного тока, блок формирования команды управления напряжением постоянного тока формирует и выводит команду управления напряжением постоянного тока для обеспечения совпадения выходного напряжения второго блока преобразования мощности с предварительно определенным значением.Further, a power conversion device for driving an electric motor according to another aspect of the present invention is configured to include: a first power conversion unit that is connected to an AC power source and converts an AC voltage from an AC power source to a DC voltage; a second power conversion unit, which is connected to the first power conversion unit and converts the DC voltage to AC voltage and outputs the AC voltage to an AC electric motor; a first control unit that controls the first power conversion unit; and a second control unit that controls the second power conversion unit, wherein the second control unit includes: a current control command generation unit that generates, based on at least a torque control command, a current control command for the alternating current electric motor; and a voltage amplitude index calculation unit that calculates, based on the current control command, a voltage amplitude index to be applied to the alternating current motor, and the first control unit includes: a direct current voltage control command generation unit that generates a direct current voltage control command which is the target value of the DC voltage; and a DC voltage control unit that performs control to match the DC voltage and the DC voltage control command with each other, and when the frequency of the AC motor is present in a predetermined range and the output voltage of the second power conversion unit is set to a predetermined value smaller the maximum voltage that can be output in accordance with the DC voltage, block forming anda controlling DC voltage generates and outputs a control command DC voltage to provide a coincidence output voltage of the second power converting unit with a predetermined value.
С помощью устройства преобразования мощности для возбуждения электродвигателя согласно настоящему изобретению сигнал широтно-импульсной модуляции для второго блока преобразования мощности формируется согласно управляющему сигналу, включающему в себя команду управления током, регулируемую посредством величины регулирования текущей команды для регулирования команды управления током и сигнала пульсации для управления составляющей пульсации 2f-составляющей источника питания. Следовательно, предоставляется такое преимущество, что можно выполнять управление подавлением для 2f-составляющей источника питания при одновременном подавлении формирования перегрузки по току или чрезмерно большой пульсации крутящего момента в электродвигателе переменного тока в примере варианта применения, в котором одноимпульсный режим выбирается и используется как состояние переключения схемы инвертора.Using a power conversion device for driving an electric motor according to the present invention, a pulse width modulation signal for a second power conversion unit is generated according to a control signal including a current control command adjustable by a current command amount for adjusting a current control command and a ripple signal for controlling a component ripple of the 2f component of the power source. Therefore, such an advantage is provided that suppression control can be performed for the 2f component of the power supply while suppressing the formation of overcurrent or excessively large ripple of the torque in the AC motor in an example application where the single-pulse mode is selected and used as a switching state of the circuit inverter.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:The invention is further explained in the description of the preferred embodiments with reference to the accompanying drawings, in which:
Фиг.1 изображает схему примера конфигурации устройства преобразования мощности для возбуждения электродвигателя в первом варианте осуществления настоящего изобретения.1 is a diagram of an example configuration of a power conversion device for driving a motor in a first embodiment of the present invention.
Фиг.2 изображает схему примера подробной конфигурации блока формирования команд управления током, показанного на фиг.1.FIG. 2 is a diagram of an example of a detailed configuration of a current control command generation unit shown in FIG. 1.
Фиг.3 изображает схему примера подробной конфигурации блока формирования сигналов широтно-импульсной модуляции/команд управления напряжением, показанного на фиг.1.FIG. 3 is a diagram of an example of a detailed configuration of a pulse width modulation signal generation unit / voltage control command shown in FIG. 1.
Фиг.4 изображает схему примера подробной конфигурации блока вычисления сигналов подавления пульсаций, показанного на фиг.3.FIG. 4 is a diagram of an example of a detailed configuration of a ripple suppression signal calculating unit shown in FIG. 3.
Фиг.5 изображает диаграмму примера внутреннего состояния блока вычисления сигналов подавления пульсаций в первом варианте осуществления.5 is a diagram of an example of an internal state of a ripple suppression signal calculating unit in the first embodiment.
Фиг.6 изображает схему примера подробной конфигурации блока регулирования команд управления током, показанного на фиг.1.FIG. 6 is a diagram of an example of a detailed configuration of a current command control unit shown in FIG. 1.
Фиг.7 изображает укрупненную схему блока формирования команд управления коэффициентом модуляции, показанного на фиг.6.Fig.7 depicts an enlarged diagram of a unit for generating commands for controlling the modulation coefficient shown in Fig.6.
Фиг.8 изображает диаграмму для пояснения соотношения между выходной частотой FINV инвертора и переходом коэффициента PMF модуляции, переходом импульсного режима и переходом работы переключателя выбора (см. фиг.3) в первом варианте осуществления.Fig. 8 is a diagram for explaining the relationship between the inverter output frequency FINV and the modulation factor transition PMF, the pulse mode transition, and the selection switch operation (see Fig. 3) in the first embodiment.
Фиг.9 изображает диаграмму общих характеристик управления синхронных электродвигателей с постоянными магнитами в первом варианте осуществления настоящего изобретения и примере предшествующего уровня техники.Fig. 9 is a diagram of general control characteristics of permanent magnet synchronous motors in a first embodiment of the present invention and a prior art example.
Фиг.10 изображает диаграмму для пояснения режимов управления в первом варианте осуществления настоящего изобретения.10 is a diagram for explaining control modes in the first embodiment of the present invention.
Фиг.11 изображает схему примера конфигурации устройства преобразования мощности для возбуждения электродвигателя во втором варианте осуществления настоящего изобретения.11 is a diagram of an example configuration of a power conversion device for driving a motor in a second embodiment of the present invention.
Фиг.12 изображает схему первого примера конфигурации блока формирования команд управления напряжением постоянного тока во втором варианте осуществления, показанном на фиг.11.12 is a diagram of a first configuration example of a DC voltage command generation unit in the second embodiment shown in FIG. 11.
Фиг.13 изображает схему второго примера конфигурации блока формирования команд управления напряжением постоянного тока во втором варианте осуществления, показанном на фиг.11.FIG. 13 is a diagram of a second configuration example of a DC voltage command generation unit in the second embodiment shown in FIG. 11.
Фиг.14 является диаграммой для пояснения рабочих режимов в примере в предшествующем уровне техники.14 is a diagram for explaining operating modes in an example in the prior art.
Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретенияDescription of preferred embodiments of the invention
Варианты осуществления устройства преобразования мощности для возбуждения электродвигателя согласно настоящему изобретению поясняются подробно ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи. Настоящее изобретение не ограничено вариантами осуществления, поясненными ниже.Embodiments of a power conversion device for driving an electric motor according to the present invention are explained in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to the embodiments explained below.
Первый вариант осуществленияFirst Embodiment
Фиг.1 является схемой примера конфигурации устройства преобразования мощности для возбуждения электродвигателя в первом варианте осуществления настоящего изобретения. На фиг.1 показан пример конфигурации устройства преобразования мощности для возбуждения электродвигателя, которое управляет синхронным электродвигателем с постоянными магнитами в качестве электродвигателя переменного тока.1 is a diagram of an example configuration of a power conversion device for driving a motor in a first embodiment of the present invention. Figure 1 shows an example configuration of a power conversion device for driving an electric motor that controls a permanent magnet synchronous electric motor as an alternating current electric motor.
На фиг.1 устройство 300 преобразования мощности для возбуждения электродвигателя в первом варианте осуществления включает в себя преобразователь 220, выступающий в качестве первого блока преобразования мощности, который принимает однофазное напряжение переменного тока из источника 230 питания переменного тока и преобразует однофазное напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока, конденсатор 1, выступающий в качестве источника питания постоянного тока, инвертор 2, выступающий в качестве второго блока преобразования мощности, который преобразует напряжение постоянного тока из конденсатора 1 в напряжение переменного тока, имеющее произвольную частоту, и электродвигатель 6 переменного тока (в дальнейшем просто называемый "электродвигателем"). В качестве преобразователя 220 однофазный двухуровневый ШИМ-преобразователь, однофазный трехуровневый ШИМ-преобразователь и т.п. является подходящим для применения. В качестве инвертора 2 является подходящим для применения инвертор на основе типа напряжения, такой как трехфазный двухуровневый ШИМ-инвертор или трехфазный трехуровневый ШИМ-инвертор. Поскольку конфигурации силовых схем обоих из преобразователя 220 и инвертора 2 являются общеизвестными, подробное пояснение преобразователя 220 и инвертора 2 опускается.1, a
Источник 230 питания переменного тока является источником питания, который выводит, например, однофазное напряжение в 1-2 кВ переменного тока. Преобразователь 220 является блоком преобразователя напряжения, который принимает однофазное напряжение переменного тока в качестве ввода, преобразует однофазное напряжение переменного тока, например, в напряжение постоянного тока приблизительно в 1500-3000 В и выводит напряжение постоянного тока в конденсатор 1. Напряжение постоянного тока (напряжение конденсатора 1) как вывод преобразователя 220 включает в себя приблизительно 5% пульсации частотной составляющей, в два раза превышающей частоту источника питания источника 230 питания переменного тока (далее называемой "2f-составляющей источника питания").The
Преобразователь 220 как первый блок преобразования мощности принимает однофазное напряжение переменного тока от источника 230 питания переменного тока, преобразует однофазное напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока и выводит напряжение постоянного тока в конденсатор 1. В качестве преобразователя 220 может использоваться так называемый ШИМ-преобразователь, который выполняет преобразование из переменного тока в постоянный с использованием переключающего элемента (не показан), такого как IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором). Поскольку конфигурация силовой схемы преобразователя 220 является общеизвестной, подробное пояснение преобразователя 220 опускается.Converter 220 as a first power conversion unit receives a single-phase AC voltage from
Датчик 214 тока, который детектирует входной ток из источника 230 питания переменного тока, размещается в устройстве 300 преобразования мощности для возбуждения электродвигателя. Входной ток IS, детектируемый посредством датчика 214 тока, вводится в первый блок 200 управления. Управляющий сигнал CG для управления переключающим элементом преобразователя 220 формируется посредством первого блока 200 управления и выводится в преобразователь 220.A
Датчик 8 напряжения, который детектирует напряжение (далее называемое "напряжением на конденсаторе") EFC конденсатора 1, размещается в устройстве 300 преобразования мощности для возбуждения электродвигателя. На выходной линии, соединяющей инвертор 2 и электродвигатель 6, размещаются датчики 3, 4 и 5 тока, которые детектируют электрические токи iu, iv и iw, протекающие к выходной линии. Датчик 7 поворота, который детектирует сигнал (механический угол θm ротора), представляющий состояние поворота ротора, размещается в электродвигателе 6. Эти сигналы детектирования датчиков 3, 4 и 5 тока и датчика 7 поворота вводятся во второй блок 100 управления.A
Может использоваться бессенсорная система вращения, которая вычисляет сигнал положения из детектированного или оцененного значения напряжения, текущего значения и т.п. электродвигателя 6 вместо сигнала (сигнала положения), полученного из датчика 7 поворота. В этом случае датчик 7 вращения является необязательным. Другими словами, получение сигнала состояния поворота не ограничивается использованием датчика 7 поворота.A sensorless rotation system can be used that calculates a position signal from a detected or estimated voltage value, current value, and the like.
Датчики 3, 4 и 5 тока должны быть установлены, по меньшей мере, только в двух фазах. В этом случае ток в оставшейся одной фазе может быть получен посредством вычисления на основе заданных выходных сигналов датчиков тока в двух фазах. Выходной ток инвертора 2 может быть воспроизведен и получен с использованием постоянного тока инвертора 2.The
Стробирующие сигналы U, V, W, X, Y и Z, сформированные посредством второго блока 100 управления, вводятся в инвертор 2. Переключающий элемент, включенный в инвертор 2, подвергается ШИМ-управлению. В качестве инвертора 2 ШИМ-инвертор напряжения является подходящим для использования. Поскольку конфигурация инвертора 2 является общеизвестной, подробное пояснение инвертора 2 опускается.The gate signals U, V, W, X, Y, and Z generated by the
Конфигурация второго блока 100 управления поясняется ниже. Как показано на фиг.1, команда T* управления крутящим моментом вводится во второй блок 100 управления из непоказанного внешнего устройства управления. Этот второй блок 100 управления является компонентом, имеющим функцию управления инвертором 2 таким образом, что сформированный крутящий момент T электродвигателя 6 совпадает с входной командой T* управления крутящим моментом. Второй блок 100 управления включает в себя блок 10 формирования команд управления током, блок 150 вычисления индексов амплитуды напряжения, блок 40 вычисления управляющих фазовых углов, блок 50 формирования сигналов широтно-импульсной модуляции/команд управления напряжением, блок 80 регулирования команды управления током, блок 69 вычисления угловых частот инвертора, блок 95 вычисления опорных фазовых углов и блок 90 преобразования трехфазных координат по dq-осям. Блок 150 вычисления индексов амплитуды напряжения включает в себя блок 20 управления током d-оси, блок 21 вычисления развязки q-оси, блок 22 вычисления помехозащищенности d-оси, блок 23 управления током q-оси и блок 30 вычисления коэффициентов модуляции.The configuration of the
Блок 95 вычисления опорных фазовых углов вычисляет опорный фазовый угол θe из механического угла θm ротора. Блок 90 преобразования трехфазных координат по dq-осям формирует ток id d-оси и ток iq d-оси из трехфазного тока iu, iv и iw, детектируемого посредством датчиков 3, 4 и 5 тока, и опорного фазового угла θe. Блок 69 вычисления угловых частот инвертора вычисляет выходную угловую частоту ω инвертора из опорного фазового угла θe. Блок 10 формирования команд управления током формирует команду id* управления током d-оси и команду iq* управления током q-оси из команды T* управления крутящим моментом, вводимой извне, и регулирующего значения dV команды управления током.The reference phase
Блок 20 управления током d-оси подвергает отклонение id тока между командой id* управления током d-оси и током id d-оси пропорционально-интегральному регулированию и формирует погрешность pde по току d-оси. Блок 21 вычисления развязки q-оси вычисляет прямое напряжение vqFF q-оси из команды id* управления током d-оси и выходной угловой частоты ω инвертора. Блок 22 вычисления помехозащищенности d-оси вычисляет прямое напряжение vdFF d-оси из команды iq* управления током q-оси и выходной угловой частоты ω инвертора. Блок 23 управления током q-оси подвергает отклонение diq тока между командой ip* управления током q-оси и током iq q-оси пропорционально-интегральному регулированию и формирует погрешность pqe по току q-оси. Блок 30 вычисления коэффициентов модуляции вычисляет коэффициент PMF модуляции из команды vd* управления напряжением d-оси, которая является суммой погрешности dpe по току d-оси и прямого напряжения vdFF d-оси, команды vq* управления напряжением q-оси, которая является суммой погрешности pqe по току q-оси и прямого напряжения vqFF q-оси, опорного фазового угла θe и напряжения EFC на конденсаторе.The d-axis
Блок 40 вычисления управляющих фазовых углов вычисляет управляющий фазовый угол θ из команды vd* управления напряжением d-оси, команды vq* управления напряжением q-оси и опорного фазового угла θe. Блок 80 регулирования команд управления током формирует регулирующее значение dV команды управления током из коэффициента PMF модуляции и выходной частоты FINV инвертора. Блок 50 формирования сигналов широтно-импульсной модуляции/команд управления напряжением формирует из коэффициента PMF модуляции, управляющего фазового угла θ и выходной частоты FINV инвертора стробирующие сигналы U, V, W, X, Y и Z в инвертор 2.The control phase angle calculation unit 40 calculates the control phase angle θ from the d-axis voltage control command vd *, the q-axis voltage control command vq * and the phase reference angle θe. The current control
Согласно функциям компонентов, сконфигурированных так, как пояснено выше, блок 150 вычисления индексов амплитуды напряжения формирует коэффициент PMF модуляции, команду vd* управления напряжением d-оси и команду vq* управления напряжением q-оси с использованием отклонения did тока, прямого напряжения vqFF q-оси, прямого напряжения vdFF d-оси, отклонения diq тока, напряжения EFC на конденсаторе и опорного фазового угла θe, выводит коэффициент PMF модуляции в блок 50 формирования сигналов широтно-импульсной модуляции/команд управления напряжением и выводит команду управления напряжением d-оси vd*a и команду vq* управления напряжением q-оси в блок 40 вычисления управляющих фазовых углов.According to the functions of the components configured as explained above, the voltage amplitude
Согласно функциям компонентов, сконфигурированных так, как пояснено выше, второй блок 100 управления формирует стробирующие сигналы U, V, W, X, Y и Z с использованием механического угла θm ротора, трехфазных токов iu, iv и iw, команды T* управления крутящим моментом и напряжения EFC на конденсаторе и выводит стробирующие сигналы U, V, W, X, Y и Z в инвертор 2.According to the functions of the components configured as explained above, the
Подробные конфигурации и работа блоков управления, поясненных выше, поясняются ниже. Во-первых, блок 95 вычисления опорных фазовых углов вычисляет на основе следующей формулы опорный фазовый угол θe как электрический угол из механического угла θm ротора.The detailed configurations and operation of the control units explained above are explained below. Firstly, the reference phase
где PP представляет число пар полюсов электродвигателя 6.where PP represents the number of pole pairs of the
Блок 90 преобразования трехфазных координат по dq-осям формирует, на основе следующей формулы ток id d-оси и ток iq q-оси из трехфазных токов iu, iv и iw и опорного фазового угла θe.The dq-axis three-phase coordinate
Блок 69 вычисления угловых частот инвертора вычисляет, на основе следующей формулы выходную угловую частоту ω инвертора посредством дифференцирования опорного фазового угла θe.The inverter angular frequency calculating unit 69 calculates, based on the following formula, the inverter output angular frequency ω by differentiating the reference phase angle θe.
Когда выходная угловая частота ω инвертора вычисляется, выходная частота FINV инвертора, полученная посредством деления выходной угловой частоты ω инвертора на 2π, также вычисляется.When the inverter output angular frequency ω is calculated, the inverter output frequency FINV obtained by dividing the inverter output angular frequency ω by 2π is also calculated.
Подробная конфигурация и работа блока 10 формирования команд управления током поясняется ниже в отношении фиг.2. Фиг.2 является схемой примера подробной конфигурации блока 10 формирования команд управления током, показанного на фиг.1.The detailed configuration and operation of the current control
Блок 10 формирования команд управления током является компонентом, имеющим функцию формирования, на основе команды T* управления крутящим моментом, вводимой извне, команды id* управления током d-оси и команды iq* управления током q-оси. Блок 10 формирования команд управления током включает в себя блок 11 формирования команд управления базисным током d-оси, блок 15 формирования команд управления током q-оси и сумматор 14. Примеры способа формирования команды id* управления током d-оси и команды iq* управления током q-оси включают в себя способ управления максимальным крутящим моментом/током для формирования максимального крутящего момента с определенным электрическим током и способ управления на основе максимального кпд для поддержания кпд электродвигателя на максимуме. Эти оптимальные способы управления являются способами выполнения управления с использованием частоты вращения электродвигателя, абсолютной величины выходного крутящего момента и т.п. в качестве параметров таким образом, что фактический ток электродвигателя 6 совпадает с предварительно определенной формулой вычисления или оптимальной командой управления током составляющей крутящего момента (командой iq* управления током q-оси) и командой управления током составляющей магнитного потока (командой id* управления током d-оси), полученной посредством сохранения в таблице заранее.The current control
В блоке 10 формирования команд управления током согласно этому варианту осуществления, как показано на фиг.2, команда T* управления крутящим моментом вводится в блок 11 формирования команд управления базисным током d-оси, и формируется команда id1* управления базисным током d-оси как первая команда управления током d-оси. В качестве способа формирования команды id1* управления базисным током d-оси известен способ управления максимальным крутящим моментом, с помощью которого электродвигатель 6 может формировать требуемый крутящий момент с минимальным током. Например, предусмотрен способ получения на основе команды T* управления крутящим моментом оптимальной команды id1* управления базисным током d-оси при обращении к карте и способ получения оптимальной команды id1* управления базисным током d-оси согласно арифметической формуле. В обоих способах блок 11 формирования команд управления базисным током d-оси может конфигурироваться с использованием различных общеизвестных технологий. Следовательно, более подробное пояснение опускается.In the current control
Команда id1* управления базисным током d-оси, сформированная посредством блока 11 формирования команд управления базисным током d-оси, вводится в сумматор 14 и суммируется с регулирующим значением dV команды управления током, посредством чего формируется команда id* управления током d-оси как вторая команда управления током d-оси. Регулирующее значение dV команды управления током, главным образом, принимает отрицательное значение и дает коррекцию в отрицательном направлении для команды id1* управления базисным током d-оси. Поясняя более подробно, регулирующее значение dV команды управления током выступает в качестве управляющего выходного сигнала для выполнения так называемого управления магнитным потоком с ослаблением поля для увеличения команды id* управления током d-оси в отрицательном направлении, формирования магнитного потока в направлении, в котором магнитный поток, сформированный посредством постоянного магнита, включенного в электродвигатель 6, подавляется, и ослабления потокосцепления электродвигателя 6, чтобы понижать напряжение электродвигателя 6. Регулирующее значение dV команды управления током является управляющим выходным сигналом, сформированным посредством блока 80 регулирования команд управления током. Подробная конфигурация блока 80 регулирования команд управления током поясняется ниже.The d-axis base current control command id1 * generated by the d-axis base current control
Команда id* управления током d-оси выводится в блок 150 вычисления индексов амплитуды напряжения как выходной сигнал блока 10 формирования команд управления током и, с другой стороны, вводится в блок 15 формирования команд управления током q-оси. В модуле 15 формирования команд управления током q-оси команда iq* управления током q-оси как первая команда управления током q-оси формируется из команды id* управления током d-оси и команды T* управления крутящим моментом. В качестве способа формирования команды iq* управления током q-оси, аналогично способу формирования команды id1* управления базисным током по d-оси, предусмотрен способ получения оптимальной команды iq* управления током q-оси при обращении к карте и способ получения оптимальной команды iq* управления током q-оси согласно формуле вычисления. В обоих способах блок 15 формирования команд управления током q-оси может конфигурироваться с использованием различных общеизвестных технологий. Следовательно, более подробное пояснение опускается.The d-axis current control command id * is output to the voltage amplitude
Работа блока 150 вычисления индексов амплитуды напряжения поясняется далее. Снова ссылаясь на фиг.1, блок 23 управления током q-оси формирует на основе формулы (4) погрешность pqe по току q-оси, полученную посредством пропорционально-интегрального усиления разности между командой iq* управления током q-оси и током iq q-оси. Блок 20 управления током d-оси формирует на основе формулы (5) погрешность pde по току d-оси, полученную посредством пропорционально-интегрального усиления разности между командой id* управления током d-оси и током id d-оси.The operation of the voltage amplitude
В вышеприведенных формулах K1 и K3 представляют пропорциональные усиления, а K2 и K4 представляют интегральные усиления.In the above formulas, K1 and K3 represent proportional gains, and K2 and K4 represent integral gains.
Согласно необходимости блок 150 вычисления индексов амплитуды напряжения может быть системой управления, которая может выбирать то, используются или нет pqe и pde для управления (т.е. то, заданы или нет значения pqe и pde равными нулю).According to need, the voltage amplitude
Блок 22 вычисления помехозащищенности d-оси вычисляет на основе формулы (6) прямое напряжение vdFF d-оси. Блок 21 вычисления развязки по q-оси вычисляет на основе формулы (7) прямое напряжение vqFF q-оси.The d-axis noise
В вышеприведенных формулах R1 представляет сопротивление первичной обмотки (Ω) электродвигателя 6, Ld представляет индуктивность по d-оси (H), Lq представляет индуктивность по q-оси (H), ϕa представляет магнитный поток постоянного магнита (Wb) и s представляет оператор дифференцирования.In the above formulas, R1 represents the primary resistance (Ω) of the
Блок 30 вычисления коэффициентов модуляции вычисляет на основе следующей формулы коэффициент PMF модуляции как индекс амплитуды напряжения из команды vd* управления напряжением d-оси, которая является суммой погрешности pde по току d-оси и прямого напряжения vdFF d-оси, команды vq* управления напряжением q-оси, которая является суммой погрешности pqe по току q-оси и прямого напряжения vqFF q-оси, опорного фазового угла θe и напряжения EFC на конденсаторе.The modulation coefficient calculation unit 30 calculates, based on the following formula, the modulation coefficient PMF as the voltage amplitude index from the d-axis voltage control command vd *, which is the sum of the pde error in the d-axis current and the d-axis forward voltage vdFF, the voltage control command vq * q-axis, which is the sum of the error pqe in the current of the q-axis and the forward voltage vqFF of the q-axis, the reference phase angle θe and the voltage EFC on the capacitor.
VMmax и VM* в формуле (8) представляются посредством следующих формул:VMmax and VM * in the formula (8) are represented by the following formulas:
Коэффициент PMF модуляции указывает абсолютную величину MV* вектора команд управления выходным напряжением инвертора как отношение к максимальному напряжению VMmax (заданному посредством формулы (9)), которое может выводиться посредством инвертора. Например, в случае PMF=1,0, абсолютная величина VM* вектора команд управления выходным напряжением инвертора равна максимальному напряжению VMmax, которое может выводиться посредством инвертора.The modulation factor PMF indicates the absolute value MV * of the vector of the inverter output voltage control command as a ratio to the maximum voltage VMmax (defined by formula (9)) that can be output by the inverter. For example, in the case of PMF = 1.0, the absolute value VM * of the inverter output control command vector is equal to the maximum voltage VMmax that can be output by the inverter.
Как можно понять из формул (2)-(10), коэффициент PMF модуляции имеет характеристику, которую коэффициент PMF модуляции изменяет согласно команде id* управления током d-оси и команде iq* управления током q-оси, сформированной посредством блока 10 формирования команд управления током.As can be understood from formulas (2) - (10), the modulation coefficient PMF has a characteristic that the modulation coefficient PMF changes according to the d-axis current control command id * and the q-axis current control command iq * generated by the control
Блок 40 вычисления управляющих фазовых углов вычисляет на основе следующей формулы (11) управляющий фазовый угол θ из команды vd* управления напряжением d-оси, которая является суммой погрешности pde по току d-оси и прямого напряжения vdFF d-оси, команды vq* управления напряжением q-оси, которая является суммой погрешности pqe по току q-оси и прямого напряжения vqFF q-оси, и опорного фазового угла θe.The control phase angle calculation unit 40 calculates, on the basis of the following formula (11), the control phase angle θ from the d-axis voltage control command vd *, which is the sum of the error pde in the d-axis current and the d-axis forward voltage vdFF, the control command vq * q-axis voltage, which is the sum of the pqe error in the q-axis current and the forward q-axis voltage vqFF, and the phase reference angle θe.
THV в формуле (11) представляется посредством следующей формулы:The THV in formula (11) is represented by the following formula:
Конфигурация и работа блока 50 формирования сигналов широтно-импульсной модуляции/команд управления напряжением поясняется в отношении фиг.3. Фиг.3 является схемой примера подробной конфигурации блока 50 формирования сигналов широтно-импульсной модуляции/команд управления напряжением, показанного на фиг.1.The configuration and operation of the pulse width modulation signal generation /
Как показано на фиг.3, блок 50 формирования сигналов широтно-импульсной модуляции/команд управления напряжением включает в себя блок 71 вычисления сигналов подавления пульсаций, который принимает напряжение EFC на конденсаторе в качестве ввода и формирует сигнал BTPMFCMP подавления пульсаций. Блок 50 формирования сигналов широтно-импульсной модуляции/команд управления напряжением умножает коэффициент PMF модуляции на сигнал BTPMFCMP подавления пульсаций, чтобы формировать PMFM, который является сигналом команды управления амплитудой команд управления напряжением. Конфигурация блока 71 вычисления сигналов подавления пульсаций поясняется ниже.As shown in FIG. 3, the pulse width modulation signal / voltage control
Блок 55 вычисления команд управления напряжением формирует на основе следующей формулы команду Vu* управления напряжением U-фазы, команду Vv* управления напряжением V-фазы и команду Vw* управления напряжением W-фазы, которые являются командами управления трехфазным напряжением, из сигнала PMFM и управляющего фазового угла θ.The voltage control
Абсолютные величины команды Vu* управления напряжением U-фазы, команды Vv* управления напряжением V-фазы и команды Vw* управления напряжением W-фазы, сформированных посредством блока 55 вычисления команд управления напряжением, сравниваются с несущим сигналом CAR посредством модулей 61-63 сравнения. Формируются стробирующие сигналы U, V и W и инвертированные стробирующие сигналы X, Y и Z, инвертированные через инвертирующие схемы 64-66.The absolute values of the U-phase voltage control command Vu *, the V-phase voltage control command Vv * and the W-phase voltage control command Vw * generated by the voltage control
Несущий сигнал CAR является одним из сигналов, выбранных в переключателе 59 выбора посредством процессора 60 импульсного режима, выступающего в качестве блока переключения импульсного режима. Любой из асинхронного многоимпульсного (в общем, приблизительно 1 кГц) несущего сигнала A, сформированного посредством блока 57 формирования асинхронного многоимпульсного несущего сигнала, синхронного трехимпульсного несущего сигнала B, сформированного посредством блока 58 формирования синхронной трехимпульсной несущей, и нулевого значения C, выбранного в синхронном одноимпульсном режиме, выбирается через переключатель 59 выбора. Асинхронный многоимпульсный несущий сигнал A и синхронный трехимпульсный несущий сигнал B принимают значения от -1 до 1, центрированные около нуля.The carrier signal CAR is one of the signals selected in the
Процессор 60 переключения импульсного режима переключает переключатель 59 выбора согласно значениям коэффициента PMF модуляции и управляющего фазового угла θ. В частности, в области, в которой коэффициент PMF модуляции является низким (равен или меньше 0,785), переключатель 59 выбора переключается на сторону асинхронного многоимпульсного несущего сигнала A для выбора асинхронного многоимпульсного режима. Когда коэффициент PMF модуляции больше 0,785 и меньше 1,0, переключатель 59 выбора переключается на сторону синхронного трехимпульсного несущего сигнала B для выбора синхронного импульсного режима. Когда коэффициент PMF модуляции достигает приблизительно 1,0 (коэффициент PMF модуляции может быть 0,99 и т.п., а не только 1,0), переключатель 59 выбора переключается на сторону нулевого значения C. При такой конфигурации, во время, когда коэффициент PMF модуляции равен приблизительно 1,0, можно автоматически переключать импульсный режим на синхронный одноимпульсный режим. Наоборот, когда коэффициент PMF модуляции меньше приблизительно 1,0, можно автоматически переключать импульсный режим на синхронный трехимпульсный режим. Другими словами, можно легко осуществлять переход выходного напряжения инвертора 2 от минимума до максимума.The pulse
При переключении импульсного режима сигналом, к которому обращается процессор 60 переключения импульсного режима, предпочтительно является коэффициент PMF модуляции, который является сигналом до того, как сигнал BTPMFCMP подавления пульсаций, поясняемый ниже, отражается. Посредством выполнения конфигурации, в которой обращаются к коэффициенту PMF модуляции, можно предотвращать нестабильность операции переключения импульсного режима посредством процессора 60 переключения импульсного режима.When switching the pulse mode, the signal addressed by the
Синхронный трехимпульсный режим является импульсным режимом, необходимым для вывода напряжения, имеющего коэффициент PMF модуляции, равный или превышающий 0,785, который не может выводиться в асинхронном многоимпульсном режиме. Если способ перемодуляции используется в асинхронном многоимпульсном режиме, синхронном пятиимпульсном режиме, синхронном девятиимпульсном режиме и т.п., можно выводить напряжение, эквивалентное напряжению в синхронном трехимпульсном режиме. Тем не менее, когда этот способ используется, коэффициент PMF модуляции и выходное напряжение инвертора 2 являются чрезвычайно нелинейными. Следовательно, необходимо корректировать эту нелинейность. Имеется неудобство в том, что конфигурация является сложной.A three-pulse synchronous mode is a pulse mode necessary for outputting a voltage having a PMF modulation factor equal to or greater than 0.785, which cannot be output in an asynchronous multi-pulse mode. If the overmodulation method is used in asynchronous multi-pulse mode, synchronous five-pulse mode, synchronous nine-pulse mode, etc., it is possible to output a voltage equivalent to the voltage in synchronous three-pulse mode. However, when this method is used, the modulation factor PMF and the output voltage of the
В вышеуказанном пояснении порог коэффициента PMF модуляции для переключения асинхронного многоимпульсного несущего сигнала и синхронного трехимпульсного несущего сигнала задается равным 0,785. Тем не менее, может использоваться пороговое значение, отличное от 0,785.In the above explanation, the threshold of the modulation coefficient PMF for switching the asynchronous multi-pulse carrier signal and the synchronous three-pulse carrier signal is set to 0.785. However, a threshold value other than 0.785 may be used.
Как пояснено ниже, несущий сигнал CAR по сравнению с командами управления напряжением имеет, по меньшей мере, асинхронный многоимпульсный несущий сигнал и синхронный несущий сигнал. Несущий сигнал CAR может выбираться согласно импульсному режиму, выбранному посредством процессора 60 импульсного режима, выступающего в качестве блока управления импульсного режима.As explained below, the carrier signal CAR in comparison with the voltage control commands has at least an asynchronous multi-pulse carrier signal and a synchronous carrier signal. The carrier signal CAR may be selected according to the pulse mode selected by the
Асинхронный многоимпульсный несущий сигнал является несущим сигналом, определяющим частоту независимо от выходной частоты FINV инвертора. Частота составляет приблизительно 1000 Гц.An asynchronous multi-pulse carrier signal is a carrier signal that determines the frequency regardless of the inverter output frequency FINV. The frequency is approximately 1000 Hz.
Частота синхронного несущего сигнала, такого как синхронный трехимпульсный несущий сигнал, определяется как функция от выходной частоты FINV инвертора таким образом, что число импульсов и положения импульсов, включенных в выходное напряжение инвертора, являются идентичными в полупериоде положительной стороны и полупериоде отрицательной стороны выходного напряжения инвертора. В этом варианте осуществления поясняется пример, в котором только синхронный трехимпульсный несущий сигнал используется как синхронный несущий сигнал. Тем не менее, синхронный несущий сигнал может быть, например, синхронным пятиимпульсным несущим сигналом и т.п., помимо синхронного трехимпульсного несущего сигнала. Множество синхронных несущих сигналов может быть подготовлено и включено согласно необходимости.The frequency of a synchronous carrier signal, such as a three-pulse synchronous carrier signal, is determined as a function of the inverter output frequency FINV so that the number of pulses and the position of the pulses included in the inverter output voltage are identical in the half-cycle of the positive side and the half-cycle of the negative side of the inverter output voltage. In this embodiment, an example is explained in which only a synchronous three-pulse carrier signal is used as a synchronous carrier signal. However, the synchronous carrier signal may be, for example, a synchronous five-pulse carrier signal and the like, in addition to a synchronous three-pulse carrier signal. A plurality of synchronous carrier signals may be prepared and included as needed.
В состоянии, в котором выбирается асинхронный многоимпульсный режим, когда выходная частота FINV инвертора располагается около частоты асинхронного многоимпульсного несущего сигнала, сокращается число импульсов, включенных в полупериод выходного напряжения инвертора. Частота асинхронного многоимпульсного несущего сигнала является значением, определенным независимо от выходной частоты FINV инвертора. Следовательно, когда электродвигатель 6 возбуждается в этом состоянии, количества импульсов и положения импульсов, соответственно включенных в положительный полупериод и отрицательный полупериод выходного напряжения инвертора, выводятся из равновесия или временно колеблются, и положительная и отрицательная симметрия напряжения, приложенного к электродвигателю 6, нарушается. Колебание тока и пульсация крутящего момента возникают в электродвигателе 6, что вызывает шум и колебания.In the state in which the asynchronous multipulse mode is selected, when the inverter output frequency FINV is near the frequency of the asynchronous multipulse carrier signal, the number of pulses included in the half-period of the inverter output voltage is reduced. The frequency of the asynchronous multi-pulse carrier signal is a value determined independently of the inverter output frequency FINV. Therefore, when the
С другой стороны, когда используется синхронный несущий сигнал, количества импульсов и положения импульсов, соответственно включенных в положительный полупериод и отрицательный полупериод выходного напряжения инвертора, равны, и обеспечивается положительная и отрицательная симметрия напряжения, приложенного к электродвигателю 6. Следовательно, можно препятствовать возникновению колебания тока и пульсации крутящего момента в электродвигателе 6 и стабильно возбуждать электродвигатель 6.On the other hand, when a synchronous carrier signal is used, the number of pulses and the position of the pulses respectively included in the positive half cycle and the negative half cycle of the inverter output voltage are equal, and the positive and negative symmetry of the voltage applied to the
Относительно синхронного одноимпульсного режима число импульсов, включенных в полупериод выходного напряжения инвертора, всегда равно одному и является фиксированным без временного изменения. Следовательно, число импульсов и положения импульсов являются идентичными в положительном полупериоде и отрицательном полупериоде выходного напряжения инвертора. Может обеспечиваться положительная и отрицательная симметрия напряжения, приложенного к электродвигателю 6. Следовательно, нет опасения того, что колебание тока и пульсация крутящего момента возникают в электродвигателе 6.Regarding the synchronous single-pulse mode, the number of pulses included in the half-cycle of the inverter output voltage is always equal to one and is fixed without a temporary change. Therefore, the number of pulses and the position of the pulses are identical in the positive half cycle and negative half cycle of the inverter output voltage. Positive and negative symmetry of the voltage applied to the
Может быть добавлена конфигурация для точного регулирования распределения по времени переключения для импульсного режима согласно управляющему фазовому углу θ. Предоставляется такое преимущество, что можно подавлять пульсацию тока электродвигателя в ходе переключения импульсного режима.A configuration may be added to precisely control the switching time distribution for the pulse mode according to the control phase angle θ. Such an advantage is provided that it is possible to suppress the ripple of the motor current during the switching of the pulse mode.
Конфигурация и работа блока 71 вычисления сигналов подавления пульсаций, выступающего в качестве блока формирования сигналов подавления пульсаций, поясняется в отношении фиг.4. Фиг.4 является схемой примера подробной конфигурации блока 71 вычисления сигналов подавления пульсаций, показанного на фиг.3.The configuration and operation of the ripple suppression
В блоке 71 вычисления сигналов подавления пульсаций, как показано на фиг.4, напряжение EFC на конденсаторе вводится в полосовой фильтр (далее называемый "BPF") 72. Напряжение EFC на конденсаторе фильтруется посредством BPF 72, и формируется сигнал EFCBP1. BPF 72 задается таким образом, что 2f-составляющая частоты источника питания источника 230 питания переменного тока может эффективно извлекаться.In the ripple suppression
В сумматоре 73 формируется сигнал EFCBP2 как сумма сформированного сигнала EFCBP1 и команды EFC* управления напряжением на конденсаторе, которая является командой управления напряжением для конденсатора 1. Команда EFC* управления напряжением на конденсаторе является целевым значением напряжения EFC на конденсаторе в момент, когда преобразователь 220 выполняет управление для преобразования напряжения переменного тока источника 230 питания переменного тока в напряжение постоянного тока (=напряжение EFC на конденсаторе). Обычно команда EFC* управления напряжением на конденсаторе принимает значение приблизительно в 1500-3000 В.In the
Вместо команды EFC* управления напряжением на конденсаторе может быть сформирован сигнал, полученный посредством прохождения напряжения EFC на конденсаторе через LPF (не показан) и удаления переменной составляющей тока, чтобы оставлять только постоянную составляющую тока. Этот сигнал может прибавляться к сигналу EFCBP1 посредством сумматора 73, чтобы формировать сигнал EFCBP2.Instead of the capacitor voltage control command EFC *, a signal can be generated by passing the voltage EFC on the capacitor through an LPF (not shown) and removing the variable current component to leave only the constant current component. This signal may be added to the signal EFCBP1 by the
Команда EFC* управления напряжением на конденсаторе и сигнал EFCBP2, который является выводом сумматора 73, вводятся в делитель 74. В делителе 74 команда EFC* управления напряжением на конденсаторе делится на сигнал EFCBP2. Результат деления выводится как сигнал BTPMFCMP подавления пульсаций.The capacitor voltage control command EFC * and the signal EFCBP2, which is the output of the
Аналогично сигналу EFCBP2 вместо команды EFC* управления напряжением на конденсаторе может быть сформирован сигнал, полученный посредством прохождения напряжения EFC на конденсаторе через LPF (не показан) и удаления переменной составляющей тока, чтобы оставлять только постоянную составляющую тока. Этот сигнал может быть разделен на сигнал EFCBP2 посредством делителя 74, чтобы формировать сигнал BTPMFCMP подавления пульсаций.Similarly to the signal EFCBP2, instead of the capacitor voltage control command EFC *, a signal can be generated by passing the voltage EFC on the capacitor through an LPF (not shown) and removing the AC component to leave only the DC component of the current. This signal can be divided into EFCBP2 by a
Сигнал BTPMFCMP подавления пульсаций, полученный таким образом, указывает обратное число соотношения напряжения EFCBP2 на конденсаторе, включающего в себя составляющую пульсации 2f-составляющей источника питания, к составляющей постоянного тока напряжения EFC на конденсаторе.The ripple suppression signal BTPMFCMP thus obtained indicates the inverse of the ratio of the voltage EFCBP2 on the capacitor including the ripple component of the 2f component of the power supply to the DC component of the EFC voltage on the capacitor.
Фиг.5 является диаграммой примера внутреннего состояния блока 71 вычисления сигналов подавления пульсаций в первом варианте осуществления. На фиг.5 внутреннее состояние, в котором центральное значение напряжения EFC на конденсаторе составляет 3000 В, показано в качестве примера.5 is a diagram of an example of an internal state of a ripple suppression
Как показано на фиг.5, напряжение EFC на конденсаторе включает в себя, вместе с 2f-составляющей источника питания составляющую пульсации, сформированную посредством операции переключения преобразователя 220 и имеющего частоту выше частоты 2f-составляющей источника питания (см. волнообразную форму в верхней ступенчатой части фигуры).As shown in FIG. 5, the EFC voltage across the capacitor includes, together with the 2f component of the power source, a ripple component formed by the switching operation of the converter 220 and having a frequency higher than the frequency of the 2f component of the power source (see the waveform in the upper step figures).
Сигнал EFCBP1 является сигналом, из которого составляющая пульсации удаляется посредством функции BPF 72, и включающим в себя только 2f-составляющую источника питания (см. волнообразную форму в средней верхней части чертежа).The EFCBP1 signal is a signal from which the ripple component is removed by means of the BPF 72 function and includes only the 2f component of the power supply (see the waveform in the upper middle part of the drawing).
Сигнал EFCBP2 является значением, полученным посредством прибавления EFC*, которая является командой управления напряжением на конденсаторе, к сигналу EFCBP1. Только 2f-составляющая источника питания включается в сигнал EFCBP2 как составляющая колебания (см. волнообразную форму в средней нижней ступенчатой части фигуры).The signal EFCBP2 is the value obtained by adding EFC *, which is the capacitor voltage control command, to the signal EFCBP1. Only the 2f component of the power source is included in the EFCBP2 signal as a component of the oscillation (see the wave-like shape in the middle lower step part of the figure).
Можно видеть, что сигнал BTPMFCMP подавления пульсаций указывает обратное число напряжения EFCBP2 на конденсаторе, включающего в себя составляющую пульсации 2f-составляющей источника питания, относительно составляющей постоянного тока напряжения EFC на конденсаторе (см. волнообразную форму в средней нижней ступенчатой части фигуры).You can see that the ripple suppression signal BTPMFCMP indicates the reciprocal of the capacitor EFCBP2 voltage, which includes the ripple component of the 2f component of the power supply, relative to the DC component of the EFC voltage on the capacitor (see the wave-like shape in the middle lower step part of the figure).
Сигнал BTPMFCMP подавления пульсаций, который является выводом блока 71 вычисления сигналов подавления пульсаций, вводится в умножитель 70 блока 50 формирования сигналов широтно-импульсной модуляции/команд управления напряжением и умножается на коэффициент PMF модуляции (см. фиг.3). Посредством умножения сигнала BTPMFCMP подавления пульсаций на коэффициент PMF модуляции можно формировать сигнал PMFM команды управления амплитудой команд управления напряжением для подавления составляющей пульсации 2f-составляющей источника питания напряжения EFC на конденсаторе.The ripple suppression signal BTPMFCMP, which is the output of the ripple suppression
Как показано на фиг.3, команды управления выходным напряжением в инвертор 2 формируются на основе сигнала PMFM команды управления амплитудой команд управления напряжением. Таким образом, можно регулировать ширину импульса напряжения, выводимого посредством инвертора, чтобы подавлять 2f-составляющую источника питания. Следовательно, можно разрешать проблему в том, что электродвигатель переменного тока формирует перегрузку по току, и чрезмерно большая пульсация крутящего момента возникает в области, в которой выходная частота FINV инвертора и частота 2f-составляющей источника питания располагаются близко друг к другу.As shown in FIG. 3, the output voltage control commands to the
Конфигурация и работа блока 80 регулирования команд управления током поясняется в отношении фиг.6. Фиг.6 является схемой примера подробной конфигурации блока 80 регулирования команд управления током, показанного на фиг.1.The configuration and operation of the current
Блок 80 регулирования команд управления током является компонентом, имеющим функцию формирования на основе выходной частоты FINV инвертора, регулирующего значения dV команды управления током. Блок 80 регулирования команд управления током включает в себя, как показано на фиг.6, блок 85 формирования команд управления коэффициентом модуляции, блок 84 вычитания, блок 81 ограничения и усилитель 82 (имеющий усиление K).The current
Блок 85 формирования команд управления коэффициентом модуляции работает как блок формирования целевых команд управления амплитудой напряжения и формирует на основе выходной частоты FINV инвертора команду PMF* управления коэффициентом модуляции, которая является целевой командой управления амплитудой напряжения. Блок 84 вычитания выводит значение, полученное посредством вычитания коэффициента PMF модуляции из команды PMF* управления коэффициентом модуляции. Блок 81 ограничения принимает вывод блока 84 вычитания как входной сигнал. Когда знак входного сигнала является плюсом, блок 81 ограничения задает вывод равным нулю. Когда знак входного сигнала является минусом, блок 81 ограничения непосредственно выводит входной сигнал. Усилитель 82 (имеющий усиление K) усиливает выходной сигнал и выводит усиливаемый сигнал как регулирующее значение dV команды управления током. Регулирующее значение dV команды управления током представляется, как указано посредством следующей формулы:The modulation factor control command generation unit 85 functions as a voltage amplitude control command generation command generation unit and generates a modulation factor control command PMF *, which is a voltage amplitude control target command, based on the inverter output frequency FINV. The subtracting
где LIM() представляет функцию для ограничения верхнего и нижнего пределов значения в круглых скобках согласно способу, поясненному выше.where LIM () represents a function for restricting the upper and lower limits of a value in parentheses according to the method explained above.
Конфигурация и работа блока 85 формирования команд управления коэффициентом модуляции поясняется в отношении фиг.7. Фиг.7 является укрупненной схемой блока 85 формирования команд управления коэффициентом модуляции, показанного на фиг.6.The configuration and operation of the modulation coefficient control command generation unit 85 is explained with respect to FIG. FIG. 7 is an enlarged diagram of a modulation coefficient control instruction generation unit 85 shown in FIG. 6.
Как пояснено выше, блок 85 формирования команд управления коэффициентом модуляции формирует на основе выходной частоты FINV входного инвертора команду PMF* управления коэффициентом модуляции. Как показано на фиг.7, команда PMF* управления коэффициентом модуляции задается, например, равной 0,95 в области, в которой выходная частота FINV инвертора имеет значение в рамках 120 Гц (120 Гц ± 30 Гц), и задается равной 1,0 в других областях.As explained above, the modulation factor control command generation unit 85 generates a modulation coefficient control command PMF * based on the output frequency FINV of the input inverter. As shown in FIG. 7, the modulation factor control command PMF * is set, for example, to 0.95 in a region in which the inverter output frequency FINV has a value within 120 Hz (120 Hz ± 30 Hz), and is set to 1.0 in other areas.
Посредством конфигурирования блока 85 формирования команд управления коэффициентом модуляции таким образом, когда выходная частота FINV инвертора находится в области приблизительно 120 Гц (120 Гц ± 30 Гц), можно формировать и управлять регулирующим значением dV команды управления током таким образом, что коэффициент PMF модуляции равен 0,95.By configuring the modulation factor control command generation unit 85 so that when the inverter output frequency FINV is in the region of approximately 120 Hz (120 Hz ± 30 Hz), the control value dV of the current control command can be generated and controlled such that the modulation coefficient PMF is 0 , 95.
Область, в которой коэффициент PMF модуляции задается равным 0,95, поясняется как область, в которой выходная частота FINV инвертора имеет значение в рамках 120 Гц (120 Гц ± 30 Гц). Тем не менее, это является примером, в котором частота источника 230 питания переменного тока составляет 60 Гц. Это обусловлено тем, что 120 Гц эквивалентны 2f-составляющей в 60 Гц. С другой стороны, когда частота источника 230 питания переменного тока составляет 50 Гц, поскольку 2f-составляющая составляет 100 Гц, область, в которой коэффициент PMF модуляции задается равным 0,95, является областью, в которой выходная частота FINV инвертора составляет 100 Гц (100 Гц ± 30 Гц).The region in which the PMF modulation factor is set to 0.95 is explained as the region in which the inverter output frequency FINV has a value within 120 Hz (120 Hz ± 30 Hz). However, this is an example in which the frequency of the
При конфигурации на основе фиг.6 и 7, в точке, когда коэффициент PMF модуляции превышает предварительно определенную команду PMF* управления коэффициентом модуляции, входной сигнал в блок 81 ограничения сокращается так, чтобы быть равным или меньшим нуля, и может быть сформировано отрицательное регулирующее значение dV команды управления током. Следовательно, можно выполнять управление магнитным потоком с ослаблением для обеспечения совпадения выходного напряжения инвертора 2 со значением, заданным посредством команды PMF* управления коэффициентом модуляции.In the configuration based on FIGS. 6 and 7, at the point where the modulation factor PMF exceeds a predetermined modulation factor control command PMF *, the input to the restriction unit 81 is reduced to be equal to or less than zero, and a negative control value may be generated dV current control commands. Therefore, it is possible to control the magnetic flux with attenuation to ensure that the output voltage of the
В частности, когда команда управления напряжением имеет допустимый запас относительно максимального выходного напряжения инвертора 2, регулирующее значение dV команды управления током не выводится. В точке, когда коэффициент PMF модуляции превышает команду PMF* управления коэффициентом модуляции (точке, когда команда управления напряжением превышает максимальное напряжение, заданное посредством команды PMF* управления коэффициентом модуляции), отрицательное значение возникает в выводе блока 81 ограничения, и выводится регулирующее значение dV команды управления током. Следовательно, необязательный ток id d-оси не подается, и электрический ток электродвигателя 6 может быть минимизирован.In particular, when the voltage control command has a margin relative to the maximum output voltage of the
Фиг.8 является диаграммой для пояснения соотношения между выходной частотой FINV инвертора и переходом коэффициента PMF модуляции, переходом импульсного режима и переходом работы переключателя 59 выбора (см. фиг.3) в первом варианте осуществления. Ускорение транспортного средства с электродвигателем из остановленного состояния поясняется в качестве примера ниже.FIG. 8 is a diagram for explaining the relationship between the inverter output frequency FINV and the modulation factor transition PMF, the pulse mode transition, and the operation transition of the selection switch 59 (see FIG. 3) in the first embodiment. The acceleration of a vehicle with an electric motor from a stopped state is explained as an example below.
Как показано на фиг.8, когда транспортное средство с электродвигателем движется на низкой скорости, т.е. когда выходная частота FINV инвертора является низкой, коэффициент PMF модуляции является небольшим, импульсный режим является асинхронным многоимпульсным режимом, и A выбирается как переключатель 59 выбора. С другой стороны, когда скорость транспортного средства с электродвигателем увеличивается, и коэффициент PMF модуляции увеличивается так, чтобы быть равным или большим 0,785, выходное напряжение инвертора 2 насыщается в асинхронном многоимпульсном режиме. Следовательно, переключатель 59 выбора переключается в B, и импульсный режим переключается в синхронный трехимпульсный режим. Когда скорость транспортного средства с электродвигателем дополнительно увеличивается, и коэффициент PMF модуляции достигает 1,0, переключатель 59 выбора переключается в C, и импульсный режим переключается в синхронный одноимпульсный режим.As shown in FIG. 8, when a vehicle with an electric motor moves at a low speed, i.e. when the inverter output frequency FINV is low, the modulation coefficient PMF is small, the pulse mode is an asynchronous multi-pulse mode, and A is selected as a
Замедление транспортного средства с электродвигателем посредством применения рекуперативного торможения не показывается на чертеже. Тем не менее, согласно порядку, противоположному порядку, поясненному выше, импульсный режим переходит из синхронного одноимпульсного режима в синхронный трехимпульсный режим и асинхронный многоимпульсный режим. Переключатель 59 выбора переключается в порядке C, B и A.Slowing a vehicle with an electric motor through the application of regenerative braking is not shown in the drawing. However, according to an order opposite to that explained above, the pulse mode changes from a synchronous single-pulse mode to a synchronous three-pulse mode and an asynchronous multi-pulse mode. The
Преимущества устройства преобразования мощности для возбуждения электродвигателя согласно этому варианту осуществления поясняются относительно операций управления для компонентов, поясненных выше.The advantages of a power conversion device for driving an electric motor according to this embodiment are explained with respect to control operations for the components explained above.
Фиг.9 является диаграммой общих характеристик управления синхронных электродвигателей с постоянными магнитами в первом варианте осуществления настоящего изобретения и примере в предшествующем уровне техники. Характеристики управления, показанные на фиг.9, являются характеристиками управления относительно синхронных электродвигателей с постоянными магнитами, разработанными для транспортных средств с электродвигателем. Предполагается, что максимальный выходной крутящий момент составляет 1500 ньютон-метров, а входное напряжение EFC составляет 3000 В. Синхронный электродвигатель с постоянными магнитами, работающий согласно другим параметрам, допускает аналогичные характеристики.9 is a diagram of general control characteristics of permanent magnet synchronous motors in a first embodiment of the present invention and an example in the prior art. The control characteristics shown in FIG. 9 are control characteristics with respect to permanent magnet synchronous motors designed for electric vehicles. It is assumed that the maximum output torque is 1,500 Newton meters, and the input voltage of the EFC is 3,000 V. A permanent magnet synchronous motor operating in accordance with other parameters allows similar characteristics.
На фиг.9 абсцисса представляет ток id d-оси, и ордината представляет ток iq q-оси. Множество кривых (сплошные линии), присутствующих от части сверху справа до части снизу слева на чертеже, являются фиксированными кривыми крутящего момента и являются кривыми, указывающими соотношение между током id d-оси и током iq q-оси при соответствующих крутящих моментах T, описанных в левом конце чертежа (соотношение между векторами тока). Кривая (пунктирная линия) от части сверху слева до части снизу справа на чертеже является кривой, указывающей режим минимального тока, и является кривой, на которой минимизируется ток электродвигателя, когда выводится определенный крутящий момент T. Другими словами, кривая является кривой, указывающей режим, при котором возможно так называемое управление максимальным крутящим моментом/током для формирования максимального крутящего момента с минимальным током.In Fig. 9, the abscissa represents the current id of the d-axis, and the ordinate represents the current iq of the q-axis. The many curves (solid lines) present from the part from the top right to the part from the bottom left of the drawing are fixed torque curves and are curves indicating the relationship between the d-axis id current and the q-axis current iq at the corresponding torques T described in left end of the drawing (relation between current vectors). The curve (dashed line) from the part from the top left to the part from the bottom right in the drawing is a curve indicating the minimum current mode, and is a curve on which the motor current is minimized when a certain torque T is output. In other words, the curve is a curve indicating the mode, in which the so-called maximum torque / current control is possible to generate maximum torque with minimum current.
Если вектор тока управляется до точки пересечения кривой, указывающей режим минимального тока, и фиксированной кривой крутящего момента, можно получать крутящий момент T с минимальным током. Посредством выполнения такого управления предоставляется такое преимущество, что можно минимизировать потери в обмотке и потери в инверторе электродвигателя 6, когда получается определенный крутящий момент T, и можно уменьшать размер и вес электродвигателя 6 и инвертора 2. Например, когда требуется выводить крутящий момент T в 1000 ньютон-метров, если управление по току выполняется посредством инвертора 2 таким образом, что ток id d-оси находится близко с -125 А, и ток iq q-оси находится близко с 225 А (точка P1, показанная на чертеже), 1000 ньютон-метров могут быть сформированы посредством минимального тока.If the current vector is controlled to the intersection of the curve indicating the minimum current mode and the fixed torque curve, it is possible to obtain a torque T with minimum current. By performing such control, such an advantage is provided that it is possible to minimize winding losses and losses in the inverter of the
На чертеже кривые (линии с попеременными длинным и коротким тире), нарисованные в форме возвышенности, являются предельными кривыми напряжения, которые являются фиксированными кривыми наведенного напряжения, и являются кривыми, указывающими соотношение между током id d-оси и током iq q-оси, при котором напряжение на контактных выводах электродвигателя 6 максимизируется при определенной выходной частоте FINV инвертора (соотношение между векторами тока). На чертеже показаны предельные кривые напряжения в пяти случаях (60 Гц, 90 Гц, 120 Гц, 150 Гц и 180 Гц), в которых выходная частота FINV инвертора задается как параметр при условии, что входное напряжение EFC инвертора 2 задается равным 3000 В.In the drawing, the curves (lines with alternating long and short dashes) drawn in the form of an elevation are limit voltage curves, which are fixed induced voltage curves, and are curves indicating the relationship between the d-axis id current and q-axis iq current, wherein the voltage at the contact terminals of the
Комбинация тока id d-оси и тока iq q-оси, которая может логически выбираться (вектор тока), находится на внутренней стороне предельных кривых напряжения (в нижней стороне кривых). Когда электродвигатель 6 работает с векторами тока, присутствующими на линиях предельных кривых напряжения, линейное напряжение электродвигателя 6 максимизируется (т.е. состояние, в котором коэффициент PMF модуляции инвертора 2 равен 1,0, и выводится максимальное напряжение). Крутящий момент T, который может выводиться на этом этапе, является крутящим моментом T в точке пересечения предельной кривой напряжения и фиксированной кривой крутящего момента.The combination of the d-axis current id and q-axis current iq, which can be logically selected (current vector), is located on the inside of the voltage limit curves (in the lower side of the curves). When the
Когда электродвигатель 6 работает с векторами тока, присутствующими на внутренней стороне (нижней стороне) предельных кривых напряжения, линейное напряжение электродвигателя 6 принимает значение, равное или большее нуля и меньшее максимального значения (т.е. коэффициент PMF модуляции инвертора 2 меньше 1,0).When the
Векторы тока, присутствующие на внешней стороне предельных кривых напряжения (верхней стороне кривых), не могут выбираться, поскольку векторы тока находятся в области, превышающей максимальное выходное напряжение инвертора 2.Current vectors present on the outer side of the limit voltage curves (upper side of the curves) cannot be selected, since the current vectors are in the region exceeding the maximum output voltage of the
Как можно понять из предельных кривых напряжения при выходных частотах инвертора FINV (60 Гц, 90 Гц, 120 Гц, 150 Гц и 180 Гц) в этих пяти случаях, показанных на фиг.9, по мере того как скорость электродвигателя 6 увеличивается и выходная частота FINV инвертора увеличивается, предельные кривые напряжения перемещаются к нижней стороне чертежа, векторы тока, которые могут выбираться, ограничиваются, и максимальное значение крутящего момента T, который может выводиться, сокращается. По мере того как выходная частота FINV инвертора увеличивается, крутящий момент T, который может быть сформирован на кривой, указывающей режим минимального тока, также понижается.As can be understood from the limiting voltage curves at the output frequencies of the FINV inverter (60 Hz, 90 Hz, 120 Hz, 150 Hz and 180 Hz) in these five cases, shown in Fig. 9, as the speed of the
Когда напряжение EFC на конденсаторе повышается, предельная кривая напряжения при идентичной выходной частоте FINV инвертора перемещается к верхней стороне на чертеже. Когда напряжение EFC на конденсаторе падает, предельная кривая напряжения при идентичной выходной частоте FINV инвертора перемещается к нижней стороне на чертеже.When the EFC voltage across the capacitor rises, the voltage limit curve at the identical inverter output frequency FINV moves to the upper side in the drawing. When the EFC voltage across the capacitor drops, the voltage limit curve at the identical inverter output frequency FINV moves to the lower side in the drawing.
Например, когда выходная частота FINV инвертора составляет 60 Гц, рабочая точка, удовлетворяющая режиму минимального тока при максимальном крутящем моменте 1500 ньютон-метров (около тока id d-оси = -175 A, около тока iq q-оси = 295 A, точка A на чертеже), является точкой, достаточно удаленной к нижней стороне от предельной кривой напряжения.For example, when the inverter output frequency FINV of the inverter is 60 Hz, an operating point satisfying the minimum current mode with a maximum torque of 1500 Newton meters (near d-axis id current = -175 A, near q-axis current iq = 295 A, point A in the drawing), is a point sufficiently remote to the lower side of the limit voltage curve.
С другой стороны, когда выходная частота FINV инвертора составляет 150 Гц, максимальный крутящий момент, который может быть сформирован, составляет приблизительно 1200 ньютон-метров (точка P2 на чертеже) около тока id d-оси = -245 A и около тока iq q-оси = 200 A на предельной кривой напряжения. Аналогично, максимальный крутящий момент, который может быть сформирован в режиме минимального тока, составляет приблизительно 930 ньютон-метров (точка P3 на чертеже) около тока id d-оси = -120 A и около тока iq q-оси = 210 A на предельной кривой напряжения. Работа в режиме минимального тока невозможна в области от 930 ньютон-метров до 1200 ньютон-метров. Это область, в которой работа возможна посредством выполнения управления магнитным потоком с ослаблением для отрицательного увеличения тока id d-оси.On the other hand, when the inverter output frequency FINV is 150 Hz, the maximum torque that can be generated is approximately 1200 Newton meters (point P2 in the drawing) near the current id d-axis = -245 A and near the current iq q- axis = 200 A on the limit voltage curve. Similarly, the maximum torque that can be generated in the minimum current mode is approximately 930 Newton meters (point P3 in the drawing) near the current id d-axis = -120 A and near the current iq q-axis = 210 A on the limit curve voltage. Undercurrent operation is not possible in the range from 930 Newton meters to 1200 Newton meters. This is an area in which operation is possible by performing magnetic flux control with attenuation to negatively increase the current id of the d-axis.
Тем не менее, по мере того как управление магнитным потоком с ослаблением выполняется глубже (по мере того как ток id d-оси отрицательно увеличивается), вектор тока, сформированный посредством тока id d-оси и тока iq q-оси, увеличивается, и электрический ток электродвигателя 6 увеличивается.However, as the attenuation of the magnetic flux is performed deeper (as the current id of the d-axis decreases negatively), the current vector generated by the current id of the d-axis and current q of the q-axis increases, and the electric the current of the
В частности, чтобы минимизировать потери в обмотке электродвигателя 6 и потери инвертора 2, желательно управлять инвертором 2 так, чтобы выбирать вектор тока (комбинацию тока id d-оси и тока iq q-оси) на кривой режима минимального тока в максимально возможной степени и инструктировать электродвигатель 6 формировать требуемый крутящий момент. Когда выходная частота FINV инвертора увеличивается согласно увеличению скорости вращения электродвигателя 6, в области, в которой требуемый крутящий момент не может выводиться на кривой режима минимального тока вследствие ограничения предельной кривой напряжения, в общем, ток id d-оси отрицательно увеличивается, и выполняется управление магнитным потоком с ослаблением.In particular, in order to minimize losses in the winding of the
Помимо управления в режиме минимального тока, поясненного выше (управления максимальным крутящим моментом/током), также можно управлять вектором тока на кривой максимальной эффективности (не показана), для которого потери электродвигателя 6, включающие в себя потери в сердечнике электродвигателя 6, минимизированы, и применять управление на основе максимальной эффективности для управления электродвигателем 6.In addition to the control in the minimum current mode explained above (maximum torque / current control), it is also possible to control the current vector on the maximum efficiency curve (not shown), for which losses of the
Поясняется рабочая характеристика для настоящего изобретения, выполняемая в области, в которой управление переключается в синхронный одноимпульсный режим (т.е. области, в которой коэффициент PMF модуляции принимает значение, близкое к 1,0) или когда выходная частота FINV инвертора находится вблизи 2f-составляющей источника питания во время работы в синхронном одноимпульсном режиме.An operational characteristic for the present invention is explained, performed in the area in which the control switches to synchronous single-pulse mode (i.e., the area in which the modulation coefficient PMF takes a value close to 1.0) or when the inverter output frequency FINV is near 2f- component of the power source during operation in synchronous single-pulse mode.
Во-первых, поясняется операция управления в вышеприведенном примере, чтобы прояснять детали проблемы. Затем средство разрешения проблем в первом варианте осуществления настоящего изобретения поясняется в отношении фиг.14. Фиг.14 является диаграммой для пояснения рабочего режима в примере в предшествующем уровне техники, на которой MPM, 3PM и 1PM означают асинхронный многоимпульсный режим, синхронный трехимпульсный режим и синхронный одноимпульсный режим соответственно. Пример управления, в котором электродвигатель 6 запускается и ускоряется из состояния, в котором электродвигатель 6 остановлен, показывается на фиг.14. Рабочие точки A, B, C1, D и E, показанные на фиг.14 соответственно, соответствуют рабочим точкам A, B, C1, D и E, показанным на фиг.9.First, the control operation in the above example is explained in order to clarify the details of the problem. Then, the problem solving means in the first embodiment of the present invention is explained with reference to FIG. 14 is a diagram for explaining an operating mode in an example in the prior art, in which MPM, 3PM and 1PM mean asynchronous multi-pulse mode, synchronous three-pulse mode and synchronous single-pulse mode, respectively. An example of control in which the
На фиг.14, во-первых, инвертор 2 запускается при нуле шкалы времени, команда крутящего момента T задается равной 1500 ньютон-метров, и напряжение прикладывается к электродвигателю 6, чтобы начинать ускорение. Здесь коэффициент PMF модуляции увеличивается с нуля в пропорции к выходной частоте FINV инвертора. До тех пор пока коэффициент PMF модуляции не достигает 0,785 от нуля шкалы времени, асинхронный многоимпульсный режим выбирается как импульсный режим инвертора 2, и крутящий момент T является фиксированным при 1500 ньютон-метрах. Следовательно, электродвигатель 6 линейно ускоряется, и выходная частота FINV инвертора линейно увеличивается.On Fig, firstly, the
В точке, когда коэффициент модуляции достигает 0,785, импульсный режим переключается в синхронный трехимпульсный режим. Между точкой A и точкой B, поскольку коэффициент PMF модуляции достигает максимального значения 1,0, импульсный режим переключается из синхронного трехимпульсного режима в синхронный одноимпульсный режим. Между точкой A (выходная частота FINV инвертора = 60 Гц) и точкой B (выходная частота FINV инвертора = 90 Гц) команда крутящего момента T уменьшается от 1500 ньютон-метров в обратной пропорции к выходной частоте FINV инвертора. После того как коэффициент PMF модуляции достигает 1,0, сформированная величина dV регулирования команд управления током увеличивается к отрицательной стороне согласно увеличению выходной частоты FINV инвертора. Следовательно, поскольку команда id* управления током d-оси отрицательно увеличивается, выполняется управление магнитным потоком с ослаблением. Следовательно, команда id* управления током d-оси регулируется таким образом, что коэффициент PMF модуляции совпадает с командой PMF* управления коэффициентом модуляции (=1,0).At the point when the modulation coefficient reaches 0.785, the pulse mode switches to synchronous three-pulse mode. Between point A and point B, since the modulation coefficient PMF reaches a maximum value of 1.0, the pulse mode switches from a synchronous three-pulse mode to a synchronous single-pulse mode. Between point A (inverter output frequency FINV = 60 Hz) and point B (inverter output frequency FINV = 90 Hz), the torque command T decreases from 1,500 Newton meters in inverse proportion to the inverter output frequency FINV. After the modulation factor PMF reaches 1.0, the generated control command amount dV of the current control increases to the negative side according to the increase in the inverter output frequency FINV. Therefore, since the d-axis current control command id * is negatively increased, magnetic flux control with attenuation is performed. Therefore, the d-axis current control command id * is adjusted so that the modulation factor PMF coincides with the modulation coefficient control command PMF * (= 1.0).
Путь вектора тока в режиме управления, поясненном выше, поясняется в отношении фиг.9. На фиг.9, как пояснено выше, поскольку рабочая точка A находится на нижней стороне предельной кривой напряжения и далеко от предельной кривой напряжения, коэффициент PMF модуляции меньше 1,0, и выходное напряжение инвертора 2 является значением, меньшим максимального напряжения, которое может выводиться.The path of the current vector in the control mode explained above is explained with respect to FIG. 9. 9, as explained above, since the operating point A is on the lower side of the voltage limit curve and far from the voltage limit curve, the modulation coefficient PMF is less than 1.0, and the output voltage of the
В рабочей точке B команда крутящего момента T составляет 1400 ньютон-метров, и вектор тока управляется к точке, в которой команда id* управления током d-оси составляет приблизительно -170 А, и команда iq* управления током q-оси составляет приблизительно 277 А. В этой рабочей точке B вектор тока также поддерживается на предельной кривой напряжения при FINV = 90 Гц. Регулирующее значение dV команды управления током формируется и управляется таким образом, что коэффициент PMF модуляции равен 1,0.At operating point B, the torque command T is 1400 Newton meters, and the current vector is controlled to a point where the d-axis current control command id * is approximately -170 A and the q-axis current control command iq * is approximately 277 A At this operating point B, the current vector is also maintained on the limit voltage curve at FINV = 90 Hz. The control value dV of the current control command is generated and controlled in such a way that the modulation factor PMF is 1.0.
В рабочей точке C1 команда крутящего момента T составляет 1200 ньютон-метров, и вектор тока управляется к точке, в которой команда id* управления током d-оси составляет -160 А, и команда iq* управления током q-оси составляет приблизительно 243 А. В этой рабочей точке C1 вектор тока также поддерживается на предельной кривой напряжения при FINV = 120 Гц. Регулирующее значение dV команды управления током формируется и управляется таким образом, что коэффициент PMF модуляции равен 1,0.At operating point C1, the torque command T is 1200 Newton meters, and the current vector is controlled to a point where the d-axis current control command id * is -160 A and the q-axis current control command iq * is approximately 243 A. At this operating point C1, the current vector is also maintained on the limit voltage curve at FINV = 120 Hz. The control value dV of the current control command is generated and controlled in such a way that the modulation factor PMF is 1.0.
В рабочей точке D команда крутящего момента T составляет 1100 ньютон-метров, и вектор тока управляется к точке, в которой команда id* управления током d-оси составляет -177 А, и команда iq* управления током q-оси составляет приблизительно 220 А. В этой рабочей точке D вектор тока также поддерживается на предельной кривой напряжения при FINV = 150 Гц. Регулирующее значение dV команды управления током формируется и управляется таким образом, что коэффициент PMF модуляции равен 1,0.At operating point D, the torque command T is 1100 Newton-meters, and the current vector is controlled to a point where the d-axis current control command id * is -177 A and the q-axis current control command iq * is approximately 220 A. At this operating point D, the current vector is also maintained on the limit voltage curve at FINV = 150 Hz. The control value dV of the current control command is generated and controlled in such a way that the modulation factor PMF is 1.0.
В рабочей точке E команда крутящего момента T составляет 1000 ньютон-метров, и вектор тока управляется к точке, в которой команда id* управления током d-оси составляет -180 А, и команда iq* управления током q-оси составляет приблизительно 195 А. В этой рабочей точке E вектор тока также поддерживается на предельной кривой напряжения при FINV = 180 Гц. Регулирующее значение dV команды управления током формируется и управляется таким образом, что коэффициент PMF модуляции равен 1,0.At operating point E, the torque command T is 1000 Newton meters, and the current vector is controlled to a point where the d-axis current control command id * is -180 A and the q-axis current control command iq * is approximately 195 A. At this operating point E, the current vector is also maintained on the limit voltage curve at FINV = 180 Hz. The control value dV of the current control command is generated and controlled in such a way that the modulation factor PMF is 1.0.
Таким образом, в примере управления в предшествующем уровне техники управляющая рабочая точка переходит от рабочей точки A к рабочим точкам B, C1, D и E. После того как коэффициент PMF модуляции достигает 1,0, регулирующее значение dV команды управления током формируется, чтобы поддерживать выходное напряжение инвертора 2 при максимальном значении, которое может выводиться при одновременном выводе крутящего момента T (чтобы поддерживать коэффициент PMF модуляции = 1,0). Управление магнитным потоком с ослаблением выполняется согласно команде id* управления током d-оси, включающей в себя величину dV регулирования команды управления током.Thus, in the control example in the prior art, the control operating point moves from operating point A to operating points B, C1, D and E. After the modulation factor PMF reaches 1.0, a control value dV of the current control command is generated to maintain the output voltage of
Согласно управлению, в примере управления в предшествующем уровне техники после того как коэффициент модуляции достигает 1,0, чтобы поддерживать коэффициент PMF модуляции равным 1,0 и поддерживать приложенное напряжение к электродвигателю переменного тока на максимуме, синхронный одноимпульсный режим выбирается в состоянии переключения схемы инвертора. В рабочей области этого синхронного одноимпульсного режима, как пояснено выше, поскольку регулирование ширины импульса не может выполняться, управление для подавления 2f-составляющей источника питания не может выполняться, в частности, в области, в которой выходная частота FINV инвертора располагается вблизи 2f-составляющей источника питания. Следовательно, возникает проблема в том, что электродвигатель переменного тока формирует перегрузку по току, и возникает чрезмерно большая пульсация крутящего момента.According to the control, in the control example in the prior art, after the modulation coefficient reaches 1.0 to maintain the modulation coefficient PMF equal to 1.0 and keep the applied voltage to the AC motor at maximum, the synchronous single-pulse mode is selected in the switching state of the inverter circuit. In the working area of this synchronous single-pulse mode, as explained above, since the pulse width cannot be controlled, control to suppress the 2f component of the power source cannot be performed, in particular, in the region in which the inverter output frequency FINV is located near the 2f component of the source nutrition. Therefore, the problem arises that the AC motor generates current overload, and an excessively large torque ripple occurs.
Операция управления в первом варианте осуществления для разрешения проблемы поясняется в отношении фиг.10. Фиг.10 является диаграммой для пояснения режимов управления в первом варианте осуществления настоящего изобретения. Показан пример управления, выполняемого, когда электродвигатель 6 запускается и ускоряется из состояния, в котором электродвигатель 6 остановлен. Рабочие точки A, B, C, D и E, показанные на фиг.10 соответственно, соответствуют рабочим точкам A, B, C, D и E, показанным на фиг.9.The control operation in the first embodiment for solving the problem is explained with respect to FIG. 10. 10 is a diagram for explaining control modes in the first embodiment of the present invention. An example of control performed when the
На фиг.10, во-первых, инвертор 2 запускается при нуле шкалы времени, команда крутящего момента T задается равной 1500 ньютон-метрам, и напряжение прикладывается к электродвигателю 6, чтобы начинать ускорение. Коэффициент PMF модуляции увеличивается с нуля в пропорции к выходной частоте FINV инвертора. До тех пор пока коэффициент PMF модуляции не достигает 0,785 от нуля шкалы времени, асинхронный многоимпульсный режим выбирается как импульсный режим инвертора 2, и крутящий момент T является фиксированным при 1500 ньютон-метрах. Следовательно, электродвигатель 6 линейно ускоряется, и выходная частота FINV инвертора линейно увеличивается.In FIG. 10, firstly, the
В точке, когда коэффициент модуляции достигает 0,785, импульсный режим переключается в синхронный трехимпульсный режим. Между точкой A и точкой B, поскольку коэффициент PMF модуляции достигает максимального значения 1,0, импульсный режим переключается из синхронного трехимпульсного режима в синхронный одноимпульсный режим. Между точкой A (выходная частота FINV инвертора = 60 Гц) и точкой B (выходная частота FINV инвертора = 90 Гц) команда крутящего момента T уменьшается от 1500 ньютон-метров в обратной пропорции к выходной частоте FINV инвертора. После того как коэффициент PMF модуляции достигает 1,0, сформированная величина dV регулирования команд управления током отрицательно увеличивается согласно увеличению выходной частоты FINV инвертора. Следовательно, поскольку команда id* управления током d-оси отрицательно увеличивается, выполняется управление магнитным потоком с ослаблением. Следовательно, команда id* управления током d-оси регулируется таким образом, что коэффициент PMF модуляции совпадает с командой PMF* управления коэффициентом модуляции (=1,0). Вышеприведенная операция управления является эквивалентной операции в примере в предшествующем уровне техники.At the point when the modulation coefficient reaches 0.785, the pulse mode switches to synchronous three-pulse mode. Between point A and point B, since the modulation coefficient PMF reaches a maximum value of 1.0, the pulse mode switches from a synchronous three-pulse mode to a synchronous single-pulse mode. Between point A (inverter output frequency FINV = 60 Hz) and point B (inverter output frequency FINV = 90 Hz), the torque command T decreases from 1,500 Newton meters in inverse proportion to the inverter output frequency FINV. After the modulation factor PMF reaches 1.0, the generated control command amount dV is negatively increased according to the increase in the output frequency FINV of the inverter. Therefore, since the d-axis current control command id * is negatively increased, magnetic flux control with attenuation is performed. Therefore, the d-axis current control command id * is adjusted so that the modulation factor PMF coincides with the modulation coefficient control command PMF * (= 1.0). The above control operation is equivalent to the operation in the example in the prior art.
С другой стороны, область между рабочей точкой B и рабочей точкой D является областью, в которой выходная частота FINV инвертора и 2f-составляющая источника питания располагаются друг около друга. Рабочая точка C является рабочей точкой, в которой выходная частота FINV инвертора составляет 120 Гц, и является точкой, в которой частота 2f-составляющей источника питания в момент, когда частота источника 230 питания переменного тока составляет 60 Гц, и выходная частота FINV инвертора точно совпадают друг с другом.On the other hand, the region between the operating point B and the operating point D is the region in which the output frequency FINV of the inverter and the 2f component of the power supply are located next to each other. Operating point C is the operating point at which the inverter output frequency FINV is 120 Hz, and is the point at which the frequency of the 2f component of the power supply at a time when the frequency of the
Следовательно, в этом варианте осуществления, в диапазоне от рабочей точки B до рабочей точки D, который является диапазоном, в котором выходная частота FINV инвертора и 2f-составляющая источника питания располагаются близко друг к другу или совпадают друг с другом, команда PMF* управления коэффициентом модуляции уменьшается с 1,0 до 0,95. Согласно этому управлению возникает отклонение между коэффициентом PMF модуляции и командой PMF* управления коэффициентом модуляции. Следовательно, регулирующее значение dV команды управления током формируется на основе этого отклонения. Сформированная команда id* управления током d-оси работает на основе регулирующего значения dV команды управления током, чтобы дополнительно увеличиваться в отрицательном направлении. Следовательно, команда id* управления током d-оси и команда iq* управления током q-оси формируются как вектор тока, расположенный на фиксированной кривой крутящего момента, соответствующей команде крутящего момента T, и на внутренней стороне (нижней стороне) предельной кривой напряжения около FINV = 120 Гц. Согласно команде id* управления током d-оси и команде iq* управления током q-оси, сформированной таким образом, управление магнитным потоком с ослаблением, применяемое к электродвигателю 6, становится более глубоким, и наведенное напряжение электродвигателя 6 дополнительно падает. Следовательно, коэффициент PMF модуляции также падает. Коэффициент PMF модуляции управляется так, чтобы совпадать с командой PMF* управления коэффициентом модуляции.Therefore, in this embodiment, in the range from the operating point B to the operating point D, which is a range in which the output frequency FINV of the inverter and the 2f component of the power source are close to each other or coincide with each other, the coefficient control command PMF * modulation decreases from 1.0 to 0.95. According to this control, a deviation occurs between the modulation coefficient PMF and the modulation coefficient control command PMF *. Therefore, the control value dV of the current control command is generated based on this deviation. The generated d-axis current control command id * operates on the basis of the control value dV of the current control command to further increase in the negative direction. Therefore, the d-axis current control command id * and the q-axis current control command iq * are formed as a current vector located on a fixed torque curve corresponding to the torque command T and on the inner side (lower side) of the limit voltage curve near FINV = 120 Hz. According to the d-axis current control command id * and the q-axis current control command iq * thus formed, the attenuation magnetic flux control applied to the
В этой области устройство преобразования мощности для возбуждения электродвигателя согласно этому варианту осуществления уменьшает коэффициент PMF модуляции так, чтобы он был меньше обычного коэффициента модуляции, чтобы переключать импульсный режим в синхронный трехимпульсный режим, который является синхронным импульсным режимом. Следовательно, согласно сигналу BTPMFCMP подавления пульсаций, который является выводом блока 71 вычисления сигналов подавления пульсаций, можно выполнять регулирование ширины импульса для выходного напряжения, выводимого посредством инвертора 2. Можно выполнять управление для подавления 2f-составляющей источника питания. Согласно этому управлению можно разрешать проблему в том, что электродвигатель переменного тока формирует перегрузку по току и возникает чрезмерно большая пульсация крутящего момента.In this area, a power conversion device for driving an electric motor according to this embodiment reduces the modulation coefficient PMF so that it is less than a conventional modulation coefficient in order to switch the pulse mode to a synchronous three-pulse mode, which is a synchronous pulse mode. Therefore, according to the ripple suppression signal BTPMFCMP, which is the output of the ripple suppression
Поскольку синхронный трехимпульсный режим, который является синхронным импульсным режимом, выбирается как импульсный режим, количества импульсов и положения импульсов, соответственно, включенных в положительный полупериод и отрицательный полупериод инвертора 2, равны, и обеспечивается положительная и отрицательная симметрия напряжения, приложенного к электродвигателю 6. Следовательно, можно препятствовать возникновению колебания тока и пульсации крутящего момента в электродвигателе 6, предотвращать возникновение шума и колебания вследствие колебания тока и пульсации крутящего момента и выполнять стабильное возбуждение электродвигателя 6. Операции после рабочей точки D являются идентичными операциям в примере в предшествующем уровне техники, поясненном выше.Since the synchronous three-pulse mode, which is a synchronous pulse mode, is selected as the pulse mode, the number of pulses and the position of the pulses, respectively, included in the positive half cycle and negative half cycle of the
Таким образом, при управлении согласно этому варианту осуществления, рабочая точка переходит в порядке рабочих точек A, B, C, D и E. Команды крутящего момента T в рабочих точках A, B, C, D и E, соответственно, составляют 1500 ньютон-метров, 1400 ньютон-метров, 1200 ньютон-метров, 1100 ньютон-метров и 1000 ньютон-метров. Команды крутящего момента T являются идентичными командам в рабочих точках A, B, C1, D и E примера в предшествующем уровне техники. Другими словами, в этом варианте осуществления, в то время, когда управление для подавления 2f-составляющей источника питания выполняется, на выходную характеристику крутящего момента T не оказывается влияние в рабочих точках, включающих в себя рабочую точку C.Thus, in the control according to this embodiment, the operating point changes in the order of operating points A, B, C, D and E. The torque commands T at operating points A, B, C, D and E, respectively, are 1,500 Newton meters, 1400 Newton meters, 1200 Newton meters, 1100 Newton meters and 1000 Newton meters. The torque commands T are identical to the commands at the operating points A, B, C1, D and E of the example in the prior art. In other words, in this embodiment, while the control for suppressing the 2f component of the power source is executed, the output characteristic of the torque T is not affected at the operating points including the operating point C.
С другой стороны, поскольку рабочая точка C1 в примере в предшествующем уровне техники и рабочая точка C в этом варианте осуществления находятся на идентичной фиксированной кривой крутящего момента (при 1200 ньютон-метрах), соответствующей предварительно определенному значению команды управления крутящим моментом, крутящий момент, выводимый посредством электродвигателя 6, является идентичным как в рабочей точке C1, так и в рабочей точке C. Другими словами, в этом варианте осуществления можно уменьшать коэффициент PMF модуляции, например, до 0,95, при одновременном поддержании выходного крутящего момента электродвигателя 6 неизменным, понижая наведенное напряжение электродвигателя 6 и понижая выходное напряжение инвертора 2. Поскольку коэффициент PMF модуляции уменьшается так, чтобы быть ниже обычного коэффициента модуляции, и импульсный режим переключается в синхронный трехимпульсный режим, который является синхронным импульсным режимом, можно регулировать ширину импульса напряжения, выводимого посредством инвертора 2, согласно выводу блока 71 вычисления сигналов подавления пульсаций и выполнять управление для подавления 2f-составляющей источника питания. Следовательно, разрешается проблема в предшествующем уровне техники в том, что электродвигатель переменного тока формирует перегрузку по току и возникает чрезмерно большая пульсация крутящего момента.On the other hand, since the operating point C1 in the example in the prior art and the operating point C in this embodiment are on an identical fixed torque curve (at 1200 Newton meters) corresponding to a predetermined value of the torque control command, the torque output by the
Формируются команды управления током (команда id* управления током d-оси и команда iq* управления током q-оси), при которых коэффициент PMF модуляции совпадает с командой PMF* управления коэффициентом модуляции. Следовательно, можно уменьшать коэффициент PMF модуляции, например, до 0,95 при одновременном поддержании выходного крутящего момента электродвигателя 6 при предварительно определенном значении, понижая наведенное напряжение электродвигателя 6 и понижая выходное напряжение инвертора 2.Current control commands are generated (d-axis current control command id * and q-axis current control command iq *) at which the modulation factor PMF is the same as the modulation factor control command PMF *. Therefore, it is possible to reduce the modulation factor PMF, for example, to 0.95 while maintaining the output torque of the
В примере, поясненном выше, электродвигатель 6 ускоряется из остановленного состояния. Тем не менее, конфигурация, поясненная в этом варианте осуществления, также может применяться, когда электродвигатель 6 подвергается операции рекуперации и останавливается в ходе высокоскоростного вращения.In the example explained above, the
Второй вариант осуществленияSecond Embodiment
В первом варианте осуществления раскрыта конфигурация, в которой величина регулирования команд управления током для регулирования команды управления током для устройства преобразования мощности для возбуждения электродвигателя управляется надлежащим образом, или переключение импульсного режима управляется надлежащим образом, чтобы обеспечить регулирование ширины импульса напряжения, выводимого посредством инвертора 2, и обеспечить эффективное выполнение управления для подавления 2f-составляющей источника питания, включенного в выходное напряжение инвертора 2. Во втором варианте осуществления раскрыта конфигурация, в которой команда управления напряжением преобразователя для управления преобразователем 220 дополнительно формируется надлежащим образом, чтобы обеспечить эффективное уменьшение электрического тока, подаваемого в электродвигатель 6.In a first embodiment, a configuration is disclosed in which the amount of regulation of the current control commands for adjusting the current control command for the power conversion device for driving the electric motor is controlled appropriately, or the switching of the pulse mode is controlled appropriately to provide control of the width of the voltage pulse output by the
Фиг.11 является схемой примера конфигурации устройства преобразования мощности для возбуждения электродвигателя согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. Более подробная конфигурация преобразователя 220, который является первым блоком преобразования мощности, в конфигурации устройства преобразования мощности для возбуждения электродвигателя, показанной на фиг.1, поясняется ниже. Из компонентов, показанных на фиг.11, компоненты, идентичные компонентам, показанным на фиг.11, уже пояснены. Следовательно, главным образом, поясняются компоненты, связанные со вторым вариантом осуществления.11 is a diagram of an example configuration of a power conversion device for driving an electric motor according to a second embodiment of the present invention. A more detailed configuration of the converter 220, which is the first power conversion unit, in the configuration of the power conversion device for driving the electric motor shown in FIG. 1, is explained below. Of the components shown in FIG. 11, components identical to those shown in FIG. 11 have already been explained. Therefore, mainly, components associated with the second embodiment are explained.
Как показано на фиг.11, коэффициент PMF модуляции и выходная частота FINV инвертора, сформированные посредством второго блока 100 управления, напряжение EFC на конденсаторе, определяемое посредством датчика 8 напряжения, и входной ток IS, определяемый посредством датчика 214 тока, вводятся в первый блок 200 управления. Этот первый блок 200 управления является компонентом, имеющим функцию управления выходным напряжением (напряжением постоянного тока) преобразователя 220, и включает в себя блок 210 формирования команд управления напряжением постоянного тока и блок 280 управления напряжением постоянного тока.As shown in FIG. 11, the modulation coefficient PMF and the inverter output frequency FINV generated by the
Блок 210 формирования команд управления напряжением постоянного тока формирует команду EFC* управления напряжением постоянного тока, которая является целевым значением напряжения на конденсаторе и является командой EFC* управления напряжением на конденсаторе. Блок 211 управления напряжением принимает ввод команды EFC* управления напряжением постоянного тока и напряжения EFC на конденсаторе и формирует на основе отклонения между командой EFC* управления напряжением постоянного тока и напряжением EFC на конденсаторе команду IS* управления током и выводит команду IS* управления током. Блок 212 управления током принимает ввод команды IS* управления током и входного тока IS, определяемых посредством датчика 214 тока, и формирует на основе отклонения между командой IS* управления током и входным током IS команду VC* управления напряжением преобразователя. Блок 213 формирования сигналов широтно-импульсной модуляции принимает ввод команды VC* управления напряжением преобразователя и формирует сигнал включения/выключения (сигнал широтно-импульсной модуляции) CG для переключающего элемента (не показан) преобразователя 220 для обеспечения совпадения напряжения на входной стороне (стороне источника питания переменного тока) преобразователя 220 с командой VC* управления напряжением преобразователя.The DC voltage control
С помощью функций блока 211 управления напряжением, блока 212 управления током и блока 213 формирования сигналов широтно-импульсной модуляции, сконфигурированных так, как пояснено выше, блок 280 управления напряжением постоянного тока формирует сигнал широтно-импульсной модуляции CG с использованием команды EFC* управления напряжением постоянного тока, напряжения EFC на конденсаторе и входного тока IS и выводит сигнал широтно-импульсной модуляции CG в преобразователь 220.Using the functions of the
Подробная конфигурация и работа блока 210 формирования команд управления напряжением постоянного тока поясняется ниже в отношении фиг.12. Фиг.12 является схемой первого примера конфигурации блока 210 формирования команд управления напряжением постоянного тока во втором варианте осуществления, показанном на фиг.11.The detailed configuration and operation of the DC voltage control
Как показано на фиг.12, блок 210 формирования команд управления напряжением постоянного тока, который является первым примером конфигурации, включает в себя таблицу 240 команд управления напряжением постоянного тока. Таблица 240 команд управления напряжением постоянного тока формирует, на основе выходной частоты FINV инвертора команду EFC* управления напряжением постоянного тока и выводит команду EFC* управления напряжением постоянного тока.As shown in FIG. 12, the DC voltage control
Когда выходная частота FINV инвертора не располагается около частоты 2f-составляющей источника питания, таблица 240 команд управления напряжением постоянного тока выводит напряжение в течение расчетного времени как команду EFC* управления напряжением постоянного тока. С другой стороны, когда выходная частота FINV инвертора располагается около частоты 2f-составляющей источника питания, таблица 240 команд управления напряжением постоянного тока выводит команду управления напряжением выше напряжения в течение расчетного времени как команду EFC* управления напряжением постоянного тока.When the inverter output frequency FINV is not located near the frequency of the 2f component of the power supply, the DC voltage control command table 240 outputs the voltage during the estimated time as the DC voltage control command EFC *. On the other hand, when the inverter output frequency FINV is located near the frequency of the 2f component of the power supply, the DC voltage control command table 240 outputs a voltage control command above the voltage during the estimated time as the DC voltage control command EFC *.
Например, когда частота источника питания переменного тока составляет 60 Гц, если выходная частота FINV инвертора не находится в диапазоне приблизительно 90-150 Гц, центрированном вокруг 120 Гц, которая является частотой 2f-составляющей источника питания, таблица 240 команд управления напряжением постоянного тока выводит, например, 3000 В как команду EFC* управления напряжением постоянного тока. Если выходная частота FINV инвертора находится в диапазоне приблизительно 90-150 Гц, таблица 240 команд управления напряжением постоянного тока выводит, например, 3300 В, что получается посредством увеличения напряжения в течение расчетного времени приблизительно на 5-10%, как команду EFC* управления напряжением постоянного тока.For example, when the frequency of the AC power supply is 60 Hz, if the inverter output frequency FINV is not in the range of about 90-150 Hz, centered around 120 Hz, which is the frequency of the 2f component of the power supply, the DC voltage control command table 240 outputs for example 3000 V as an EFC * DC voltage command. If the inverter output frequency FINV is in the range of approximately 90-150 Hz, the DC voltage control command table 240 outputs, for example, 3300 V, which is obtained by increasing the voltage during the estimated time by approximately 5-10%, as the voltage control command EFC * direct current.
Посредством конфигурирования блока 210 формирования команд управления напряжением постоянного тока таким образом, когда выходная частота FINV инвертора находится в области вблизи частоты 2f-составляющей источника питания, например, области 90-150 Гц, можно управлять напряжением EFC на конденсаторе так, чтобы оно было высоким, и, следовательно, увеличивать максимальное напряжение, которое может выводиться посредством инвертора 2. Согласно этому управлению можно уменьшать необходимую величину магнитного потока с ослаблением. Как результат, можно также уменьшать величину dV регулирования команд управления током и уменьшать абсолютную величину команды id* управления током d-оси. Следовательно, можно уменьшать электрический ток электродвигателя 6 по сравнению с электрическим током, выводимым, когда конфигурация первого блока 200 управления согласно второму варианту осуществления не применяется.By configuring the DC voltage control
Блок 210 формирования команд управления напряжением постоянного тока не ограничивается конфигурацией, показанной на фиг.12, и может конфигурироваться, например, как показано на фиг.13. Фиг.13 является схемой второго примера конфигурации блока 210 формирования команд управления напряжением постоянного тока во втором варианте осуществления, показанном на фиг.11.The DC voltage control
Блок 210 формирования команд управления напряжением постоянного тока, показанный на фиг.13, является компонентом, который формирует на основе выходной частоты FINV инвертора и команды PMF* управления коэффициентом модуляции как целевого значения коэффициента PMF модуляции (индекса амплитуды напряжения) команду EFC* управления напряжением постоянного тока и включает в себя таблицу 250 команд управления коэффициентом модуляции, блок 251 вычитания, блок 252 ограничения, блок 253 пропорционального интегрирования и сумматор 254.The DC voltage control
Таблица 250 команд управления коэффициентом модуляции формирует на основе входной выходной частоты FINV инвертора, команду PMF* управления коэффициентом модуляции. Блок 251 вычитания принимает ввод коэффициента PMF модуляции и команды PMF* управления коэффициентом модуляции, формирует сигнал отклонения, полученный посредством вычитания команды PMF* управления коэффициентом модуляции из коэффициента PMF модуляции, и выводит сигнал отклонения в блок 252 ограничения. Когда знак входного сигнала является плюсом, блок 252 ограничения непосредственно выводит входной сигнал. Когда знак входного сигнала является минусом, блок 252 ограничения выводит нуль независимо от значения входного сигнала. Блок 253 пропорционального интегрирования выводит значение, полученное посредством вычисления пропорционального интегрального выходного сигнала блоком 252 ограничения. Сумматор 254 суммирует выходной сигнал блока 253 пропорционального интегрирования и команду EFC0* управления базисным напряжением постоянного тока (например, 3000 В) и выводит прибавленный сигнал как команду EFC* управления напряжением постоянного тока.The modulation coefficient control command table 250 generates, based on the inverter output frequency FINV, the modulation coefficient control command PMF *. The
Например, когда частота источника питания переменного тока составляет 60 Гц, если выходная частота FINV инвертора не находится в диапазоне приблизительно 90-150 Гц, центрированном вокруг 120 Гц, которая является частотой 2f-составляющей источника питания, таблица 250 команд управления коэффициентом модуляции выводит, например, 1,0 как команду PMF* управления коэффициентом модуляции. С другой стороны, если выходная частота FINV инвертора находится в диапазоне приблизительно 90-150 Гц, таблица 250 команд управления коэффициентом модуляции выводит, например, 0,95 как команду PMF* управления коэффициентом модуляции.For example, when the frequency of the AC power supply is 60 Hz, if the inverter output frequency FINV is not in the range of about 90-150 Hz, centered around 120 Hz, which is the frequency of the 2f component of the power supply, the modulation factor control command table 250 outputs, for example 1.0 as a modulation factor control command PMF *. On the other hand, if the inverter output frequency FINV is in the range of about 90-150 Hz, the modulation coefficient control command table 250 outputs, for example, 0.95 as the modulation coefficient control command PMF *.
Посредством конфигурирования блока 210 формирования команд управления напряжением постоянного тока таким образом, когда выходная частота FINV инвертора находится, например, в области 90-150 Гц, можно увеличивать напряжение EFC на конденсаторе таким образом, что коэффициент PMF модуляции инвертора 2 составляет, например, 0,95. Следовательно, можно увеличивать максимальное напряжение, которое может выводить инвертор 2. Согласно этому управлению можно уменьшать необходимую величину магнитного потока с ослаблением. Как результат, можно также уменьшать величину dV регулирования команд управления током и уменьшать абсолютную величину команды id* управления током d-оси. Следовательно, можно уменьшать электрический ток электродвигателя 6 по сравнению с электрическим током, выводимым, когда не применяется конфигурация первого блока 200 управления согласно второму варианту осуществления.By configuring the DC voltage control
При конфигурации первого варианта осуществления, поясненной выше, можно уменьшать коэффициент PMF модуляции, например, до 0,95 при одновременном поддержании выходного крутящего момента электродвигателя 6 при предварительно определенном значении команды управления, понижая наведенное напряжение электродвигателя 6 и понижая выходное напряжение инвертора 2 в области, в которой выходная частота FINV инвертора располагается около частоты 2f-составляющей источника питания. Следовательно, поскольку импульсный режим переключается в синхронный трехимпульсный режим, который является синхронным импульсным режимом, можно регулировать ширину импульса напряжения, выводимого посредством инвертора 2, согласно сигналу BTPMFCMP подавления пульсаций, который является выводом блока 71 вычисления сигналов подавления пульсаций, и выполнять управление для подавления 2f-составляющей источника питания. Следовательно, разрешается проблема в том, что электродвигатель переменного тока формирует перегрузку по току и возникает чрезмерно большая пульсация крутящего момента.With the configuration of the first embodiment explained above, it is possible to reduce the modulation factor PMF, for example, to 0.95 while maintaining the output torque of the
При конфигурации первого варианта осуществления формируются команды управления током (команда id* управления током d-оси и команда iq* управления током q-оси), при которых коэффициент PMF модуляции совпадает с командой PMF* управления коэффициентом модуляции. Следовательно, можно уменьшать коэффициент PMF модуляции, например, до 0,95 при одновременном поддержании выходного крутящего момента электродвигателя 6 при предварительно определенном значении, понижая наведенное напряжение электродвигателя 6 и понижая выходное напряжение инвертора 2.In the configuration of the first embodiment, current control commands (d-axis current control command id * and q-axis current control command iq *) are generated, in which the modulation coefficient PMF coincides with the modulation coefficient control command PMF *. Therefore, it is possible to reduce the modulation factor PMF, for example, to 0.95 while maintaining the output torque of the
При конфигурации первого варианта осуществления, поскольку синхронный трехимпульсный режим, который является синхронным импульсным режимом, выбирается как импульсный режим, количества импульсов и положения импульсов, соответственно, включенных в положительный полупериод и отрицательный полупериод инвертора 2, равны, и обеспечивается положительная и отрицательная симметрия напряжения, приложенного к электродвигателю 6. Следовательно, можно препятствовать возникновению колебания тока и пульсации крутящего момента в электродвигателе 6, предотвращать возникновение шума и колебания вследствие колебания тока и пульсации крутящего момента и выполнять стабильное возбуждение электродвигателя 6.In the configuration of the first embodiment, since the synchronous three-pulse mode, which is the synchronous pulse mode, is selected as the pulse mode, the number of pulses and the position of the pulses respectively included in the positive half cycle and the negative half cycle of
Дополнительно, при конфигурации второго варианта осуществления, преимущество уменьшения электрического тока электродвигателя 6 является большим по сравнению с конфигурацией первого варианта осуществления, к которой не применяется второй вариант осуществления. Поскольку электрический ток электродвигателя 6 дополнительно может уменьшаться, можно дополнительно уменьшать потери инвертора 2 и электродвигателя 6.Further, in the configuration of the second embodiment, the advantage of reducing the electric current of the
В пояснении в вариантах осуществления целью пояснения является устройство преобразования мощности для возбуждения электродвигателя, которое управляет синхронным электродвигателем с постоянными магнитами. Тем не менее, способ управления, поясненный выше, может применяться к устройствам преобразования мощности для возбуждения электродвигателя, которые управляют так, чтобы возбуждать электродвигатели других типов.In the explanation of the embodiments, the purpose of the explanation is a power conversion device for driving an electric motor that controls a permanent magnet synchronous electric motor. However, the control method explained above can be applied to power conversion devices for driving an electric motor that control so as to drive other types of electric motors.
Конфигурации, поясненные в вариантах осуществления, являются примерами содержимого настоящего изобретения. Само собой разумеется, что конфигурации могут комбинироваться с другими общеизвестными технологиями и могут изменяться, например, посредством исключения части без отступления от сущности настоящего изобретения.The configurations explained in the embodiments are examples of the contents of the present invention. It goes without saying that the configurations can be combined with other well-known technologies and can be changed, for example, by excluding the part without departing from the essence of the present invention.
Дополнительно, в этом подробном описании, главным образом, поясняется применение к устройству преобразования мощности для возбуждения электродвигателя для транспортного средства с электродвигателем. Тем не менее, область применения не ограничивается этим. Само собой разумеется, что также возможно применение к другим областям промышленного применения.Additionally, this detailed description mainly explains the application to a power conversion device for driving an electric motor for a vehicle with an electric motor. However, the scope is not limited to this. It goes without saying that it is also possible to apply to other areas of industrial application.
Промышленная применимостьIndustrial applicability
Как пояснено выше, устройство преобразования мощности для возбуждения электродвигателя согласно настоящему изобретению полезно как изобретение, которое допускает управление подавлением для 2f-составляющей источника питания при одновременном подавлении возникновения перегрузки по току и чрезмерно большой пульсации крутящего момента в электродвигателе переменного тока.As explained above, the power conversion device for driving the electric motor according to the present invention is useful as an invention that allows suppression control for the 2f component of the power source while suppressing the occurrence of overcurrent and excessively large ripple of the torque in the AC motor.
Пояснение ссылочных обозначенийExplanation of Reference Designations
1 - конденсатор1 - capacitor
2 - второй блок преобразования мощности (инвертор)2 - second power conversion unit (inverter)
3, 4, 5 - датчик тока3, 4, 5 - current sensor
6 - электродвигатель6 - electric motor
7 - датчик поворота7 - rotation sensor
8 - датчик напряжения8 - voltage sensor
10 - блок формирования команд управления током10 - block forming the current control commands
11 - блок формирования команд управления базисным током d-оси11 is a block generating commands for controlling the base current of the d-axis
14 - сумматор14 - adder
15 - блок формирования команд управления током q-оси15 - q-axis current command generation unit
20 - блок управления током d-оси20 - d-axis current control unit
21 - блок вычисления развязки по q-оси21 - block calculation of isolation on the q-axis
22 - блок вычисления помехозащищенности d-оси22 - block calculation noise immunity d-axis
23 - блок управления током q-оси23 - q-axis current control unit
30 - блок вычисления коэффициентов модуляции30 - block calculation of modulation coefficients
40 - блок вычисления управляющих фазовых углов40 - control phase angle calculation unit
50 - блок формирования команд управления напряжением/сигналов широтно-импульсной модуляции50 - a unit for generating voltage control commands / pulse width modulation signals
55 - блок вычисления команд управления напряжением55 - voltage control command calculation unit
57 - блок формирования асинхронного многоимпульсного несущего сигнала57 - block forming an asynchronous multi-pulse carrier signal
58 - блок формирования синхронных трехимпульсных несущих58 - block forming synchronous three-pulse carriers
59 - переключатель выбора59 - select switch
60 - процессор переключения импульсного режима60 - pulse switching processor
61-63 - компаратор61-63 - comparator
64-66 - инвертирующая схема64-66 - inverting circuit
69 - блок вычисления угловых частот инвертора69 - block calculating the angular frequencies of the inverter
70 - умножитель70 - multiplier
71 - блок вычисления сигналов подавления пульсаций71 is a unit for calculating ripple suppression signals
72 - полосовой фильтр (BPF)72 - bandpass filter (BPF)
73 - сумматор73 - adder
74 - делитель74 - divider
80 - блок регулирования команд управления током80 - control unit current control commands
81 - блок ограничения81 - block restrictions
82 - усилитель82 - amplifier
84 - блок вычитания84 - subtraction block
85 - блок формирования команд управления коэффициентом модуляции85 - unit for generating modulation coefficient control commands
90 - блок преобразования трехфазных координат в dq-оси90 - block transform three-phase coordinates in the dq-axis
95 - блок вычисления опорных фазовых углов95 - block calculation of the reference phase angles
100 - второй блок управления100 - second control unit
150 - блок вычисления индексов амплитуды напряжения150 - block amplitude voltage index calculation
200 - первый блок управления200 - first control unit
210 - блок формирования команд управления напряжением постоянного тока210 - unit for generating direct current voltage control commands
211 - блок управления напряжением211 - voltage control unit
212 - блок управления током212 - current control unit
213 - блок формирования сигнала широтно-импульсной модуляции213 - pulse-width modulation signal generating unit
214 - датчик тока214 - current sensor
220 - первый блок преобразования мощности (преобразователь)220 - first power conversion unit (converter)
230 - источник питания переменного тока230 - AC power source
240 - таблица команд управления напряжением постоянного тока240 - DC voltage control command table
250 - таблица команд управления коэффициентом модуляции250 - table modulation coefficient control commands
251 - блок вычитания251 - subtraction block
252 - блок ограничения252 - restriction block
253 - блок пропорционального интегрирования253 - proportional integration unit
254 - сумматор254 - adder
280 - блок управления напряжением постоянного тока280 - DC voltage control unit
300 - устройство преобразования мощности для возбуждения электродвигателя.300 is a power conversion device for driving an electric motor.
Claims (20)
первый блок (220) преобразования мощности, который подключен к источнику (230) питания переменного тока и преобразует напряжение переменного тока от источника питания переменного тока в напряжение постоянного тока;
второй блок (2) преобразования мощности, который подключен к первому блоку (220) преобразования мощности и преобразует напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока и выводит напряжение переменного тока на электродвигатель (6) переменного тока;
первый блок (200) управления, который управляет первым блоком (220) преобразования мощности; и
второй блок управления (100), который управляет вторым блоком (2) преобразования мощности, при этом:
второй блок (100) управления включает в себя:
блок (10) формирования команд управления током, который формирует на основе, по меньшей мере, команды управления крутящим моментом команду управления током для электродвигателя переменного тока;
блок (150) вычисления индексов амплитуды напряжения, который вычисляет на основе команды управления током индекс амплитуды напряжения, который должен быть применен к электродвигателю (6) переменного тока;
блок (80) регулирования команд управления током, который формирует на основе, по меньшей мере, индекса амплитуды напряжения и частоты электродвигателя переменного тока величину регулирования команды управления током для регулирования команды управления током; и
блок (71) формирования сигналов подавления пульсаций, который формирует на основе напряжения постоянного тока сигнал (BTPMFCMP) подавления пульсаций, причем
второй блок (100) управления формирует на основе управляющего сигнала, включающего в себя команду управления током, регулируемую посредством величины (dv) регулирования команд управления током и сигнала (BTPMFCMP) подавления пульсаций, сигнал широтно-импульсной модуляции во второй блок (2) преобразования мощности и выводит сигнал широтно-импульсной модуляции.1. A power conversion device for driving an electric motor, comprising:
a first power conversion unit (220) that is connected to an AC power source (230) and converts the AC voltage from the AC power source to a DC voltage;
a second power conversion unit (2), which is connected to the first power conversion unit (220) and converts the DC voltage to AC voltage and outputs the AC voltage to the AC motor (6);
a first control unit (200) that controls the first power conversion unit (220); and
a second control unit (100) that controls the second power conversion unit (2), wherein:
the second control unit (100) includes:
a unit (10) for generating current control commands, which generates, based on at least a torque control command, a current control command for an alternating current electric motor;
a voltage amplitude index calculation unit (150) that calculates, based on a current control command, a voltage amplitude index to be applied to the alternating current motor (6);
a unit (80) for regulating current control commands, which generates, based on at least an index of the amplitude of the voltage and frequency of the AC motor, a control amount of the current control command for adjusting the current control command; and
a ripple suppression signal generating unit (71) that generates a ripple suppression signal (BTPMFCMP) based on the DC voltage, wherein
the second control unit (100) generates, based on a control signal including a current control command, adjustable by means of (dv) regulation of current control commands and a ripple suppression signal (BTPMFCMP), a pulse-width modulation signal into a second power conversion unit (2) and outputs a pulse width modulation signal.
блок (10) формирования команд управления током формирует первую команду управления током d-оси, которая является током составляющей магнитного потока электродвигателя переменного тока, из команды управления крутящим моментом, регулирует первую команду управления током d-оси согласно величине регулирования команды управления током, чтобы формировать вторую команду управления током d-оси, и формирует на основе команды управления крутящим моментом и второй команды управления током d-оси первую команду управления током q-оси, которая является током составляющей крутящего момента, и
блок (150) вычисления индексов амплитуды напряжения вычисляет, на основе второй команды управления током d-оси и первой команды управления током q-оси, индекс амплитуды напряжения.7. The device according to claim 1, in which:
the current control command generation unit (10) generates the first d-axis current control command, which is the current of the magnetic flux component of the AC motor, from the torque control command, adjusts the first d-axis current control command according to the amount of regulation of the current control command to generate the second d-axis current control command, and generates, on the basis of the torque control command and the second d-axis current control command, the first q-axis current control command, which is I component of the current torque, and
the voltage amplitude index calculation unit (150) calculates, based on the second d-axis current control command and the first q-axis current control command, the voltage amplitude index.
второй блок (100) управления включает в себя:
блок (60) переключения импульсного режима, который переключает импульсный режим второго блока (2) преобразования мощности; и
блок (59) выбора импульсного режима, который выбирает согласно управлению блоком (60) переключения импульсного режима, по меньшей мере, один из множества импульсных режимов, включающих в себя асинхронный импульсный режим для формирования сигнала широтно-импульсной модуляции асинхронно с частотой электродвигателя переменного тока и синхронный импульсный режим для формирования сигнала широтно-импульсной модуляции синхронно с частотой электродвигателя переменного тока, и
второй блок управления выбирает, когда частота электродвигателя переменного тока присутствует в предварительно определенном диапазоне, центрированном вокруг частоты, в два раза превышающей частоту источника питания переменного тока, синхронный импульсный режим в качестве импульсного режима.8. The device according to claim 1, in which:
the second control unit (100) includes:
a pulse mode switching unit (60) that switches the pulse mode of the second power conversion unit (2); and
a pulse mode selection unit (59) that selects, according to the control of the pulse mode switching unit (60), at least one of a plurality of pulse modes including an asynchronous pulse mode for generating a pulse width modulation signal asynchronously with the frequency of the AC motor and a synchronous pulse mode for generating a pulse width modulation signal synchronously with the frequency of the AC motor, and
the second control unit selects, when the frequency of the AC motor is present in a predetermined range centered around a frequency twice the frequency of the AC power source, the synchronous pulse mode as the pulse mode.
второй блок (100) управления включает в себя:
блок (60) переключения импульсного режима, который переключает импульсный режим второго блока (2) преобразования мощности; и
блок (59) выбора импульсного режима, который выбирает согласно управлению блоком переключения импульсного режима, по меньшей мере, один из множества импульсных режимов, включающих в себя асинхронный импульсный режим для формирования сигнала широтно-импульсной модуляции асинхронно с частотой электродвигателя переменного тока и синхронный трехимпульсный режим для формирования сигнала широтно-импульсной модуляции, количество импульсов которого в полупериоде напряжения равно трем, сформированных синхронно с частотой электродвигателя переменного тока, и
второй блок (100) управления выбирает, когда частота электродвигателя переменного тока находится в предварительно определенном диапазоне, центрированном вокруг частоты, в два раза превышающей частоту источника питания переменного тока, синхронный трехимпульсный режим в качестве импульсного режима.9. The device according to claim 1, in which:
the second control unit (100) includes:
a pulse mode switching unit (60) that switches the pulse mode of the second power conversion unit (2); and
a pulse mode selection unit (59) that selects, according to the control of the pulse mode switching unit, at least one of a plurality of pulse modes including an asynchronous pulse mode for generating a pulse width modulation signal asynchronously with the frequency of the AC motor and a synchronous three-pulse mode for generating a pulse-width modulation signal, the number of pulses of which in the half-period of voltage is three, generated synchronously with the frequency of the motor alternating current, and
the second control unit (100) selects, when the frequency of the AC motor is in a predetermined range centered around a frequency two times the frequency of the AC power source, the synchronous three-pulse mode as the pulse mode.
первый блок (220) преобразования мощности, который подключен к источнику (230) питания переменного тока и преобразует напряжение переменного тока от источника (6) питания переменного тока в напряжение постоянного тока;
второй блок (2) преобразования мощности, который подключен к первому блоку (220) преобразования мощности и преобразует напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока, и выводит напряжение переменного тока к электродвигателю переменного тока;
первый блок (200) управления, который управляет первым блоком преобразования мощности; и
второй блок (100) управления, который управляет вторым блоком (2) преобразования мощности, при этом:
второй блок (100) управления включает в себя:
блок (10) формирования команд управления током, который формирует на основе, по меньшей мере, команды управления крутящим моментом команду управления током для электродвигателя (6) переменного тока; и
блок (150) вычисления индексов амплитуды напряжения, который вычисляет на основе команды управления током индекс амплитуды напряжения, который должен быть применен к электродвигателю переменного тока, и
первый блок (200) управления включает в себя:
блок (210) формирования команд управления напряжением постоянного тока, который формирует команду управления напряжением постоянного тока, которое является целевым значением напряжения постоянного тока; и
блок (280) управления напряжением, который формирует сигнал управления так, чтобы напряжение постоянного тока и команда управления напряжением постоянного тока совпадали друг с другом, и
команда управления напряжением постоянного тока, когда частота электродвигателя переменного тока находится в предварительно определенном диапазоне, формируется большей, чем команда управления напряжением постоянного тока, формируемая, когда частота электродвигателя переменного тока не находится в предварительно определенном диапазоне.14. A power conversion device for driving an electric motor, comprising:
a first power conversion unit (220) that is connected to an AC power source (230) and converts the AC voltage from the AC power source (6) to a DC voltage;
a second power conversion unit (2), which is connected to the first power conversion unit (220) and converts the DC voltage to AC voltage, and outputs the AC voltage to an AC electric motor;
a first control unit (200) that controls the first power conversion unit; and
a second control unit (100) that controls the second power conversion unit (2), wherein:
the second control unit (100) includes:
a unit (10) for generating current control commands, which generates, based on at least a torque control command, a current control command for an alternating current electric motor (6); and
a voltage amplitude index calculator (150) that calculates, based on a current control command, a voltage amplitude index to be applied to the alternating current motor, and
the first control unit (200) includes:
a DC voltage command generation unit (210) that generates a DC voltage control command, which is a target value of the DC voltage; and
a voltage control unit (280) that generates a control signal so that the DC voltage and the DC voltage control command coincide with each other, and
a DC voltage control command when the frequency of the AC motor is in a predetermined range is formed larger than a DC voltage control command generated when the frequency of the AC motor is not in a predetermined range.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011123402/07A RU2463699C1 (en) | 2008-12-15 | 2008-12-15 | Power conversion device for electric motor excitation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011123402/07A RU2463699C1 (en) | 2008-12-15 | 2008-12-15 | Power conversion device for electric motor excitation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2463699C1 true RU2463699C1 (en) | 2012-10-10 |
Family
ID=47079720
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011123402/07A RU2463699C1 (en) | 2008-12-15 | 2008-12-15 | Power conversion device for electric motor excitation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2463699C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2665671C2 (en) * | 2015-06-02 | 2018-09-03 | Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ФГОБУ ВПО "СибГУТИ") | Pulse width modulation signals generation method for direct current motors control |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001238490A (en) * | 2000-02-21 | 2001-08-31 | Hitachi Ltd | Control unit for a plurality of motors, power converter, inverter module and converter module |
RU2193814C2 (en) * | 1997-03-19 | 2002-11-27 | Хитачи Лтд. | Control gear and method for controlling induction motor |
EP1553693B1 (en) * | 2002-10-17 | 2007-12-19 | Denso Corporation | Ac rotary electric machine magnetic noise reduction method, motor control device and ac rotary electric machine using the same |
RU2314450C1 (en) * | 2006-05-18 | 2008-01-10 | Открытое акционерное общество "Акционерная компания по транспорту нефти "ТРАНСНЕФТЬ" | Control device of valving electric drive |
WO2008026249A1 (en) * | 2006-08-29 | 2008-03-06 | Mitsubishi Electric Corporation | Ac motor vector control apparatus |
-
2008
- 2008-12-15 RU RU2011123402/07A patent/RU2463699C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2193814C2 (en) * | 1997-03-19 | 2002-11-27 | Хитачи Лтд. | Control gear and method for controlling induction motor |
JP2001238490A (en) * | 2000-02-21 | 2001-08-31 | Hitachi Ltd | Control unit for a plurality of motors, power converter, inverter module and converter module |
EP1553693B1 (en) * | 2002-10-17 | 2007-12-19 | Denso Corporation | Ac rotary electric machine magnetic noise reduction method, motor control device and ac rotary electric machine using the same |
RU2314450C1 (en) * | 2006-05-18 | 2008-01-10 | Открытое акционерное общество "Акционерная компания по транспорту нефти "ТРАНСНЕФТЬ" | Control device of valving electric drive |
WO2008026249A1 (en) * | 2006-08-29 | 2008-03-06 | Mitsubishi Electric Corporation | Ac motor vector control apparatus |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2665671C2 (en) * | 2015-06-02 | 2018-09-03 | Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ФГОБУ ВПО "СибГУТИ") | Pulse width modulation signals generation method for direct current motors control |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101199038B1 (en) | Power converter for driving motor | |
KR101027231B1 (en) | Vector controller of permanent magnet synchronous motor | |
JP4205157B1 (en) | Electric motor control device | |
KR101110515B1 (en) | Controller of motor | |
JP5246508B2 (en) | Control device for motor drive device | |
JP4065903B2 (en) | Vector control device for induction motor, vector control method for induction motor, and drive control device for induction motor | |
US8344680B2 (en) | Control apparatus of alternating-current motor | |
JP5120670B2 (en) | Control device for motor drive device | |
JP5120669B2 (en) | Control device for motor drive device | |
JP5104721B2 (en) | Field winding type synchronous machine controller and control system | |
JP5025818B2 (en) | Electric motor drive power converter | |
RU2463699C1 (en) | Power conversion device for electric motor excitation | |
JP5370748B2 (en) | Control device for motor drive device | |
RU2432663C1 (en) | Electric motor controller | |
RU2419954C1 (en) | Electric motor control device | |
Olarescu et al. | Optimum current reference generation algorithm for four quadrant operation of PMSMS drive system without regenerative unit |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QA4A | Patent open for licensing |
Effective date: 20140815 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181216 |