TW529238B - Speed control device for an AC motor - Google Patents

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 529238 五、發明說明（ [技術領域] 本發明為關於一種交流電動機之速度控制裝置，尤 指，關於在定額速度以上的高速領域改善其運轉特性者。 [技術背景] 交流電動機之電流控制多為將交流電動機之電流分 解為旋轉之直交二軸座標（以下稱dq軸座標）上之成份的 勵磁份（以下稱d軸）與轉矩份（以下稱q軸），而分別實行控 制之向量（vector)控制。以下就感應電動機的狀態說明習、知 技術。 第16圖表示習知之感應電動機之速度控制裝置的構 成。圖中31為感應電動機’ 32為後述之依據電壓指令 Vu*、Vv*、Vw*供給電力於感應電動機31的pwM反換器 (mVei*ter)，33a、33b、33c為檢測感應電動機31之電流、、 1 v、1 w之電流檢測器，3 4為檢測感應電動機3丨之旋轉速度 ω r的速度檢測器。又，3 5為依後述之d軸電流i i d演算磁 通0 η之二次磁通演算器；36為依後述之q軸電流與 磁通0 μ演算滑動角頻率ω s之滑動頻率演算器；3 7為依 滑動頻率演算器36所演算之滑動角頻率ω s及速度檢測器 34所檢測之感應電動機3 1之旋轉速度ω ^ ,以演算dq軸 座標之旋轉角速度ω的座標旋轉角速度演算器；38為將旋 轉角度ω施以積分而輸出dq軸座標之相位角0的積分 器。又，39為依dq軸座標之相位角0，將電流控制器33a、 33b、33c之電流lu、iv、lw分解為dq軸座標上的d軸電流 i i d及q軸電流i! q而輸出之三相二相座標變換器。 ' I ft n n n n SI m ϋ n n n I · II ϋ m n n n n 一.'t * 1 i— n ϋ n n n I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格m〇 X 297公釐） 1 312833 529238 五、發明說明（2 ) 、4〇為輪出磁通指令與二次磁通演算器35所輪出 的磁通02d之磁通偏差ef的減算器；41為使磁通偏差e 為零以控制比例積分（以下稱為PI),並輪出d軸電流成^ W的磁通控制器;42為輸出速度指令⑴，與速度檢測器3刀4 =輸出的感應電動機31之旋轉速度、之速度偏差、的減 异益，43為實行PI控制以使速度偏差％成為零，並輪 q軸電流成分iiq，之速度控制器。 又，44為輸出d軸電流指令^*與d軸電流^雷、亡 ΛΑ I L· χ 1 d 电成 eld、減算器；45b為實# pi控制以使電流偏差％ 為零，並輪出d軸電壓成Vd，之d軸電流控制器；46為輸 :q軸電流指令與q軸電流^之電流偏差％的減算 斋；47b為實行PI控制以使電流偏差、成為零，並輸出 轴電壓成分Vq，的q轴電流控制器；48為依叫軸座標之相 位角Θ，將d軸電壓指令V，與q軸電屋指令^變換為 三相交流座標上的電壓指令Vu*、Vv*、Vw*，^為 反換器32 m令而輸出之二相三相座標變換器。 又，51為限制d軸電流成分iid於預定範圍内，以輸 出d軸電流指令lid*之d軸電流限制器；52為限帝“軸電 T成分llql於預定範圍内以輸出q轴電流指令hq*之q軸電 流限制器（limiter)。53b為限制d軸電壓成分、，於預定範 圍内，以輪出d軸電壓指令vd*之d軸電壓限制器；54b 為限制q轴電壓成分Vq，於預定範圍内，以輪出q轴電壓 指令Vq*之· q軸電壓限制器。 又，55為任意供給感應電動機之磁通指令0 磁％ __丨丨_| " ， 1 II ———____ . 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格⑵Gx 297公爱） -— ------ ------------裝--- ί請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁} 4^1· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 238

A7 絰濟部%慧財產局貝T一消货合作枝卬製 五、發明說明（3 指令二部。速度指…由外部任意所供給。 43 Γ二 第16圖之磁通控制器4卜速度控制器 43 d軸電〜控制器45b、q軸雷士 ^ q轴電流控制器47b等之PI控 制益的構成。圖中，6 為相者认^ …、田於ΡΙ控制器之比例增益& 的係數器’ 62為相當於pi批告丨 63h A且m 積分增益&之係數器， 63b為具有停止演算之功能的 與積分成分之加算器。 、-’“為加算比例成分 e為輸入至pi控制器之偏差 、 强你旦本名 差U為由PI控制器輸出 插作ΐ。磁通控制器41之情況 ^ ^ A e為磁通指令φ 2d*蛊一 次磁通演算器35所輸出的磁通 〇 — * 2d之磁通偏差ef，且τρ 相备於d軸電流成分lid，。速度控制器43之情兄下、 …度檢測器34所輸出的感應電動機 之速度偏差，相當於q軸電流成分 :。：電流控制器45b的情況下，…軸電流指 fd軸電b“ld之電流偏差~，且π，相當於“ Vdf。q軸電流控制器47b之情況下 ’】 c句q轴雷为 與Q軸電流ilq的電流偏差e ，且U，為 分Vq，。 4相當於 以下參照第16及17圖說明感應電動 基本動作。 動機之w 如第1 6圖所示，向量控制由磁通控制⑤1 | 制器43、d轴電流控制器45b、q軸電流柃4,丨…，4 ^，tl 工1m /1、蕙·、a 數的Pi控制器組合所構成。 災 心控制器之前段的減算器(減算,.1(丨.AM E .丨_，、 -el u I— _ .— (請先M讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂： •線· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 529238 五、發明說明（* 減算器44、減算器4⑽μ 得之偏差e(e、ρ 曰Ύ值與實際檢測之值戶ή ^ f "、Cld、％)予以輪出。 PI控制器為使前段之減算哭 令值與實際檢出的值-致齡：器出的偏差成為零(使指 之減算器輪出之偏差6作為輸入，依各7控制器以前段 為零的操作量υ，Π ，、； ， Λ7 式（1)輪出使偏差e 里 u (hd、ilq、vd，、'，）。 ^ (Kp+ (Ki/s) ) · e ···:” 第17圖表示第（1)式之方塊圖。K 〇 、 〜皿’ &為PI控制器的積分增益。第】 控制器（磁通控制器41、速度 θ 之ΡΙ 電流控一)= 之值於各PI控制器中有所不同。 一/、 Π 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ::通控制器41或速度控制器43中，其相 …為d軸電流成分lld，或q轴電流成分、，，但d轴乍 〜成分或Q軸電流成分、，不能成為pWM反換哭 容許的最大輸出電流值^以上的值。於此藉由 限制器51、q軸電流限制器52限制磁通控制器μ、p 控制器43所輸出的操作量叩軸電流成分 成分ilq’）不超過PWM反換器32所容許的最大輸出來乂丨合 i m a X 〇 再者，於d軸電流控制器451)或q軸電流控制$ I I, 中，相當於操作量U，者為d軸電壓成分Vd，或q，hm a 分Vqf，但-d軸電壓成分vd，或q軸電壓成分'，t & ,λ為 PWM反換器32之母線電壓vDc以上的值，於此从 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2]〇χ297公釐 Γ ’ it” 529238 |£濟郎^慧財產^_^消費^作狂^~於 A7 五、發明說明（5 ) 電壓限制器53b、q軸電壓限制器54b，以限制d軸電流控 制器45b或q軸電流控制器47b所輸出的操作量^^軸^ 壓成分vd，、q軸電壓成分vq，）不超過PWM反換器32的母 線電壓VDe。 但是’ d轴電流限制器5 1、q軸電流限制器52、d軸 電壓限制器53b及q軸電壓限制器54b之限制值不一定需 .要為同一值。 如上所述，習知之感應電動機之速度控制裝置對於各 控制器4卜43、45b、47b之輪出各設有限制器5卜52、 53b、54b，而以各限制器51、52、531>、541)限制操作量 U1時，輪入之偏差e永遠不會成為零，以致於其ρι控制器 内部之積分器63b持續積蓄有偏差e而成為操作量飽和^ 現象，因而引起所謂過衝（oversho〇t)或晃動（hunting)振動 之輪出響應的問題。 | 因此，操作量U’超過各限制器51、52、53b、54b之 限制-值時，藉由停止其PI控制器内部之積分器63b的積分 演算，可避免偏差e繼績積蓄，消除操作量飽和而從經驗 上得到穩定的響應。 第18圖表示後述之感應電動機中依求出其穩定狀態 之端子間電壓的數式而描繪（plot)d軸電壓成分Vd，與q軸 電壓成分Vq’之圖表。圖中，⑷、⑷、（e)表示^軸電壓成 分vd’，（b)、（d)、⑺表示q軸電壓成分v，。 q 第19圖表示對於旋轉速度ω r之q軸電流限制器的限 制值之圖表。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 312833 — IIIilill — ιί — -ill — — — — ·11111111 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 529238 A7 __B7 五、發明說明（ 又，第20圖表不對於旋轉速纟、可由磁通指令產生 部任意輸出之磁通指令0 之最大容許值的圖表。 第圖與第19、2〇圖相對應，於第_中使限制值 依（a)、（c)、（e)變化時，於第18圖之圖表為（a)、（c)、（^。 又，於第20圖中使最大容許值依（b)、（d)、⑴變化時，第 18圖之圖表則為（b)、（d)、（f)。 將感應電、動機運轉於定額速度以上時，由3軸電流控 制器451>及q軸電流控制器杨輸出# d軸㈣成分％ 或q軸電壓mq，，將穩定地持續㈣“電壓限制器 53b、q軸電麼限制器54b之限制值。上述之操作量超越限 制值時+止積刀/寅异的方法為暫時回避所謂操作量飽和之 不能控制的狀態之手段，對於過渡的操作量飽和雖有效， 但對感應電動機運轉於定額速度以上時經f持續發生操作 量飽和的狀態則不能使用。 ' 以下參照第18至20圖說明消除在定額速度以上經常 發生之電壓成分Vd，及Vq·之操作量餘和的習知方法。於上 述问速領域之Vd及Vq之操作量飽和特別稱為電壓飽和。 感應電動機在穩定狀態的d軸電壓成分^，與^電 壓成分Vq’如以下第（2)、（3)式求出。 vd’=R1.1Id_L1·σ ·ω ·、 …⑺

Vq,== Rl ·、+ (L1/M) · ω · 0 2d ...(3) 式中’Rl為感應電動機31U次電阻，…次測 自電感㈣finductance)，M為相互電感，卩為漏電係數。 感應電動機運轉於定額速度以上時’第式中 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格 A7 B7

529238 五、發明說明（7 ) 第2項成分比第i項成分非常大，因 列第（4)、W式近似表示。 ⑺式可由下

Vd’= — · σ · · 1 U ·/〇)·! ω Mq …⑷ '，一—(L，、·〜 …(5) Q轴電流限制器52為固定限制器，q軸 示於第19圖。於此如q轴電流liq流量與限 侧式，vd，或為第18圖⑷之圖表…磁通::：產： 4 55可任意輪出八，之最大容許值係如帛20圖(b)所示。 在此，磁通0 2d相同於其最大容許值時，則* ^ ， 成為如第18圖（b)之圖表。 工，Vq’ •由第w圖u)、（b)可得知，於旋轉速度以上的 度運轉時，電壓成分Vq，超過PWM反換器32之輪出限制 2土 Vmax而飽和，又於旋轉速度〇^“以上的速度運轉 時，電壓成分vd，與、，之兩方超越pWM反換器u 限制值± Vmax*飽和。 ％出 •如上所述，於定額速度以上的領域運轉時經常發生電 壓飽和，因此使磁通指令產生部55之0:之最大容許值 與q軸電流限制器52之限制值依照速度而變化。例如將q 軸電流限制器之限制值如第19圖⑷所示，由發生d輛成 分之電壓飽和的旋轉速度U速度成反比例的形態變 化的可變限制器時，即使q軸電流、流量與限制值相同， 亦由第(4)式’ V’成為如第18圖⑷之圖表。又，將磁通指 ▽產生W 55能任意的輸出之必之最大容許值如第2〇圖 (d)所不，由發生q軸成分之電壓飽和的旋轉速度〶 base 本紙張尺度適用家標準（〇^引八4規格~7-~一 i HR —I— i Mm§ nv ϋ tmmmi i n n n I · n ϋ mi i I It I 訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部嗜慧財產局員工消費合作社印製 529238 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 五、發明說明（8 ) 速度正反比例的函數予以限制 最大限制時，即使磁通02^目同於其 破大谷許值，亦由第（5)式，ν q成為如第18圖（d)的圖表。 如上所述，由於使q軸雷 b丄一 q釉電流限制器之限制值或“*之 敢大容許值對應於速度而變化， 2d之 ^ ^ ^ ^ . 即使在定額速度以上的領 域，d軸電壓成分V，或軸 貝 4神冤壓成分Vq，不致超過PWM反 換斋32之輸出限制值± v ， - max由而能抑制電壓飽和之發生 而能實現穩定的動作響應。 然而，實際上運轉感應電動 、 ^ 电勒機時，由於負載或母線電 壓之大小的變動，電壓成分Vd，、'，有比第18圖⑷、⑷ 大的狀態’以致發生電壓飽和成W穩定的響應。 因此如苐19圖（e)、第_ 抑 圖（f)所示，將q軸電流限制 之限制值及ςύ 2d之最大容許值設定於更下方，使電壓成 分vd’、vq，如第18圖⑷、⑺所示，對pwM反換器以 輸出限制值± vmax具有充裕而不容易發生電壓飽和。 但如此則不能充分發揮PWM反換器的能力，導致所 得之輸出轉矩降低的問題。 為了不降低輸出轉矩且不容易發生電壓飽和，已提案 有於發生電壓飽和時，對磁通指令或電流指令實行回授 (edback)並修正的方法。該方法係由檢測發生電壓飽和時 之飽和量，由其求得消除電壓飽和之最適當的修正量，以 修正各指令者。如上所述，由於實行回授控制，可免除受 負載或母線電壓等諸條件的影響，能抑制電壓飽和的發 生’並提高-控制的安定性，亦能充分發揮PWM反換器之 能力。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 Α1Τ.

本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（2】〇χ297公釐 312833 529238 '經 濟 部 -智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 A7 _____B7 五、發明說明（ 例如於日本特開2__92899號公報所揭示，有具備將 電流控制系之電堡指令值與pwM反換器之母線電屢值予 以比較積分，在前述母線電屢值超過前述電塵指令值時將 磁=指令以前述積分的輸出減去，而於前述母線電麼值低 於前述電壓指令值眸目彳验分、θ 一 、 7值％則將減去Ϊ設定為零的電壓飽和補償 電路之感應電動機的控制裝置。 修正上依帽飽和量導出修正量對各指令實行 W除電錢和，但由於決定修正量之際未考 :如於知的速度’因此對於急劇的速度變化等，會產生有 ==加速時為了要迅速修正必需增大修正量，減速時則 提高衫性而抑制修正量等對修正量實行複雜演算 本發明為解決上述的㈣，其目的在獲致—種對於各 j度變化等亦不需特別操作即能抑制電㈣和之發生之 父流電動機之逮度控制裝置。 [發明之概述] 本發明之交流電動機之速度控制裝 雷翻攙+ # + …衣置，係具有將交流 機之電^分為旋轉之直交二軸座禪 份雷泣偽# t 、 玉加上的一成分之勵磁 伤電机與轉矩份電流而各予以比 ^ ^ ^ ^ ^ 』償刀控制之電流控制器 機之速度控制裝置，其特徵在於具備有： 將對於轉矩份電流實行比例積分 制哭斛鈐山„ W刀控制之轉矩份電流控 =所輸出之轉矩份電屢成分限制於預定值以下之轉矩份 電壓限制器’·由前述轉矩份電流控制器所輸出 壓成分與前述轉矩份電壓限制器輪 刀 __ %出之轉矩份電壓指令求 ---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂--- 線· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2J0 297公釐） 9 312833 529238 五、發明說明（l〇 出轉矩份電壓飽和量之第i減管哭· 壓飽和量之第丨積八器·1保持該轉矩份電 直交-轴座Γ 持之轉矩份電餘和量- 直乂一軸座標之旋轉角速度以輸出 ，、 指令修正器；以及由磁通指令減切磁正里之磁通 屮絲、s放 哉紊該磁通指令修正量以輪 亦π?正指令之第2減算器；因此速度發生急劇變化時 亦經常可得最適當的修正量而能抑制電壓餘和的^ 又，-種具有將交流電動機之電流分為旋轉之直 座標上之二成分的勵磁份電流與轉矩份電流，並分別: 以比例積分控制之電流控制器 置，其具備有： 的m電動機之速度控制裝 制哭=:轉矩份電流實行比例積分控制之轉矩份電流控 制'所輸出之轉矩份電壓成分限制於預定值以下之轉矩份 電壓限制器，由前述轉矩分電流 L控制器輪出之轉矩份電壓 ^與别述轉矩份電Μ限制器輸出之轉矩份電壓指令以求 =:電錢和量之第丨減算器；用以保持該轉矩份電 飽和里之第1積分器；由該保持之轉矩份電㈣和量與 直交二軸座標之旋轉角速度而輸出勵磁份電流指令修正量 之勵磁份電流指令修正器；以及由勵磁份電流指令減去該 勵磁份電流指+修正量而輸出勵磁份電流修正指令之第3 減算器，因此速度發生急劇變化時亦經常可得最適當的修 正量而能抑制電壓飽和的發生。 由於對產生磁通指令之磁通指令產生部輸入前述交流 電動機之旋轉速度，使其依照前述交流電動機之旋轉速凡 產生磁通指令，因此能將轉矩份電壓飽和量減小至某—科 ^紙張尺度適用中闕家標準（CNS)A4規格（210 X 297公发〉----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝 · 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 529238 濟 部 -智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 11 312833 A7 五、發明說明（11 ) 度’因而能提高交流電動機之控制穩定性。 又，由於對產生勵磁份電流指令之勵磁份電流指令產 生部輪入前述交流電動機之旋轉速度，使其依照前述交流 電動機之旋轉速度產生勵磁份電流指令，因此可將轉矩份 電壓飽和量減小至某一程度，因而能提高交流電動機之^ 制穩定性。 i 又，由於具備將對於勵磁份電流實行比例積分控制之 勵磁份電流控制器所輸出之勵磁份電愿成分限制於預定值 乂下之勵磁如電壓限制器’由前述勵磁份電流控制器輸出 之勵磁份電壓成分與前述勵磁份電壓限制器輸出之勵磁份 電壓扣7以求出勵磁份電壓飽和量之第4減算器，用以保 持該勵磁份電壓飽和量之第2積分器，由該保持之勵磁份 電廢餘和量與直交二軸座標之旋轉角速度而輸出轉矩份電 流指令修正量之勵磁份電流指令修正器，以及由轉矩份電 流指令減去該轉矩份電流指令修正量並輪出轉矩份電流修 2指令之第5減算器’因此將交流電動機運料大幅超過 定額速度的領域時，亦可抑制電壓飽和的發生，實行穩定 的控制。 、 v 又杏由於對將速度指令與交流電動機之旋轉速度之速 度偏差實行比例積分控制之速度控制器所 流指令：制於預定值以下之轉矩份電流限制器，== 矩伤電*才曰令之限制*為使其依照前述交流電動機之旋轉 速度而變動，因此能將勵磁份電壓飽量減小至某種程度， 因此可提高交流電動機之控制穩定性。 本紙張尺度適用中國蘇7^4規格⑵。χ 29_「[爱-_ ^--------^---------線 C請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 529238 ____B7

五、發明說明（U 又’本發明之交流電動機 流電動機之電流分為旋轉之直交二軸座：Γ:有將交 磁份電流與轉矩份電流:之—成分的勵 制器的交流電動機之速度控=比制之電流控 使轉矩份電流實行比例積分 2 · :二成為轉矩份電昼成分餘和時其内部之:二電*控制 演算的構成，並且將對於轉矩份電流實仍可繼續 轉矩份電流控制器所輸出 /積分控制之 以下之轉矩份㈣限制器；成分限制於預定值 之轉矩份電壓成分盥m拓電流控制器輪出 電屢^轉矩份電M限制器輪出之轉矩份 =:令，以求出轉矩份電㈣和量之第 = 通指令修正量之磁…广疑轉角速度以輪出磁 4正里之料指令修正^ ;以及由磁㈣ 修正量並輸出磁通修正指令之第2減算器，因^ 月b以間單的構成抑制電壓飽和的發生。 轴座ί上:種Π將交流電動機之電流分為旋轉之直交二 …-成/刀的勵磁份電流與轉矩份電流並分別予以 比例積分控制之電流控制器的交 置，其具傍有： 4動機之速度控制裝 ⑽使轉矩份電流實行比例積分控制之轉矩份電流控制 ::成為轉矩份電μ成分飽和時其内部之積分器仍可μ 决异的構成，並且將對於轉矩份電流實行比例積分m 轉矩份電流控制器所輪出之轉矩份電壓成分限制"“丨丨： I以下之轉矩份電壓限制器；由前述轉矩份電流 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格⑵G x 297公餐） ――__________

12 M/Kn V 頁 訂 529238 五、發明說明（l3 ) 之轉矩份電壓成合i^ 。 雷庵并人、、 # 制器輪出之轉好 "以求出轉矩份電壓飽和量之第1減算器.由： 矩份電壓飽和量與直交二轴座標之旋轉角速度㈣由該轉 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 份電流指令修下β I 又輪出勵磁 电机扣7修正置之勵磁份電流指令修正器；以 份雷 > 於人、少及"由勵磁 電7減去該勵磁份電流指令 流修正指令的m 3、士、Μ „ 里！輸出勵磁份電 的第3減异态；因此能以簡 飽和的發生。 料的構成抑制電壓 由於對產生磁通指令之磁通指令· 電動捲沾热絲生^輸入剐述交流 、度，使其依照前述交流電動機之旋轉速度 磁通指令，因此可將轉矩份電壓餘和量減小至某種程 又，因而能以簡單的構成提高交流電動機之控制穩定性。 又由於對產生勵磁份電流指令之勵磁份電流指令產 生部輪入前述交流電動機之旋轉速度，使其依照前述交流 _機之;k轉速度產生勵磁份電流指令，因此能將轉矩份 ，^飽和量減小至某種程度，因而能以簡單的構成提高交 流電動機之控制穩定性。 ·Μ濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^又，使對於勵磁份電流實行比例積分控制之勵磁份電 μ控制器，成為勵磁份電壓成分飽和時其内部之積分器仍 可繼續演算之構成，並且具備有·· 口將對於勵磁份電流實行比例積分控制之勵磁份電流控 制器所輸出之勵磁份電壓成分限制於預定值以下之勵磁份 電廢限制器；由前述勵磁份電流控制器輸出之勵磁份電壓 成刀與別述勵磁份電壓限制器輸出之勵磁份電壓指令以求 出勵磁份電虔飽和量之第4減算器，·由該勵磁份電壓飽和 312833 :紙張尺國國家標準(c_ks)A4規格⑵〇 χ 297公6-----—' 529238 A7 經濟部乜^^產局貝工消費合作社印製 五、發明說明（I4 ) 量=直交二軸座標之旋轉角速度以輪出轉矩份電流指令修 正昼之勵磁份電流指令修正器 —以及由轉矩份電流指令減 去該轉矩份電流指令修正量並輸出轉矩份電流修正指令之 第5減算器，因此將交流電動機運轉於大幅超過定額速度 的領域時，亦能抑制電壓飽和的 成實行穩定的控制。 的發生’因而能以簡單的構 ^，將對於速度指令與交流電動機之旋轉速度之速度 偏差實行比例積分控制之速度控制器所輸出之轉矩份電流 指令，限制於預定值以下之轉矩份電流限制器_，使限制 轉矩份電流指令之限制值依照前述交流電動機之旋轉速度 而變動：，此能將勵磁份電壓飽和量減小至某種程度，2 而月b X簡單的構成提尚交流電動機之控制穩定性。 [圖面之簡單說明] 第1圖表示本發明第丨實施形態之感應電動機之 控制裝置的構成圖。 、又 第2圖表示依上述感應電動機於穩定狀態求得其端子 間電壓的第⑷及（5)<將d軸電壓成分Vd，及q軸電壓 Vq’描繪的圖表。 第3圖表示本發明第}實施形態之感應電動機之速度 控制裝置的磁通指令修正器3a、3b之構成圖。 第4圖表示本發明第2實施形態之永久磁鐵電動機之 速度控制裝置的構成圖。 第5圖表示本發明第2實施形態之d軸電流指令條d 器5a、5b之構成圖。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂-· 本紙張尺錢 312X3；^ 14 ^9238

五、發明說明（15 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 第6圖表示本發明第3實施形態之感應電動機之速度 控制襞置的構成圖。 第7圖表示本發明第3實施形態之永久磁鐵電動機之 速度控制裝置的構成圖。 第8圖表不本發明第4實施形態之感應電動機之速度 控制裝置的構成圖。 .。第9圖表不感應電動機於穩定狀態下依求得其端子間 電壓之第（4)及（5)式描繪d軸電壓成分Vd，與q軸電壓成分 Vq的圖表。 第1 〇圖表示本發明第4實施形態之q軸電流指令修正 器13a、13b之構成圖。 第11圖表示本發明第4實施形態之永久磁鐵電動機之 速度控制器的構成圖。 第12圖表示本發明第5實施形態之感應電動機之速度 •控制裝置的構成圖。 第圖表示本發明第6實施形態之感應電動機之速度 控制裝置的構成圖。 第14圖表示第13圖之d軸電流控制器15、ς軸電流 控制益16等的PI控制器之構成圖。 第15圖表示本發明第6實施形態之永久磁鐵電動機之 速度控制裝置的構成圖。 第圖表示習知之感應電動機之速度控制裝置的構 成圖。 . 第1 7圖表示第i 6圖之磁通控制器4〗、速度控制器 本紙張尺度顧巾關家縣（CNS)A4規格⑵Q χ 297公髮） ^12833 --------------裝--------訂i m n US Kit n II I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 五、發明說明（16 d輪電流控制器4 5 b 鈿 制器的構成圖. 電&控制器47b等的PI控 第18圖表示後述之感應 端子間電壓的I寺^ ;穩定狀態下依求得 的數式描緣d輛雷愿士、八

Vq，的圖表。 成刀與q軸電壓成分 值之:二圖表不對旋轉速度ω r之。軸電流限制器的限制 心Π圖表示對旋轉速度、可由磁通指令產生部能任 「_輪出之磁通指令^之最大容許值的圖表。 [元件符號說明] 裝— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 第1減算器 3a、3b磁通指令修正器 5 a d軸電流指令修正器 7、9、55磁通指令產生部 13a'13b q軸電流指令修正器 15 q軸電流限制器 17、47a q軸電流控制器 19、54a q軸電壓限制器 22、24、26、58 係數器 35 二次磁通演算器 37 座標旋轉角速度演算器56 57 d軸電流指令產生部 [發明之最佳實施形態] 第1實施形態 2、12、63a 積分 4 第2減算 6 第3減算 11 第4減 14 第5減算 16、45a d 轴電 W、53a d軸電壓限制器 21、23、25除算器 31 感應電動機 3 6 滑動頻率演1彳3 永久磁峨朮劫辦 器 器 器 算器 器 流控制器 私紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4 mi(2}Q χ 29?Τ7

If, ίΙ.'ΧΓί 529238 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A? 五、發明說明（Π ) 第1圖表示本發明第1實施形態之感應電動機之速度 控制裝置的構成圖。圖中，31至39、4〇至44、45b、46^ 48、51、52、53b、55為與第16圖相同而省略其說明。！ 為：q軸電壓成分 '’與q軸電壓指令V，輸出q軸電壓飽 和之第}減算器，2為保持q軸電壓飽和量而 將所保持之q軸電麼飽和量輸出之積分器〇a為由\呆 持之q|*電壓飽和量△ \與dq轴座標之旋㈣速度&以 輪：磁通指令修正量^之磁通指令修正器，4為由磁 :指令0 2’減去磁通指令修正量△ 0 “以輸出磁通修正指 7必2<1 cm(j之第2減算器。 47a為實行PI控制使電流偏差％歸零以輸出q軸電 壓成分vq’之q軸電流控制器，54a為限制q軸電壓成分 V於預定範圍内以輸出q軸電壓指令、*之q軸電 器。 第2圖表示上述之感應電動機依求出其於穩定狀態之 端子間電塵的數式⑷及（5)描繪d軸電塵成分v/與❻電 壓成分Vq’的圖表，（a)表示由第i實施形態修正前之d軸 電壓指令Vd*的圖表’（b)表示由第1實施形態修正前之q 軸電壓指令V，的圖表，⑷表示經第】實施形態修正後之 q軸電壓指令vq*的圖表。 第3圖表示本發明第丨實施形態之感應電動機之速度 控制裝置的磁通指令修正器3a之構成圖。圖 ，、等之q軸電壓飽和量dq軸座標之旋轉角速度Q 算器’ 22為輸入除算器2 1之輸出以輪出磁:指 本紙'張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — — — — — — I III I ----II--^ β I I I I II I I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 529238 五、發明說明（is ) 令修正量△ 0^之係數器。但於後述之磁通指令修正哭讣 中，除算器為將q轴電壓飽和量以^轴座標之 旋轉角速度ω除算。 、以下參照第1至3圖、第]9、2〇圖說明第]實施形態 之感應電動機之速度控制裝置的動作。在未發生電®飽和 之時的動作與習知技術相同而於此省略其說明。 如以上的習知例所說明，於穩定狀態下之感應電動機 的端子電壓如第（4)、（5)式所示。 · q軸電/瓜限制自52為限制值如第j 9圖⑷所*的固定 限制°° ® q軸電流、流量與限制值相同時，Vd，由第（4) 訂 f成為第2圖⑷的圖表。又，可由磁通指令產生部μ任 意輸出之Μ之最大容許值如第2〇圖(b)所示，如磁通必 2d相同料最大容許值之值時，由第（5)式，V:成為第2 圖（b)之圖表。 將感應電動機運轉於定額速度（旋轉速度Wbase)之二 倍程度的領域時，如第2圖⑷所示，d轴電壓成分Vd，不致 超過輸出限制值+ V 。作η細啻两立、 max仁q軸電壓成分vc/於旋轉逮度ω base以上的領域運轉時，則超過輸出限制值± U致發 生電屢飽和。而發生電a餘和時，q轴電麼成分Vq,由q軸 電壓限制器54a限制於± Vmax。藉由將q轴電麼限制器^ 之輸入輸出值通過減算器i，可求出其偏差(以下稱q軸電 麼飽和量«飽和量為表示電屋飽和程度 的參數，相.當於第2圖（b)、⑷所示之v，之差。 , 第⑺式中’L]'M為感應電機之^定的參數，由於 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297 /^^7 18 312833 529238 濟 部 •智 慧 員 工 消 印 製 A7 五、發明說明（I9 ) ，有必要依速度控制裝置控制之指令而無法修正，由 制I知^發生]軸電壓成分V之電壓飽和時，為要抑 ^、此將磁通02d向下方修正。亦即，由保持之 壓飽和量W求得對於磁通 ^ ^ ^ 里U P 2d，依據其修正 將磁通向下方修正，即可消除電壓飽和。 =之❹電壓飽和量，與用以消除電麼飽和之 表示。日7修正置△ 02d之關係如與第(5)式同樣之第(6)式 △ 'Ί/Μ)· ω · △ 02d …(6) 式。再將第（6)式就磁通指令修正量△ ^變形可得第⑺ “ 2d= (M/L。· △ ν，/ω …⑺ 之式為由保持之q軸電屢餘和量△'，求得對磁通 少 Ϊ 0 2的數式，相者 楚 教式相田於第1圖之磁通指令修正器 a，，、具體的方塊圖如第3圖所示。 ο/磁=所得磁通指令修正量…為輸入至減算器 將磁通指令^向下修正為 該修正而依端子間電壓的數式I …。麵 圖袅如贫， 电㈣數式-繪之q軸電壓成分Vq，的 圖⑷，目而能抑制q軸成分發生電壓餘和。 又1實施形態於發生q軸電慶飽和時，將其狀熊以 i當飽和t量檢測’再依照其量决定消除電麼飽和之最 L田：/通各令修正量，對磁通指令實行回授修正。 急劇：=二正！時由於考慮電動機的速度，因此速度 ， 二^常能得最適當的修正量，因而能抑制電 本纸張^適^n ^____ 19 312833 Μ--------^---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 529238 A7 五、發明說明（) 壓飽和的發生。 又由於不受負載或母線電壓等條件變化的 ?曰而 ------------·丨裝· ！ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 行穩定的控制，能經常將PWM反換器之能力充分發 、 因此能增大輸出轉矩等。 刀X揮’ 以上以感應電動機為例說明交流電動機，但不… 應電動機，對於能控制磁通的同步電動機 限於感 樣的手段。 , 第2實施形態 、 第4圖表示本發明第2實施形態之永久磁鐵電 速度控制裝置的構成圖。圖中，；[、2、3 機之 τ 2 至 34、38、39、 42 至 44 、 45b 、 47a 、 48 、 52 、 53b 、 54a 與第〗圖相 省略其說明。 口相同而 ^ 5a為輸入保持之q軸電壓飽和量△、，與dq軸座標之 旋轉角速度ω，以輸出d軸電流指令修正量 、士 1 d < (1 轴電 “修正器；6為由d軸電流指令減去以電流指 令修正量△ ild以輸出修正之d軸電流修正指令〗* 2 vv、贫 tm 1 d c m d < 弟 一益。又’ 56為永久磁鐵電動機’57為輸出任意之d 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2 ::才"之d軸電流指令產生部，58為用以演算座標旋 轉角速度之係數器。 第1實施形態說明控制感應電動機的速度控制裝置， 第2實施形態為有關控制永久磁鐵電動機之交流電動機的 速度控制裝置。 第4圖係與控制感應電動機之速度控制裝置的第]圖 相比較’將控制對象之交流電動機由感應電動機31更換為 私紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格⑵G χ 297公复） 529238 A7

五、發明說明（21 ) 水久磁鐵電動機56,並且刪除磁通指令產生部55、減算器 4、磁通指令修正器3a、二次磁通演算器35、滑動頻:: 算器36、座標旋轉角速度演算器37、減算器4〇、磁通控 制器41、電流限制器51，以及增設輸出任意之3軸電流指 令之d軸電流指令產生部57、用以演算座標旋轉角速度^ 係數器58、減算器6。與感應電動機相比較，其基本構成 丨少許不同，但基本動作相同，所欲解決的課題亦同。 第5圖表示本發明第2實施形態之d輛電流指令修正 器5a之構成。圖中，23為將保持之q轴電壓飽和量 以dq軸座標之旋轉角速度ω除算之除算器、24為輸入^ 异裔23之輸出以輸出d軸電流指令修正量△ t之係數 荔。但於後述之d軸電流指令修正器5b中，除算器將 q軸電壓飽和量AVq以dq軸座標之旋轉角速度〇除算。 對於永久磁鐵電動機，其穩定狀態下之d軸電壓^分 .V，與q軸電壓成分V，如第（8)、（9)式所示。 V/ - R1

Id ω

Vq’ = R1 · iiq+ω (Ld . iid+ 0 f) (8)(9) . — — — — — II — .I · I I I I I I — · ---I I I I-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -經 濟 部 Λ 慧 財 產 局 消 費 合 作 社 印 製 式中’ K為永久磁鐵電動機56之i次電阻，l為d 軸成分電感’Lqgq軸成分電感，為永久磁鐵之鎖交 磁通的最大值。 將永久磁鐵電動機運轉於定額速度以上時，各個第2 項成分比其第1項成分非常大，因此第（9)式各可由第 (10)、（11)式近似。 ύύ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 312833 529238 B7 五、發明說明（22 ) vqf (Ld · ild+ φ ^ 下，’、、、第4、5圖說明本發明第2實施形態之動作。 未發生電壓飽和之狀態與、/〜、 其說明。 技術之動作相同而於此省略 為了 形態當q輛電·成分V發生電屢飽和時， 二使用Μ Μ餘和而修正磁通指令，於第2實施形態由 於使用水久磁鐵電動機亦 機，因此修正方法如下。，、倩磁通控制系之交流？動 當發生電壓飽和時鉦 器54a限制於+ ν 電屢成由q軸電麼限制 私山炫 一 由將q軸電壓限制器54a之輸入 輸出之值通過減算器丨，可求出其偏差 飽和量軸電壓餘i 電壓 數。 q為表不電壓飽和程度的參 =⑴）式中’Ld、0£為永久磁鐵電動機的固定彖數， 且速度.有必要依速度控制裝置控制各 由此可得知於q轴電堡成分'，發生電壓餘和時二 抑制V只能將d抽電流向下修正。亦即 ：了要 電虔飽和量△、，求㈣於4電流之修正量h= 正量將d軸電流向下方修正可消除電壓餘和。 ^ 保持之q軸電壓飽和量△'’與用以消除電壓 消 軸電流指令修正量之關係可考慮如第（12)式所示。t Δ Vq- = ω * Ld * Aild …(12) ’、 將第（1·2)式就d軸電流指令修正量變形 第（13)式。 4 22 529238 A7 B7

五、發明說明（23 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 / (ω · Ld) …⑴） 苐（13)式為由保持之q軸電壓飽和量出對於d 軸電流之修正量△ i的| # d、數< 相备於第4圖之d軸電流指 >TO a，其具體的方塊圖如第5圖表示。 如上述所得之d轴電流指令修正量W為輸入至減算 -將_d軸電流指令肖下修正為」軸電流修正指令 > 上的修正可抑制q軸成分之電壓餘和的發车。 ▲如上所述，依第2實施形態對於未具備磁通控制系之 父流電動機亦能盘箆[给&游能 j斯-、弟1 Μ施形恶同樣的於速度發生急劇變 化時抑制電壓餘和的發生，且不受負載或母線電壓等條件 變化的〜響而只仃穩定的控制’經常能充分發揮Ρ胸反 換益之能力，由而能增大輸出轉矩。 、又，不限於水久磁鐵電動機，對於未具備磁通控制系 之感應電動機，當然亦可採用同樣的手段。又，永久磁鐵 電動機雖有Ld=Lq之不具突極性❸SpM馬達或乙八之具 突極性的IPM㉟S等，但本發明並無關於突極性之有無， 可適用於任一形態之永久磁鐵電動機。 1 3實施形態 第6圖表示本發明第4實施形態之感應電動機之速度 控制裝置的構成圖。圖中，1、2、3a、4、31至39、40至 44、45b、46、47a、48、51、52、53b、54a 與第】圖相同 而省略其說明。7為輸入感應電動機31之旋轉速度 並依據此输出感應電動機之磁通指令必的磁通指令產 生部。 n n n I— m Bn n I m ί9 i I— I » ϋ n· f— UK it —i n 訂i n HI An ϋ It an I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 23 312833 529238 A7 五、發明說明（24 ) 以下參照第6圖及第2圖說明第3實施形態之交流電 動機之速度控制裝置的動作。 第1實施形態係於發生q軸電壓飽和時，將得自保 袖電壓飽和量△'，與dq軸座標之旋轉角速度之磁通 才曰令修正里Δ 4 2d，由磁通指令產生部55輪出之磁通指令 02’減去，以作為磁通修正指令0一…。為了要 壓飽和之發生，對應於旋轉速度（之增加使 令02d*cind變小即可。 由*於磁通指令產生部55 —般為了輸出以值（磁通指 1 2d )’因此旋轉速度（變大時如不增大磁通指令修正 量△ 02d，則不能抑制電壓飽和之發生。如第2圖所示， :著：轉速的變大’q軸電麼飽和量△'亦增大，但 二了只行穩疋的控制，回授之修正量不宜過大。 第3實施形態對於磁通指令產生部9輸入旋轉速度 ^使磁通指令^依照旋轉速度而變化。例如對於旋轉 速度（之增加將磁通指令&以反比例減 磁通指令變動。 仗 由於對旋轉速度（之增加使由磁通指令產生部Μ 出之磁指令02d*變化，因而可使q軸電壓飽和量岑 小，能抑制作為修正量的回授之磁 如上所述依第3實施形態，由於對磁通指：：：二 =旋轉速度、，使其依旋轉速度、變動輪出之磁^ ’因此將回授之磁通指令修正量減小"崎 程度而可提高交流電動機之控制穩定性 &紙張@ 家鮮（CNS)A4 規格(2ΐ〇Τ^Γ^ -----------_装 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂·-------- #· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 529238 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A? 五、發明說明（25 ) 第7圖表示本發明第3實施形態之永久磁鐵電動機之 速度控制裝置的構成圖。上述第6圖係將第】實施形態之 感應電動機之速度控制裝置輸出固定值（磁通指令0 2d”之 磁通指令產生部55，更換為依照旋轉速度ω『變動其磁通 指令必μ*的磁通指令產生部7 ;第7圖係將第2實施形態 中輸出任意之d軸電流指令ild*的d軸電流指令產生部 57,更換為依照旋轉速度變動d軸電流指令^/之3軸 電流指令產生部8。 、 對於永久磁鐵電動機之控制，可將回授之d軸電流指 令修正量△ ild減小至某種程度，因而能與感應電動機同樣 地提高控制穩定性。 第4實施形態 第8圖表示本發明第4實施形態之感應電動機之速度 控制裝置之構成圖。圖中之1、2、3a、4、31至39、切又 至44'46、47&、48、51、52、54155與第1圖相同而省 略其說明。 11為由d軸電壓成分vd，與d軸電壓指令以輪出d ^電壓飽和量Δν,之第4減算器；12為保持d軸電壓飽和 量AVd並輸出保持之d軸電壓飽和量△ V/之積分器；UR 為輸入保持之d軸電壓儉和量，與dq軸座標的旋轉角& 速度ω ’以輸出q軸電流指令修正量之q轴電流指令 修正器；14為由q軸電流指令減去q軸電流指令修正 量Ailq，以.輸出修正之q軸電流修正指令之第5減 ^算器。又，45a為實行PI控制以使電流備差〜成為零， 丨本紙張尺細中國國家標準gs)A4規格⑵0公€ F--3¾— 裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 529238 A7 B7 五、發明說明（26 ) --------------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 以輸出d軸電壓成分Vd，之d軸電流控制器；53a為限制d 軸電壓成分Vd，於預定範圍，以輸出d軸電壓指令¥,之d 軸電壓限制器。 第9圖表示依感應電動機於穩定狀態下求得端子間電 壓的數式（4)及（5)描繪d軸電壓成分Vd，及q軸電壓成分v， 的圖表，（a)為用第4實施形態修正前之d軸電壓成分/ (b)為用第4實施形態修正前之q軸電壓成分Vq，，（y為用 第4實施形態修正後之q軸電壓成分，（d)為用第*、實 施形態修正後之d軸電壓成分Vd，。 第10圖表示本發明第4實施形態之q軸電流指令修正 器13a的構成圖。圖中，25為將保持之d軸電壓飽和量△

Vd= dq軸座標之旋轉角速度ω除算之除算器、％為輸入 除算器25之輸出以輸出q軸電流指令修正量△、之係數 器。但於後述之q軸電流指令修正器13b中，除算器25 為以dq軸座標之旋轉角速度ω除算d轴電壓飽和量△

Vd。 第i至3實施形態係以運轉於定額速度（旋轉速度〇 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 社 印 製 basJ之兩倍左右的領域為例說明，第4實施形態使其能對 應以大幅超過定額速度的運轉。 以下參照第8至1 〇圖、第19 a 、 P弟1y、20圖說明第4實施形 感之感應電動機之速度控制裝置的 , 衣直幻勒作。未發生電壓飽和 時之動作與習知技術相$，於此省略其動作。 如於習·知技術所說明，咸臃 感應電動機於穩定狀態下之端 子間電壓如第（4)、（5)式所+ ^ ^ 丨 二不。q軸電流限制器52為固突 適用^國國家標準（CNS)A4規^1F7_297公t ) 529238 A7 經濟部智慧财產^sr-/Ht/:rr“lfi 五、發明說明（27、 限制器’其q轴電流限制值如第19圖⑷所示， 流'流量與限制值相同時，由第⑷式，V為如；9圖(a) 之圖表又，可由磁通指令產生#55# 最大容許值如第2〇 _ 九 0 2dn主弟20圖（b)所不，當磁通^與其最大容許值相同時，由第彳，ν ^ ^ ^ 卜 弟（）式 '如第9圖（b)所示之圖表。 如第9圖（a)、（b)所示，將感應電動機運轉於 定額速度的領域時，在旋轉速度U上的領域中，^ 電歷成刀vq超過輸出限制值土 u生電屢飽和，而於旋 轉速度ω base2以上的高速領域 i貝埤T則d軸電壓成分VH，亦超 過輸出限制± Vmax而發生電壓飽和。在旋轉速度〜。以上 (仁未滿旋轉逮度ω base2)的領域中，q軸電遂成分v,發生 電壓飽和的狀態為與上述第l _ 主3貝施开7 ^所示交流電動 機之速度控制裝置的動作相同而省略其說明。依第 實施形態之端子_的數式描繪之Q軸電塵成分V，如 第8圖（c)所示之圖表，因而抑 q軸電壓成分的電壓飽和° 再者，於旋轉速度〜se2以上的領域中d輛電壓指令Vd*發生電飽和時，d轴電M成分~由d軸電壓限制器 53a限制於± Vmax。藉由使d軸電壓限制器…之輸入輸出 值通過減算器11，可求出其偏差（以下稱d轴電壓飽和量 △ ν,Ηϋ電壓飽和量為表示電壓餘和程度的參數， 相當於第9圖⑷、⑷所示Vd，的差。 由第(4)式’Ll、a為感應電動機之固定參數，又由於 “ 4必要依據速度控制裝置之指令而不能修正，故可 --- C請先閱讀背面之注意事項存填寫本貢) 訂---- •線- ‘紙 v7: 洶川屮网Η家標準（CNS)A4規格（210欠297公$7 312833 529238 B7 五、發明說明（28 ) 付知發生d軸成分Vd’的電壓飽和將q軸電流、向下修正，亦即 為了要抑制％只能△ vd’導出心轴電流的修正量△八、夺之d軸電屢飽和量 流向下修正即可消除電㈣和，’依該修正量將q軸電 保持之d軸電壓飽和量△ v，盘、， 軸電流指令修正量Δ i d /、 M消除電壓飽和之q 式表示。 、的關係與第（似同樣的以第⑽ Δ V,

Li σ ω △ i】 (14) 式。 將第（U)式就q軸電流指令修正量變形可得第⑴

^--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) Δ11，= -AVd'/(Li. σ . ω) 由保持u軸電堡飽和量導出對q軸 正量△、的數式’相當於第8圖之q軸電流指令 〇正·™ 13a，其具體的方塊圖如第1()圖所示。 如上所“軸電流指令修正量△、為輸入至減算器 8 ’*將q軸電流.指令、*向下修正為q軸電流修正指令 。藉由該修正而依端子間電壓的理論式描繪之^軸 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 社 印 製 電壓成分Vd，之圖表為如第9圖⑷所示，藉此可抑制“由 成分發生電壓飽和。 如上所述，依第4實施形態於電塵發生飽和時將 其飽和程度檢測為d軸電壓飽和量，而依其量決定消除屯 壓飽和之最適當的q軸電流指示修正量，實行回授以修止 q軸電流指·令。 / 由於在決定其修正量之際有考慮電動機的速度，间此 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210 X 297公釐 529238 A7 五、發明說明（29 速度發生急劇變化時亦能獲得最適當的修正量，而且可抑 制電壓飽和之發生。 (靖先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁} 又，將交流電動機運轉於大幅超過定額電流的領域 時，亦能實行不受負載或母線電壓等條件變化影響的穩定 控制，能經常充分發揮PWM反換器之能力，且能增大輪 出轉矩。 θ ] 第11圖表示本發明第4實施形態之永久磁鐵電動機之 速度控制裝置的構成圖。圖中之 38、39、42 至 44、46、47a、48、54a、56 至 58 與第 2 實 施形態之第4圖相同，於此省略其說明。u為由d轴電二 成分vd’與d軸電壓指令Vd*以輸出d軸電壓飽和量 之第4減算器；12為保持d軸電壓餘和量△ t，並將保;夺 之d軸電麼飽和量，輸出之積分器；⑴為由輪入保持 之d軸電壓飽和量△、’與dq軸座標之旋轉角速度。，以 輸出q轴電流指令修正量之Q轴電流指令修正器；14 為由q軸電流指令llq*減去q軸電流指令修正量，以 輸出修正之q軸電流修正指令心之第5減算器^又， .經 濟 部 ，智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 4Sa為實行pi控制以栋雪ώ 、 佐制乂使電机偏差~歸零而輸出d軸電壓 成分Vd’之d軸電流控制器；53a為限制d轴電壓成分r 於預定範圍内，以輸出d轴電壓指令Vd^d轴電^ 器。 第11圖表示將本發明第4實施形態使用於永久磁鐵電 動機之速度控制裝置之例，其動作與上述第8之感應電動 機的速度控制相同而省略其說明 。 r 312833 本紙張尺度顧中關家鮮（CNS)A4 297公[ 529238 A7 B7 五、發明說明（) 第5膏施形態 第12圖表不本發明第5實施形態之速度控制裝置的構 成圖。圖中之 1、2、3a、4、11、12、13a、14、31 至 39、 40 至 44、4 5a、46、47a、48、51、53a、54a、55 與第 8 圖相同而省略其說明。15為輸入感應電動機31之旋轉速 度ω r而依照旋轉速度ω r使限制值成為可變之q軸電流限 制器。 以下參照第12及第9圖說明第5實施形態之交流電動 機的速度控制裝置。 第4實施形態為於發生d軸電壓飽和時將其程度以d 軸電壓飽和量△ Vd檢測，依其量決定用以消除電壓飽和最 適當的q軸電流指令修正量Δΐΐς，對q軸電流指令修正量 △ iIq實行回授以修正q軸電流指令hq*。如第4實施形態 之第9圖所示，隨旋轉速度增大雖然d軸電壓飽和量△

Vd變大，但為了實行穩定的控制上述回授之修正量不宜過 大。 在第4實施形態中，由q軸電流限制器52所輸出之q 轴，流指令llq*減去作為修正量的回授之q輛電流指令修 正量△、後，成為最終的q軸電流修正指令^ *〆為了 要抑制電壓飽和只要隨旋轉速度…的增加將二ζ流修 正指令ilq*減小即可。 然而’第4實施形態之q軸電流限制器52為固定限制 器，經常以-固定值實行限制動作，因此當旋轉速度…增大 且q軸電流指令輸出滿限制值眸，‘ _1徂野如不增大q軸電流指令 本紙張尺度適用中國國家標準格（210 X 297公爱） -----------^裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂： 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 312833 A7

經濟部智慧財產局員工消費合作，Η印％ 529238 五、發明說明（SI ) t正里△ 1丨q，則無法抑制電壓飽和之發生。 第5實施形態為將第4實施形態之固定限 電流限制器52,更換為依照旋 ：的q軸 …制器“軸電流限制器15。例如以對 值之 ω r的增加用反比例使限制值變弱的方法變動吁·制值又

由於對旋轉速度、之增加^軸電流限制器15所 丨出之q軸電流指令llq*限制為可變性，由 J 同、μ ί胃 月匕/战小d轴雷 壓飽和，且能抑制作為修正量 、 令修正量^、。 又之q軸電流指 以上雖以感應電動機為例說明，但對於第丨丨 磁鐵電動機之速度控制裝置，亦可藉由將固定_ =久 轴電流限制n 52更換為依照旋轉速度、變動 ==q軸電流限制器15，而對永久磁鐵 可提南其控制穩定性。 如上所述，第5實施形態之q轴電流限制器15為依昭 旋轉速度ω r而變動限制值之可變限制器，因此能將j軸雷、 壓飽和量△\^減小至某種程度，且接古 、 二 穩定性。 4--流電動機之控制 此外，亦可將第5實施形態與第3實施形態併 d軸電壓飽和量△乂(1與q軸電壓飽和量静 V q叉乃减小至某 種程度，藉此可顯著提高交流電動機之控制穩定性。 第6實施形態 第13圖表示本發明第6實施形態之感應電動機之速度 控制裝置的構成圖。圖中之1、4、又 1 4、3 1 至 3 9、4 0 木紙讯尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 312833 n K n n n n n n n n n n I * n ! in ft ϋ m n』OJ» n n n n n n n I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ----— 至 44、46、51 > μ 3b佐山 52、55與第8圖相同而省略其說明 )D係由q軸電壓餉 ω , . ^ ^ 壓飽和置AVq與dq軸座標之旋轉角速度 Λ^λ , 通和令修正量△ hd之磁通指令修正器；13b 飽和夏AVd與dq軸座標之旋轉角速度 ω，以輪出q輛雷治此 哭.]&、 電机‘令修正量△ ii q之q軸電流指令修正 厭A、 、 ^ ^ 控制以使電流偏差eld歸零而輸出d軸電 壓威分V/之η &兩α * 電&控制器；1 7為實行PI控制以使電流 lq歸零而輸出q軸電壓成分之q軸電流控制器； 、為限制d軸電壓成分Vd，於預定範圍内，以輸出d軸電 壓指令 轴電壓限制器；1 9為限制q轴電壓成分v， 於預定範圍內，、q σ 円 以輪出q軸電壓指令vq*之q軸電壓限制 器。 第14圖表不於本發明第6實施形態之感應電動機之速 度控制裝置所使用之電流控制器之pl控制器的構成圖。圖 中之61、62、64與習知例之第17圖相同而省略其說明。 63a為積分器。 e為輸入至PI控制器之偏差，U’為由PI控制器所輸出 之操作量。在d輛電流控制器i 6的情況下，e為d軸電流 指令1!’與d轴電流h之電流偏差eid，且U，為相當於d 軸電壓成分Vd’ ；在q軸電流控制器1 7的情況下，e為q 軸電流指令iig*與q軸電流i〗q之電流偏差elq，且υ’為相 當於q軸電壓成分Vq，。 上述習.知例及第1至5實施形態所使用之d軸電流控 制器45a、45b，及q軸電流控制器47a、47b，於操作量υ, ------------0 ^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) —訂--------- #· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制取 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 32 312833 529238 五、發明說明（33 超過d軸電壓限制益53a、別，及q軸電壓限制器5^、 I)之限制值時’係將實行PI控制之電流控制器内部的積 分器6 3 a之演篡+以# l α @ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^卞以h正的構成，因而增設用以保持d轴 電壓飽和里AVd之積分器12及用以保持q軸電壓飽和量 q積刀二2而於第6實施形態所使用之d軸電流控 制器16及q軸電流控制器17，於操作量u，超過d軸電壓 I制二8及q軸電壓限制器1 9之限制值時，則其實行PI 控制之電流控制器内部之積分器…仍不停止其演算，而 於内部的積分器63a保持限制值以上之值。 β第6實施形態為將上述第4實施形態之^軸電流控制 q軸電机控制器47a更換為d軸電流控制器1 6、q =電/瓜控制态1 7，且將用以保持d軸電壓飽和量△、之積 、Γ及用以保持q軸電壓飽和量Δνς之積分器2省略， 並將由積分器2保持之q軸電屢飽和量△ ^與d q轴座標 1角度ω所輪出磁通指令修正量△必W之磁通指令 修正裔3a，更換為由q軸電壓飽和量與μ軸座標之 經濟部智慧財產局員工消費合作社印焚 旋㈣速度ω所輸出磁通指令修正量之磁通指令修 正益3b ’以及將輪入積分器12所保持之d軸電壓飽和量 與dq軸座標之旋轉角速度㊉以輸出卩軸電流指令修 正夏△、之q軸電流指令修正器⑴，更換為由輸入d軸 電壓飽和量△Vjdq軸座標之旋轉角速度ω以輸出q軸 電流指令修正| Λ · ， 之q軸電流指令修正器i3b，以實行 同等的動作，其動作啟^μ 乍/、上述第4實施形態相同而省略其說 日月〇 ’、

(210 x 297 公釐 33 312833 B7 五、發明說明（34 上述為將第8圖之雷士 口 <寬机控制器45a、47a更換 制器1 ό、1 7為例說明 、為電流控 -更換為電流二二圖之電流控制器…、 控制器47a更換為電流控制器“可又將第6圖之電流 由於使用在操作晋TT,> 下里U超過限制值時， 部之積分器63a仍不停止1、言苜Ώ 1控制器内 制哭1 θ « /、Μ π之Ρί控制器的d軸電流柃 制器16及q軸電流控制器i7， l控 電壓飽和之發生。 心A fe1早的構成抑制 第！5圖表示本發明第6實施形態之永久 速度控制裝置的構成圖。圖中電動機之 U、32至Μ、％、％、 略其說明。扑為 58與第Η圖相同而省 马甶輸入q軸電壓截和量△via ^ ^ 之旋轉角速度ω，以輸出^、dq袖座標 雷法扣人# L扎令修正量△ ild之d軸 電4令修正器；13b為由^ “ 軸 ^ w电壓飽和詈AV金a 軸座標之旋轉角速度ω，以輸 “、dq 之q軸雷、亡扣A炊 q軸電流指令修正量△ i 之q輛電流指令修正器；16為實行ρτ妖主丨 lq e.虑糸费a认山』 仃PI控制以使電流偏差 ,d成為零而輸出d軸電壓成分v 為音# d 轴電流控制器；17 為實仃PI控制以使電流偏差 分V，少.^ ^ 马零而輪出q軸電壓成 q之q軸電流控制器；1 8為限制 定鉻η 士 f d軸電壓成分Vd，於預 疋乾圍内，以輸出d軸電壓指令v 預 19 Λ PP糾以兩拓上 d之d轴電壓限制器； 消 費 合 社 印 製 19為限制q軸電壓成分V ,於預 壓指人V* , ^ ^ 祀圍内’以輸出q軸電 座夺日7 Vq*之q軸電壓限制器。 第15圖為將第Π圖之d軸雷 护制哭μ * 電流控制器45a、q軸電流 控制Is 47a，變換為以操作量u，超 ____ 、d軸電壓限制器1 8、 34 （CNS)A4 祕（2K) x 297 —________ 312833 529238 五、發明說明（35 q軸電壓限制器]9 <狀f !ί值時亦不侔卜並廢 電流控制器内邻夕接、 一貝订Pi控制之 ^ # 積分器63a的演算而於内部之積八翌 63a保持限制值以卜 積刀為 一 <值的d轴電流批奋丨哭 控制器17,並將用以仅杜 电机控制益16與轴電流 將用以保持d軸電壓飽和 12及用以保持轴 d之積刀斋 電壓飽和量之積分器之省略，0蔣 由積分器2保蛑之心名略，且將 仟浔之q軸電壓飽和量Δν,，盥 ，旋轉角“以輪出磁通指令：广軸座標之 器3a，f施岌山 ^里△必2d之磁通指令修正 σ 更換為由q軸電錢和量Λν * 、 角度ω以輪出磁通指 ”、q軸座‘之旋轉 7修正里△ 之磁通指令修正器 % ’以及將由輪入積 益 V ^ d a 4i, r 4» 、 所保持之d軸電壓飽和量△ 量二l i轉角速度’以輸出_電流指令修正 广之q軸電流指令修正器i3a， 壓飽和量Δν盥η ^ L 街钱)八d轴電 流指令修正量二ΓΓ::旋轉角速“以輪出一電 iq之q軸電流指令修正器13b，以备 等的動作，其動作與上 / μ " 明。 上遂弟4灵施形態相同而省略其說 、上述之例中為將第η圖之電流控制器45a、4 經濟部智慧財產局員工消货合作社卬制 ♦ 為電流控制器1 6、1 7，作蔣篦4同夕啻a “ 、 仁將第4圖之電流控制器47a 為電流控制器17亦可。 ^ 由於使用操作量U，超過限制值時，其PI控制器内部 :積分器63a仍不停止其演算之?1控制器的d軸電流控制 益16及q轴電流控制器17，因此能以簡單的構成抑制電 壓飽和之發生。 [產業上之利用可能性]

TUSTT 中國國家標準各⑵0 x 297公爱〉 529238 A7 B7 五、發明說明（36 ) 如上所述，於交流電動機之速度控制裝置發生電壓館 和時，以電壓飽和程度之所檢測之電壓飽和且 出用以消除電壓飽和最適當之修正量，以里马4準，求 各指令，因此，適用於以定額逮度以上實行回授並修正 生急劇速度變化時的用途上。 巧逮運轉或以發 »11111!!111 · I I I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂--------- # 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297 ：U2X；r< 36

Claims (1)

1. 529238 屮請專利範圍 一種乂流電動機之速度控制裝 ^ 之電流分為旋轉之直交二軸座伊上的：將交流電動機 電流及轉矩份電流而對其分別；比二成分之勵磁份 流控制器的交流電動機之速==積:控制之電 備·· X控制裝置，其特徵係具 矩份電流實行比例積分控制之轉矩份電 轉矩份電壓成分限制於預定值以下 的轉矩伤電壓限制器； ::述轉矩份電流控制器輪出之轉矩份電壓 與則述轉矩份電壓限制器輸出之轉矩份電壓指令求出 轉矩份電壓飽和量的第1減算器； …將前述轉矩份電壓飽和量予以保持之第】積分 器， 2述保持之轉矩份電屢飽和量及直交二轴座標 之凝竹角速度以輸出磁通指令修正量之磁通 器；以及 a :磁通指令減算前述磁通指令修正量，以輪出磁通 t正指令的第2減算器。 -種交流電動機之速度控制裝置，係具有將交流電動機 之電流分為旋轉之直交二軸座標上的二成分之勵磁份 =流及轉矩份電流而對#分別μ比例積分控制之電 流控制器的交流電動機之速度控制裝置，其特徵係具 備： 、八 將對於轉矩份電流實行比例積分控制之轉矩份電 § 宏煙淮 ιΜ τγ~、丨 1 1 m "I - η I —. ___ " 312833 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) _裝 . 、線 經 濟 部 智 楚 財 產 局 員 工 消 費 合 社 印 2. |_ ,、，…W 本紙?λ尺度適用中國國家標¥YCNS)A4規格（21〇 x 297公釐） 37 529238 申請專利範圍 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 々丨L控制器所輸出之轉矩份電 ^ ^ 电澄成分限制於預定值以下 的轉矩份電壓限制器； 由前述轉矩份電流控制器輪 ._ 斋翰出之轉矩份電壓成分 與剛述轉矩份電壓限制器輪出 & 裔^出之轉矩份電壓指令求出 轉矩份電壓飽和量的第1減算器； 將前述轉矩份電壓飽和量予 器； 里予以保持之第⑽ >由前述保持之轉矩份電壓餘和量及直交二抽座無 之旋轉角速度以輸出勵磁份電流指令修正量之勵磁份 電流指令修正器；以及 β由勵磁伤電流指+減异前述勵磁份電流指令修正 量以輸出勵磁份電流指令修正指令之第3減算哭。 3.如申請專利範圍^項之交流電動機 U 其中對於產生磁通指令之磁通指令產生部輸入前述交 μ電動機之旋轉速度，使其依照前述交流電動機之旋轉 速度產生磁通指令。 如申明專利範圍第2項之父流電動機之速度控制裝置， 其中對於產生勵磁份電流指令之勵磁份電流指令產生 部輸入前述交流電動機之旋轉速度，使其依照前述交流 電動機之旋轉速度產生勵磁份電流指令。 5‘如申請專利範圍帛1至4項中任-項的交流電動機之速 度控制裝置，其中具備有： 將考於勵磁份電流實行比例積分控制之勵磁份電 流控制器所輪出之勵磁份電壓成分限制於預定值以下 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 38 312833 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1T---------線. 529238

   、申請專利範圍 7. 之勵磁份電壓限制器； 由前述勵磁份電流控制器輪出之勵磁份電壓成分 與前述勵磁份電壓限制器輪出之勵磁份電壓指令而求 得勵磁份電壓飽和量之第4減算器·， 。.將前述勵磁份電壓飽和量予以保持之第2積分 is， 由前述保持之勵磁份電壓飽和量及直交二軸座桿 之旋轉角速度以輸出轉矩[雷、入* 扣得矩伤電流指令修正量的勵磁份 電流指令修正器；以及 由轉矩電流指令減算前述轉矩份電流指令修正量 以輪出轉矩份電流修正指令之第5減算器。 6.::請專利範圍第5項之交流電動機之速度控制裝置 偏差•對於广速度指令及交流電動機之旋轉速度的速方 電心：分控制之速度控制器所輪出的轉矩份 限制於預定值以下之轉矩份電流限制器中，徒 -限制轉矩份電流指令之限制值依 之旋轉速度予以變動。 -電動機 之速度控制裝置，係具有將交流電動機 :流及轉矩份電流而對其分別實行比例積分控：= 〜控制器的&流電動機之速度控制裝置 祜料狄& 衣罝異特徵在於： 流於=於轉矩份電流實行比例積分控制之轉楚份電 立 ·成為轉矩份電壓成分發生飽和亦可繼碎苴内 丨^積分器的^算之構成，並具備有： 本紙張尺度適财國格⑵〇 x 297公髮）_. 312833

   · 線- -n n · If I n · n I* n --------------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 39 529238

   、申請專利範圍 螂^部智^財產局員工消費合作社印製 ‘紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297 公釐） 將對於轉矩份電流實行比例積分 流控制器所輪出之轉矩份# 制之轉矩份電 之轉矩份電壓限制器； 、預疋值以下 由前述轉矩份電流控制器輪出之轉 及前述轉矩份電壓限制器輸出之 ^ 、成分 轉矩份電壓飽和量之第μ算器；矩伤電壓指令求得 由前述轉矩份電壓飽和量及 角速度以輪出磁通指令修正量之旋轉 A ^ x 7修正斋，以2 由磁通指令減算前述磁通指 修正指令之第2減算器。 ^正心輪出磁通 一種交流電動機之速度控制裝 之雷泣八盍你絲 知具有將父流電動名 電心二、之直交二軸座標上的二成分之勵磁份 轉距份電流而對其分別實行比例積分控制之電 、机控制器的交流電壓機之速度控制方法，其特徵在於 使對於轉矩份電流實行比例積分控制之轉矩份電 流控制器，成為於轉矩份㈣成分發生飽和亦可繼續其 内部積分器的演算之構成，並具備有： 將對於轉矩份電流實行比例積分控制之轉矩份電 流控制器輪出之轉矩份電M成分限制於預定值以下之 轉矩份電壓限制器； 由前述轉矩份電流㈣器輪出之轉矩份電壓成分 及前述轉矩份限制器輸出之轉矩份電塵指令求得轉矩 份電壓飽和量之第]減算器； 由前述轉矩份電壓飽和量及直交二軸座標之旋轉 阴E0女描咐/〜A ....... ... 312833 --------------------訂---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 529238

   角速度以輪出勵磁份電流指令修正量之勵磁份電流指 令修正器；以及 申請專利範圍 經濟部智慧財產局員工消費合作.^h制心 勵磁伤電机指令減异則述勵磁份電流指令修正 量以輪出勵磁份電流指令修正指令之第3減算器。 申月專利範圍第7項之交流電動機之速度控制裝置， :於產生磁通指令之磁通指令產生部輸入前述交 電動機之旋轉速度，使其依照前述交流電動機之旋轉 速度產生磁通指令。 、 10.如申請專利範圍第8項之交流電動機之速度控制裝 ^ 中對於產生勵磁份電流指令之勵磁份電流指令產 士部輪入前述交流電動機之旋轉速度，使其依照前述交 抓電動機之旋轉速度產生勵磁份電流指令。 =:=利範圍第7項至第,。項中任一項的交流電動 穑八ST控制裝置，其中’使對於勵磁份電流實行比例 =制之勵磁份電流控制器，成為於勵磁份電壓成分 飽和亦可繼續其内部之積分器的演算之構成 備有： 磁份電流實行比例積分控制之勵磁份電 二“所輪出之勵磁份電壓成分限制於預定值以下 之勵磁份電壓限制器； :前述勵磁份電流控制器輪出之勵 及則述勵磁份電壓限制器輪 風刀 出勵磁份電壓飽和量之第份電壓指令以求 _勵磁份電壓飽和量及直交二軸座標之旋轉 木紙張尺度翻中國國家標準（CNS)A4規格（21〇χ 297 41 312833 • .— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) J1T· -線- A8 B8 C8 D8 六、申清專利範圍 角速度以輸出轉矩份電流指令修正量之勵磁份電流指 令修正器；以及 由轉矩份電流指令減算前述轉矩份電流指令修正 量以輸出轉矩份電流修正指令之第5減算器。 12·如申請專利範圍第11項之交流電動機之速度控制裝 置’其中對於將速度指令及交流電動機之旋轉速度的速 度偏差實行比例積分控制之速度控制所輪出的轉矩份 電流指令限制於預定值以下之轉矩份電流限制哭中、，使 其限制轉矩份電流指令之限制值依照前述交流電動機 之旋轉速度予以變動。 (請先閱讀背面之注意事項再填窵本頁) t 訂---------線— 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 312833 42