1229494 坟、發明說明 [發明所屬之技術領域] 本發明係有關於旋轉電機之控制裝置之相關技術。 [先前技術] 旋轉電機係含有感應電機或同步電機。其中，作為感 應電動機的控制裝置有如揭示於專利文獻丨之習知之裝置 者亦即，專利文獻i特別如第8頁至丨2頁，圖卜圖8、 圖9、圖12、圖14所示，揭示有感應電動機之控制裝置， 係具備： 〃電力變換電路，係輸出可變電壓可變頻率的交流一次 電壓而驅動感應電動機； 電机檢測裔，係用以檢測自上述電力變換電路而供應 於上述感應電動機之一次電流； 電流成份演算電路，係由上述一次電流和預先設定之 =述交流一次電壓之頻率指令值而演算第i和第2電流成 切， 的 成 巫磁束指令演算電路’係用以演算上述第1電流成份 、’方值和上述第2電流成份的平方值之振幅 預先設定之特定值之磁束指令值； 述 電壓成份指令演算電路，係由上述頻率指令值和上 磁束指令值而演算一次電壓成份指令值；以及 上 指 指令演算電路，其係由上述頻率指令值和 以久^成份指令值而演算上感應電動機之-次電單 令值並輸出至上述電力變換電路。 315011 6 1229494 揭示於該專利文獻1之感應電動機之控制裝置，由於 係以能演算上述電流成份演算電路為和上述一次電壓成份 指令值同相的第i電流成份和相位為偏移90度之第2電流 成份之方式而進行控制，故上述第丨電流成份之平方值和 上述第2電流成份之平方值的振幅比能形成預先設定之特 定值，而能高效率地驅動感應電動機。 再且，專利文獻2揭示演算換流器之頻率、以及由電 壓和電流滑動時能形成最佳效率之滑動頻率，並使其能形 成-致之方式而進行控制之技術。此外，專利文獻3揭示 演算換流器之頻率、以及由電壓和電流滑動時能形成最佳 效率之滑動頻率，並使其能形成—致之方式而進行控制之 技術。 (專利文獻1 ) 特開200(M75492號公報 (專利文獻2) 美國專利第550058 1號說明書 (專利文獻3) 美國專利第578623 1號說明書 份和=相Γ為和上述—次電壓成份指令值相同之電力成 之平方值2 90度之第2電力成份，而分別供應電流成份 十方值’並使第1電流成 份之平古β , 成加之千方值和上述第2電流成 值之振幅比能形成預先設定 #蝕紅达Λ 凡又夂炙特疋值，故即使負 專巨為相同動作點，而亦呈有 少時，雷、、☆ Ma 負載轉矩之增加時和減 /、“的過渡響應為相異之問題，或在負載轉矩的 315011 7 1229494 動作點之輕負載時和高負載時，其電流的過渡響應為相異 之問題。 此外，當為了將一次角頻率保持一定，而以衝擊負載 等使旋轉速度急變時，則由「一次角頻率-旋轉速度」所供 應之滑動頻率亦產生急變，其結果，亦具有電流振幅產生 急變並形成過電流之問題。 亚且，專利文獻2並未考量有關於感應電動機之過渡 特性。 本發明係有鑑於上述情形而創作，其目的在於獲得旋 轉電機之控制裝置’不論負載轉矩之增減或動作點而均能 將電流的過渡響應保持於_$，此外，即使因衝擊負載等 而使旋轉速度產生急變，而電流之振幅亦能形成期望之範 圍内。 [發明内容] 本發明之特徵在於具備： 積分機構，將依據角速度指令而供應之一次角頻率予 以積分並演算相位； 三相電壓於 電力變換機構，依據三相電壓指令而施加 旋轉電機； 電流檢測機構，檢測流通於前述旋轉電機的三相電流 之中之二相電流； 一 μ 一座標變換機構，依據前述積分機構所輪出之相位而將 前述二相電流予以座標變換成旋轉二軸座標上的電、、&，同 時並將旋轉二軸座標上的電壓指令予以座標變換成前述三 315011 8 ^229494 相電壓指令；以及 一電壓指令演算機構，依據前述一次角頻率和前述旋轉 V上的電流的各軸成份的絕對值而演算前述旋轉二 軸座標上的電壓指令。 份作根據本發明，由於將旋轉二軸座標上的電流的各軸成 能在為、巴對值而使用’故只要負載轉矩為相同動作點，即 負载轉矩之增加時和減少時使電流的過渡響應相等。 本發明之另一特徵在於： 應在上述之發明當中，前述電壓指令演算機構係演算因 軸二Ϊ載而產生變化之激磁電流指令’同時將前述旋轉二 ♦ ;、 $電"IL之各軸成份的絕對值，以前述激磁電流指 ^:除：而求得微小激磁電流，並依據所求得之微小激 壓=和則述一次角頻率而演算前述旋轉二軸座標上的電 =發明，由於將旋轉二轴座標上的電流之各轴成 二對值因應於負載而產生變化之激磁電流指令予 古二έ支即使負載轉矩之動作點係自輕負載時而變化至 ν負載時，而亦能使電流的過渡響應相等。 發明之另—特徵在於·· 在上述之發明當中，具備頻率修正機構，係依據前述 疋轉一軸座標上的電流 八 Λ、'^頻羊修正1，且自依據前述 角速度指令所供應之一次条乂 角頻率而減异則述頻率修正量， 並輸出前述一次角頻率。 里 根據該發明，由於ρ '使因衝濤負載等而使旋轉速度產 315011 9 1229494 生急變時，亦因應於旋轉速度的變化而使一次角頻率產生 變化，故能抑制電流振幅之急變，且能解決形成過電流之 問題。 [實施方式] 以下參閱圖式而詳細說明本發明之旋轉電機之控制裝 置的最佳實施形態。 第1圖係表示本發明之一實施形態之旋轉電機之控制 裝置的構成之方塊圖。如第1圖所示，本實施形態之旋轉 電機（例如感應電動機）1之控制裝置，係具備頻率修正 器10、積分器U、電壓指令演算器12、座標變換器13、 電力變換器1 4、以及電流檢測器1 5。 電力變換器14係依據自座標變換器13所輸入之三相 電壓指令VU*、vv*、vw*而施加三相電壓於旋轉電機1。 電流檢測器15係檢測流通於旋轉電機丨的三相之相電 流之中之二相之相電流iu、iv’並輸出至座標變換器13。 又’此處’電流檢測器15雖係表示檢測流通於旋轉電機i 之三相電流之中之二相電流的構成， 士 u 一 再风但，例如檢測三相電 k的二相全體的電流亦可，此外’檢 彳电乃變換态1 4的母 線電、-，並依據該檢測值而檢測流通 電流之構成亦可。 茂之一相 積分器11 的一次角頻率 器13 〇 係將自頻率修正器1 〇 厅輪入之旋轉電機1 ω予以積分並求得相位、 且輸出至座標變換 所輪出之相位0，而 座標變換器13係依據積分器 315011 10 1229494 自電流檢測器15所取得之二相的相電流…予 旋轉二軸座標上的電流^並供應於電μ 孑曰*7 λ、斤裔1 2和頻幸修下哭〗Λ 器12所輸入之旋轉二.:上及將自_令演算 變換成上、+ 、電“曰令Vd* ”q*予以座標 夂換成上述之二相電壓指令、vv*、vw*。 旋轉：令：算器12係依據自頻率修正器10所輸入之 ^-軸次角頻率斗自座標變換器13所輸入之旋 轉一軸座私上的電流id、丨 上的電麼指令vd*、vq*。 才上述之旋轉二轴座標 -二!修正器10係依據自座標變換器13所輸入之旋轉 ::座仏上的電流id，而修正來自外部所輸入之角速度 曰;：：：出上述之一次角頻率"體而言 為1 〇係由下列所構成： 修正量演算器17，依據上述之旋轉二轴座標上之電流 ^而演算因應於旋轉電機！之負載變化量 修正 ΐ βω I ^ 修正量限制器〗8，因庫於自 正⑽之值；以及 聽角速度才曰心*而限制頻率修 減算器19,自角速度指令〆而減去修正 之限制值，並輸出上述之—^頻^ 18 id、丨:之處中座Λ變換器13所輸出之旋轉二軸座標上的電流 而"“"d係和上述相位Θ相同相位之電流成份， uq係和相位Θ相垂直的相位之電流成份。此外 入至座換器5之旋轉二軸座標上的電壓指令 Π 315011 1229494 之中，電壓指令vd*係和上述相位0相同相位之電壓指令成 伤而電I “令V(3 *係和相位Θ相垂直的相位之電麼指令成 份。 首先，參閱第1圖而說明有關於頻率修正器1 〇之動 作。頻率修正器10係為了解決揭示於專利文獻i之技術所 具有之問題而設置，亦即為了將一次角頻率保持於固定， 當因衝擊負載等而使旋轉速度產生急變時，則滑動角頻率 (=一次角頻率-旋轉速度）亦產生急變，其結果，電流振幅 即產生急變且形成過電流之問題而設置。 亦即’旋轉電機1係當軸轉矩之增加時，則旋轉速度 係加速，而軸轉矩之減少時，則旋轉速度係減速。因此， 若判定軸轉矩之變化率，而亦能判定旋轉速度之增減。因 此，本只施形態係藉由使用旋轉電機丨的輸出轉矩以取代 轴轉矩之措施，而因應於旋轉速度的增減而修正一次角頻 率，而使滑動角頻率卜一次角頻率_旋轉速度）不致於產生 急變之狀態。 I正里演异器1 7係藉由如下之處理，而演算因應於旋 轉電機1的負荷變化量之頻率修正量ρω。亦即，自上述之 電流比，藉由式（1)的演算而求得二次磁束相當值㈧，且藉 由式（2)之演算而自上述的電流iq和所求得之二次磁束相 當值多d而求得輸出轉矩推定值Γ〇。 ^=1/(1+Tr - S)x id ...(1) r0 = Pmx Φ^Χ iq ... (2) 又’在式（1)(2)中，s係拉普拉氏運算子，h係旋轉電機i 315011 1229494 之電氣性的時間當盤 -丄 數，Pm係旋轉電機1之栢斟垂… 錯由式（3)的演算而求得因應於所求得之^對數。繼之， τΟ的變化之頻率曰’"、 雨出轉矩推定值 、卞丨多此篁Ρ必。又，在. 意的實數。 在式（3)中，Gl、G2係任 P-Glx s/(1+G2x s)x r〇 …(3) 七之，由於當頻率修正過 之值係過小，故旋轉電機】孫土立了則一次角頻率必 情形。為了避免此_ 生充分之輸出轉矩之 角速度指令…限制頻率修正量 ：18以因應於 結果’即能自減算器】 限值或下限值。其 7叨叛出戒佳值之一攻备 根據如此而構成之贿座炊人角頻车^ 裳而枯 v、率G正益1 〇，則即使因衝擊負截 荨而使旋轉速度產生备鈴 K U衡拏負载 而# A α又T亦旎因應於旋轉速度的變化 而使一次角頻率ω^ ^ ^ ^ 且能解決形成:電故能抑制電流振幅之急變， 成自=角ΓΓ電機1輸出轉矩時，則旋轉角頻率係形 人角頻率而減算滑動角頻率之值之狀態。該滑動角 ’員率係可視為比例於輸出轉 4Λ ^ 凡肿上述之式（3)予以替 換成如下之式⑷亦可。又 UT 乂 ’ 數。 在式（4)當中，G3係任意之實 P-{Glx s/(l+G2x s) + G3}x r〇 …（4) 藉由使用式（4)以取符彳门、β 幅急變之枷剎Λ科 工（）之粍施，則除了具有電流振 1 ,之外’亦具有能修正起因於滑動角頻率 之方疋轉電機1之速度下降 氧兩士 力效。但是，令任意之實數G 1 〆令寸’雖能修正起因於滑動角頻率之旋轉電機丄之速度 31501] 1229494 下降，但是，卻有損及電流抑幅急變之抑制功效。 繼之，弟2圖係表示第1圖所示之電壓指令演算器上2 的構成例之區塊圖。如第2圖所示，電壓指令演算哭12 係具備微小激磁電流演算部2 0、限制器21、座台2 3、附 限制功能之積分器24、增益器25、26、以及乘算器27。 藉由該構成，電壓指令演算器12係依據上述旋轉二軸 座標上的電流之各軸成份之絕對值的偏差之微小激磁電流 指令PIO、以及放大該微小激磁電流指令洱〇,據此而求得 供應於旋轉電機1之激磁電流指令10，且演算用以流通激 磁電流指令pio於旋轉電機1之電壓指令。 微小激磁電流演算部20具體上係具有第3如圖所示之 構成，但，亦演算上述之旋轉二軸上之q軸電流成份^之 絕對值和d軸電流成份比之絕對值，並分別將其偏差作成 kwi倍，並將此以自附限制功能之積分器24所輸入之激磁 電流指令IG予以除算，而求得微小激磁電流指令pi〇。 限制器21 4系限制微小激磁電流演算部2〇所輸出之微 小激磁電流指令_之振幅。低通濾波器22係輸出將上述 之-次角頻率-高頻率成料以去除之低頻率成份+ 座台23係依據低通毅器22所輸出之低頻率成份^而輸 出激磁電流指令之下限值I〇MIN。 τ貝刀裔24你將自限制器21所取得之 小激磁電流指令pi 〇而予以積分演管， 曾钍里 #网 、/、斤並輸出將該積分沒 才、、Ό果之靶圍予以收納於自座台 叮痴入之激磁電流爽 令的下限值Π)ΜΙΝ和預先設定之 兒/爪才日令的上限值 31501] ]4 1229494 ΙΟΜΑΧ之範圍内的方式而限制之激磁電流指令i〇。 增贫器25係將旋轉電機丨之電感值Ls乘算於自限制 裔2 1所取得之微小激磁電流指令pI〇，並將此作為旋轉二 軸座標上的d軸電壓指令vd*而予以輸出。增益器％係將 旋轉電機1之電感值Ls乘算於自附限制功能積分器24所 取得之激磁電流指令10。乘算器27係乘算增益器26之輸 出和一次角頻率⑺，並將此作為旋轉二軸座標上的q軸電 壓指令vq*而予以輸出。 繼之’第3圖係表不第2圖所示之微小激磁電流演算 部20的構成例之方塊圖。如第3圖所示，微小激磁電流演 算部2〇係具備絕對值演算器（ABS)3〇、3i m 、減 异為33、除异34、以及增益器35。 絕對值演算器（ABS)30係演算d轴電流成份id之絕對 值㈣。絕對值演算器（娜）31係演算q軸電流成份…之 絕對值|iq|。增益器32係將絕對值演算器（abs)3〇所輸出 之d軸電流成份id之絕對值丨id丨作成u倍。 減算器33係自絕對值演算器（烟）31所輸出之^ 流成份ld的絕對值1〜卜而減算增益器32所輸出之klx |id|。除算器34係將減算器33的演算結果以激磁電流指八 值K)而予以除算。增益器35係將除算器34的演算結果； 成_倍，並將此作為微小激磁電流指令予 如此，電壓指令演算器12係依據相關於一次角頻车出； |id|)而蟣异上述旋轉二軸座標上的電壓指令。 1229494 繼之，參閱第4圖至第7圖而說 Μ叩β兄明有關於具備如上之 構成之電壓指令演算器、121控制裝置的動作。帛14圖係 說明揭示於專利文獻丨之技術之特性圖，帛5@至第7圖 係由該實施形態所取得之特性圖。各圖中，為了易於理解 而令vd* = 〇、Vq* =必LsIO，並以kl = l砗夕戸弓、门於t 士 1 1吟之開迴路而表示驅 動旋轉電機1時之定常特性。 ^本實施形態之電壓指令演算器12,雖如上述而未求得 旋轉二軸座標上之q軸電流成份iq的平方值和d軸電流成 伤1d之平方值’但，模擬揭示於#利文獻1的技術而求得 平方值時之旋轉速度和電流偏差（iq2_id2)的關係係如第4 圖所示。 在第4圖當中，橫軸係旋轉速度〔Hz〕，並刻度58沿 至62Hz。縱軸係電流偏差㈨2.2)〔 A”，並刻度4〇〇至_ 200 认頻率係6〇Hz。此外，激磁電流指令1〇係以2〇〇 〔V〕+(2；r60Ls)〔 A〕為基準而變化於〇·6倍至14倍之間 (參考符號40)。 如第4圖所不’當旋轉速度係在59Hz近傍或61Hz近 ^時’則無關於激磁電流值令10之值，而電流偏差（iq2-id2) 係成為零。 此》疋轉一轴座標上之d軸電流成份i d之平方值和 q軸％ ^成伤lq之平方值的振幅比能形成預先設定之特定 值之揭示於專利令紐， J又獻1之技術，係以實際旋轉速度能形成 59Hz或61Hz近倍夕士』 x < 1方之方式，而操作激磁電流指令1〇之值而 調整所產生之轉矩。 16 315011 1229494 然而’依據電流偏差, 差（q -ld )之大小而控制旋轉電機1 日，，由第4圖可理解，由於電流偏i(iqMd2)之大小_ 速度(或滑動頻率)之關係為非線形之變化，故旋轉速度的 初期值為以6GHz而收歛於撕時和旋轉速度之初期值為 以58Hz而收歛於59Hz時，其收歛響應係並不一致。 ^ 方面第5圖係表示藉由該實施形態之電壓指令 演算器12而取得之旋轉速度和電流偏差（liqsHidsI)的關係 之圖示在第5圖當中，橫軸係旋轉速度〔&〕，並刻度 至62HZ。縱軸係電流偏差（|iqs|-|ids|)〔 A〕，並刻度 1 0至1 0 ―人頻率係6〇Hz。此外，激磁電流指令10係以 2 〔 〕·（2疋601^)〔八〕為基準而變化於〇·6倍至ι·4倍 之間（參考符號50)。 第5圖亦和第4圖相同地，當旋轉速度為59Hz近傍 或61Hz近傍時，則無關於激磁電流指令1〇之值，而電流 偏差（iqs-ids)係成為零。 但’第5圖係和第4圖不同，當旋轉速度為59犯近 傍或61HZ近傍時，電流偏差（|iqs|-|ids|)係因應於旋轉速度 之變位而呈現比例性的變化。 亦即’當考量kl = l時，則由於第3圖所示之微小激 磁電流演算部2 0係具備： 絕對值演算器3〇，其係演算^軸電流成份id之絕對 值 |id| ; 絶對值演算器3 1，其係演算q軸電流成份iq之絕對 值|iq| ;以及 17 315011 1229494 流偏差（|iqHid|); 疋速度之不刀期值為60Hz而收欽於59沿時、以及旋 、又之初期值為以58Hz而收歛於59Hz時，其收歛響應 即能形成一致。 、、之’第4圖和第5圖所示之特性係即使相同的旋轉 、又’亦因激磁電流指令1〇而使電流偏差之振幅相異。此 即在揭示於專利文獻1之技術”，即使負載轉矩為相同 乍· έ Φ在負載轉矩之增加時和減少時使電流的過渡響 應相異’且在負載轉矩之動作點為在輕負載時和高負載 時’使電流的過渡響應相異之理由。 、·在本貫施形態當中’亦如第5圖所示，當依據電流偏 差（liqHidi)之值而控制旋轉電機i時，則雖因激磁電流指 令ίο之初期值而使收歛至定常點為止之響應產生不一 致，但，由第3圖所示之構成可理解，本實施形態由於係 作成自第5圖所示之特性而取得第6圖所示之操作，故不 致於產生如此之問題。 第6圖係表不在一次頻率6〇Hz當中，將激磁電流指 7值施以各種變化時之旋轉速度和電流偏差（|丨叩|_|丨^丨）+ 激磁電流指令的關係之圖示。 在第6圖當中，橫軸係旋轉速度，並刻度58Hz至 62Hz。縱軸係電流偏差（|iqs卜丨ids丨激磁電流指令ι〇〔 p · U〕’並刻度+1至_丨。第6圖中，激磁電流指令1〇係以2〇〇 〔V〕·（2；r60Ls)〔A〕為基準而變化於〇·6倍至ι·4倍之 間（參考符號60)。 18 315011 1229494 •如第6圖所示而得知，若令所控制之電流偏差為 (Uqs|-|ids|)T 10’則旋轉速度和所控制之電流偏差的關係並 不依存於激磁電流指令1〇之振幅。該電流偏差（|iqsHids丨） +激磁電流指令10之操作，係第3圖所示之除算器34所 進行。 如此，該實施形態係由於能以因應於負載而變化之激 磁包抓私令10而將q軸電流成份的絕對值和d軸電流成份 ^巴對值予以除算，故即使負載轉矩的動作點係自輕負載 犄而、又化至鬲負載時，亦能使電流的過渡響應相等。 繼之，第7圖係表示在一次頻率6〇Hz當中，將旋轉 速度產生變化時之滑移頻率和電流偏差{(|iqsHids|)+激 磁電曰v }的關係之圖示。在第7圖中，橫軸係滑動頻率 j Hz〕’縱軸係電流偏差川iqs卜丨ids|)+激磁電流指令〖ο)。 第7圖係旋轉速度為變化至1〇]9[2至6〇Hz(參考符號7〇)。 此外激磁電流指令10之值係作為基準值（200V + (2；r60Ls)) 〇 A第、7圖中，呈現出電流偏差{(丨丨93卜丨丨〇15丨）+激磁電流指 一 }為成為令之點之滑動頻率，係旋轉速度為在1 0Hz程 度的低速和旋轉速度20HZ以上時雖有若干差異，但，旋 轉速度20Hz以上則幾乎不受旋轉速度的響應之情形。亦 即，即使因衝擊負載等而使旋轉速度產生急變，而滑動頻 率亦能保持於固定。 士上述’該實施形態由於係演算各個電流成份之絕對 ^ X取代次异和一次電壓成份指令值同相之電力成份及 3150Π 19 1229494 相位為偏移 定 ^ 又之弟2笔力成份，且能使此等形成預先設 值故/、要負載轉矩為相同動作點，即能在負載 轉矩之増加時和減少時使電流的過渡響應相等。' 而二：’由於以因應於負載而產生變化之激磁電流指令 示"各個電流成份之絕對值，故益於备哉絲扣M “ 5艾無順負載轉矩的動作點 ' 、、〆回負載，均能使電流之過渡響應相等。 $而由於藉由頻率修正器而修正一次角頻率，且由於 月匕P制因衝擊負載等旋 疋得迷度產生急變時之電流振幅之 心、交，故能解決形成過電流之問題。 ❿^心雖係例舉感應電機為例而說明旋轉電機， 亦π媒本《月並不自限於此另夕卜，例如即使同步電機而 亦同樣能適用，亦自無爭議。 (產業上的利用性） 、、，本發明係不論負載轉矩的增減或動作點，而均能將電 =渡/應保持於固$，此外，由於即使因衝擊負載等 期皆疋=速度產生急變時，/亦能作成使電流的振幅形成於 在、範圍内之狀怨’ &能極佳地作為能高效率地驅動控 署二相感應電動機或同步電動機等之旋轉電機的控制裝 置0
[圖式簡單說明J 苐1圖係表示本發日曰+ ^ At 〜月之一貝施形悲之旋轉電機之控制 農置的構成之方塊圖。 弟2圖係表示第1闻 ― 乐i圖所不之電壓指令演算器的構成例 之方塊圖。 20 315011 1229494 第3圖係表示第2圖所示之微小激磁電流演算部的構 成例之方塊圖。 第4圖係表示在一次頻率6〇Hz中，將激磁電流指令 值進行各種變化時之旋轉速度和電流偏差（iqlid2)的關係 之圖示。 第5圖係表示在一次頻率6〇Hz當中，將激磁電流指 令值進行各種變化時之旋轉速度和電流偏差（|iq-|id)的關 係之圖示。 第6圖係表示在一次頻率60Hz當中，將激磁電流指 々值進行各種變化時之旋轉速度和電流偏差(|iq_|id|) +激 磁電流指令的關係之圖示。 第7圖係表示在一次頻率60Hz當中，將旋轉速度予 以變化時之滑動頻率和電流偏差（|iq_|id|) +激磁電流指令 的關係之圖示。 旋轉電機 6 電壓指令演算器 頻率修正器 11 積分器 電壓指令演算器 13 座標變換器 t力變換器 15 電流檢測器 修正量演算器 18 修正量限制器 減算器 20 微小激磁電流演算部 限制器 22 低通濾波器 台座 24 積分器 增益器27乘算器 10 12 14 17 19 21 23 21 3150Π 25 1229494 315011 30 絕對值演算器 31 絕對值演算器 32 減算增益器 33 減算器 34 除算器 35 增益器