TWI345364B - Control device of alternative rotating machine - Google Patents
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Description
1345364 ..九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關使用電力變換器控制交流旋轉機的六、★ 旋轉機之控制裝置者,尤其係關於執行使交流旋轉機:: 轉(free run)狀態啟動之啟動控制的交流旋轉機之控制$ 【先前技術】 φ 乂在不使用交流旋轉機之旋轉角速度檢測器,而藉由電 力變換器進行交流旋轉機之可變速控制的交流旋轉^之控 制裝置中,可以省略旋轉角速度檢測器所需要的價格及配 線。但是,因未使用旋轉角速度檢測器,故當交流旋轉機 2空轉狀態時,亦即當電力變換器停止電力變換動作,且 父流旋轉機以任意旋轉速度進行旋轉的狀態下進行啟動 時,無法得知交流旋轉機的旋轉速度,因此,難以使交流 旋轉機的轉矩(torque)及旋轉速度不產生大變動地執行安 _定的啟動。 於日本特開眧63-77397號公報(專利文獻丨)中,揭示 了不使用旋轉角速度檢測器而將感應電動機啟動的啟動方 法。於該專利文獻1中,使用用以指示電力變換器之各相 輸出電壓的開關(switch)狀態信號與直流電壓源之電壓檢 測值和電動機電流檢測值來運算出電動機之瞬間磁束向量 (vector)信號及瞬間產生轉矩信號,並使用這些電動機之 瞬間磁束向量信號與瞬間產生轉矩信號而產生3個控制旗 標(flag) ^藉由這3個控制旗標的組合,指定電力變換器 318825 1345364 之切換(switching)狀態以產生將反應轉矩最佳化的電壓 :向量,使電動機之產生轉矩以追隨指令值的方式被控制, .且使磁束向量被控制為近似於晝圓軌跡的方式,使感應電 動機從空轉狀態啟動。該啟動控制中,係在將電力變^器 中的交流電壓之角頻率(angular frequency)設定為比正 常運轉時所產生的最高角頻率更高後,將電力變換器之直 流輸入側之開關器4開啟而進行同步引入。 專利文獻1 :日本特開昭63-77397號公极 【發明内容】 (發明所欲解決的課題) 旦專利文獻1 +,係根據感應電動才幾的一次端子電壓向 $值、一次端子電流向量值與一次線圈電阻而運算出感應 電動機之瞬間磁束向量信號,且修正針對電力變換器的電 壓指令以使該瞬間磁束向量信號保持所期望的值。但是, 感應電動機例如配置於屋外時’其溫度會大幅變動,例如 在寒冬中為冰點以下,另外在感應電動機的過負載連續運 轉中會超過loot。專利文獻丨的控制裝置雖於該感應電 動機之溫度變化下以使錢電動機之瞬間磁束向量信號保 持所期望值的方式修正針對電力變換器的電壓指令且進行 啟動’但隨著感應電動機的溫度變化,於感應電動機流動 的交流相電流之振幅亦會產生大變化,而會有啟動時交流 相電流變大的缺陷’最壞的情形中’會發生導致保護功能 運作的狀況’而變成感應電動機無法啟動的狀況。另外, 於專利文獻1的控制裝置巾,心使瞬間磁束向量信號保 318825 1345364 •持所期望之值的方式將對於電力變換器的電壓指令予以修 •正,由於修正的延遲,故於啟動時感應電動機的輸出轉矩 會產生混亂,而有會引起震動(sh〇ck)及旋轉數變動的缺 陷。 、 本發明乃&案可改善如上所述之缺陷、且可安定的進 行啟動的交流旋轉機之控制裝置者。 (用以解決課題的手段) 本發明之交流旋轉機的控制裝置係具有:控制手段, 根據電流指令產生電壓指♦,且根據該電壓指彳產生二換 指令;電力變換器,根據前述切換指令產生振幅虚角頻率 被控制的交流輸出電壓;至少i個交流旋轉機’連接 述電力變換器;以及電流檢測器,根據從前述電力變換器 流至前述交流旋轉機的交流相電流而輸出檢測電流立 中,前述控制手段係構成為進行包含有對前述交流旋轉機 進行啟動控制的控制;前述控制手段於前述啟動控制中, 係依據前述㈣電流而運算出因應於前述交流旋轉機 阻降低的電阻降低成分,且依據將前述電壓指令減去前述 電阻降㈣號後的減法輸出而調整前述交流輸㈣塵 頻率;並且,前述控制手段於a 、f —則述啟動控制中,係調整前 述父流輸出電㈣純以使前述交流相電 的函數而進行變化。 澉憔依預疋 (發明效果) 於本發明之交流旋轉機之控制農置 動控制中係依據檢測電产而、軍#山 制手&於啟 电冰而運异出因應於交流旋轉機之電 318825 7 1345364 阻降低的電阻降低成分,且依據將電壓指令減去電阻降低 :信號後的減法輸出而調整交流輸出電壓的角頻率,藉此, 可乂在/又有如以往之控制裝置將針對電力變換器的電壓指 令予以修正時的延遲的情形下,調整電力變換器之交流輸 出電壓的角頻率以保持瞬間磁束向量信號為所期望值,並 且,因將電力變換器之交流輸出電壓之振幅進行調整以使 從電力變換器流向交流旋轉機的交流相電流之振幅依預定 籲的函數而進行變化,故即使在交流旋轉機的溫度變化下, 亦可抑制父流相電流之振幅的大幅變化,而可將交流旋轉 機安定地進行啟動。 【實施方式】 以下參照圖式,針對本發明之數種實施方式進行說明。 第1實施方式 第1圖係表示本發明之交流旋轉機之控制裝置之第i 貫施方式的方塊圖。該第1實施方式之交流旋轉機之控制 鲁裝置係包含有:電力變換器卜交流旋轉機2、電流檢測器 3以及控制電路10。電力變換器i例如為三相電力變換器, 進行直流電力與三相交流電力間的電力變換。電力變換器 1係含有彼此並聯連接於直流電源的U、V、w三相變換電 路。U、V、W之各變換電路係如眾所皆知的,分別含有正 側與負側的一對開關(switch),於各變換電路的一對開關 之間’係連接有三相的交流供給電路1 u、1 v、1W。 具體而言,電力變換器1係構成為可變壓變頻型的三 相電力變換器。該電力變換器丨係從控制電路丨0接收切換 318825 8 1345364 .(switching)指令Su*、Sv*、Sw*,在將直流電力變換為三 ,相交流電力時,根據該切換指令Su*、Sv*、Sw*產生具有 ’被控制的輸出電壓與被控制的角頻率的三相交流電力◦切 換指令Su*、Sv*、Sw*係分別供給至u、v、W相的變換電 路,且將各變換電路之一對開關以控制後的相位予以ON (導通)、OFF(關斷)。 交流旋轉機2於第1實施方式中為交流感應機21,具 .體而言,為三相的感應電動機,經由三相交流供給電路 lu、lv、lw連接於電力變換器i。電流檢測器3係例如配 置於交流供給電路lu、lv,且依據從電力交換器i流至交 流誘導機21的交流相電流(亦即u相電流沁與V相電流 iv)產生檢測電流idet。該檢測電流idet係包含卩相檢測 電流iudet、V相電流成分ivdet e u相電流成分。和士係 對應於在U相父流供給電路1 u流動的U相電流i u,V相電 流成分1 vdet係對應於在V相交流供給電路lv流動的V >相電流iv。在第i實施方式中,因交流旋轉機2為交流感 應機21,故於啟動期間從電力變換器i流向交流感應機2ί 的交流相電流iu、iv、iw為對交流感應機2ί的激磁電流。 控制電路10係包含有電壓指令產生手段u、座標變 換器31、32與相位信號產生手段4〇。電壓指令產生手段 U係於包含在垂直的d轴與q轴的旋轉二轴座標上產生電 壓指令V*。該電壓指令V*係包含d軸電壓指令vd*與q軸 電麼指令VQ*。t塵指令產生手段u係包含:啟動電流指 令手段12、啟動後的電流指令手段15、切換手段ΐδ與電 318825 9 1345364 流控制器20。 • 啟動電流指令手段12係被使用於以控制電路1〇進行 ,交流感應機21之啟動控制之際。該啟動控制係使用於,當 電力變換器1停止電力變換動作且交流感應機.21為空轉狀 態時’使電力變換器1啟動並開始其電力變,換動作,而藉 由該電力變換器丨將交流感應機21予以啟動之際。該啟動 控制係被執行於交流感應機21中至電枢(arm时ure)磁束 0提升為止的啟動期間SP之期間中。具體而言,該啟動期 間SP為數十毫秒至數百毫秒,於第丨實施方式中,例如係 設定為100毫秒(亦即l〇〇msec>啟動電流指令手段12係 於該啟動期間SP中產生啟動電流指令丨1 *。 啟動電流指令手段12係包含有函數產生器13與帶通 濾波器(bandpass filter)14,而產生啟動電流指令丨1*。 啟動電流指令il*係包含d軸啟動電流指令‘丨以^與q軸電 流指令iql*。帶通濾波器14係連接於函數產生器j3,且 φ產生d轴啟動電流指令idl*。q軸啟動電流指令jqi*於第 1貝施方式中係例如被設為〇,即i q 1 * = 〇。該q轴啟動電 流指令iql* = 0係由外部所給予。 啟動後電流指令手段15’係於啟動結束後藉由將切換 手段18切換而代替啟動電流指令手段丨2被.使用。該啟動 後的電流指令手段15係產生啟動後的電流指令丨2*。該啟 動後的電流指令ι2*係包含d軸電流指令“2*與q軸電流 指令iq2*。電流指令電路15係具有d軸電流指令器丨6與 比例增益(gain)乘法器17。d軸電流指令器16係產生啟動 10 318825 丄J分:)J04 • 日令1d2*。比例增益乘法11 17係接收轉矩 :二二’.將該轉矩指令”乘以比例增益κ,並產生(1軸 電、曰令 iq2*。iq2*= τ *χΚ。 * 換手& 18仏於經過啟動期間SP後,進行從啟動電 U曰令手段12切換至啟動後電流指令手段15的切換。= :刀換手奴18係於啟動期間sp ’將來自啟動電流指令手段 的啟動電流指令U*作為電流指令”供給至 二且於啟:期間SP經過後,將來自啟動後的電⑽ :的電日·^ i 2*作為電流指令土 *而供給至電流控制器 。該切換手段18係包含^切換開關應與q軸切換開 關响。d軸切換開_咖係進行d轴啟動電流指令 與啟動後的d轴電流指令id2*間的切換,由 係進行q抽啟動電流指令⑷*與敌動後的q軸電流指令 lq2*間的切換。這些切換開關⑻、叫係彼此連動而切 換。啟動期間SP中,切換開關刚選擇d轴啟動電流指令 ⑻*,將該d轴啟動電流指令idl*作為d轴電流指令… 而供給至電流控制器20,而切換開關18q則選擇q軸啟動 電流指令idl*,將該q軸啟動電流指令⑻*作為q轴電流 才曰·7 1Q而供給至電流控制器2〇。於啟動期間卯經過後, 切換開關18d、l8q—併被切換,切換開關⑽選擇啟動後 的d軸電流指令id2*,且將該d軸電流指令作為d 轴電流指令id*供給至電流控制器2〇,切換開關叫則選 擇啟動後d轴電流指令lq2*,且將該q轴電流指令心 作為q軸電流指令iq*供給至電流控制器2〇。 3】8825 11 1345364 • 第2圖(a)係表示從啟動電流指令手段12之函數產生 .器13所輸出的階(step)狀函數指令is*,第2圖化)則例 示以該階狀函數指令is*為根據而從帶通濾波器14所輸出 的濾波器函數指令if*。於第丨實施方式中,係將濾波器 函數指令if*作為d軸啟動電流指令idl*而予以輸出。第 2圖(a)、(b)中,橫軸為共通的時間軸。函數產生器13的 階狀函數指令is*雖於時刻G1 (秒)中為上升階狀波形但 •從帶通滤波器14所輸出的遽波器函數指令if*係隨時間缺 過而減少。於帛1實施方式中,將交流感應機21之角頻^ 的控制範圍設為1 i 60(Hz),帶通遽波器之通過頻寬亦與 其配合而設為1至6〇(hz)。 一 在未使用帶通遽波器14的裝置中,雖將函數產生p 13之階狀函數指令…作為d軸啟動電流指令⑻,^至 電流控制器20,但在例如交流μ 且將該交流感應機21予以啟動的忤彬由機d 咸庫機?…… 凊中,只需將含有交流 &應機21之㈣角頻率成分的電壓及電流作為指令便已 =夠’即使不供給這些指令所需要之頻率 =將交流感應機21啟動。於第2圖 = 态13之階狀函激如人.t 双邊:玍 口数扣令1S*中,雖於全頻域中為相笪从4£ 幅,但從帶通遽波器14所輸出的遽波器函數指a = =需的頻域予以抽出’故與以函數;= 函數…作為d.減動電流指令」dl 之P白狀 力變換器1之電流振幅壓低。 乂之下’可將電 在電力變換器]之電流耐量特 ’對於紐時間產生的電 318825 12 IM5364 ..,較為寬大的情形中,相較於將函數產生器13的階狀函數 曰is*作為d軸啟動電流指令,將帶通濾波器14 之濾波益函數指令i f*作為d軸啟動電流指令i dl *能給予 更大的d軸啟動電流指令idl *,而可提升從交流旋轉機2 所得之檢測電流idet之精度,且提升以相位信號產生電路 40所侍之角頻率數ω的運算精度。如此,因帶通濾波器 係產生將不要的信號成分截除(cut)後的濾波器函數指令 鲁衍*,故於啟動期間SP中不會供給於啟動時不需要的無用 電流指令成分,而可有效率地啟動交流旋轉機 並且,雖將函數產生器13設為產生階狀函數指令is* 者二但亦可取代階狀函數指令is*而設成產生利用了 M系 號或亂數表的擬似雜訊信號。同樣地,該情形中,因 :通渡波器14僅使啟動所需的頻率成分通過而產生渡波 «函數私令i f*,故不會供給對啟動無用的電流成分而可 有效率的進行啟動。 ·_刻票變換器31為將包含有垂直相交的d轴與q轴的旋 軸座標轉換為三相時間座標的座標變換器,其接收電 壓才日7 v而產生切換指令su*、sv*、sw*。該切換指令如*、 sv 、SW*係供給至電力變換器卜座標變換器32為將三 時間座標轉換為包含有垂直相交的d軸與q軸的旋轉二軸 座標的座標變換器,其接收來自電流檢測器3的檢測 並變換為包含有垂直相交的d軸與q軸的旋轉二柏 f標上之檢測電流卜該旋轉二軸座標上的檢測電流4 匕含有d軸檢測電流ld〜軸檢測電流心 318825 13 1345364 •…d軸榀測電〃 μ· i d與q轴檢測電流丨Q 一起被供給至電 .C扣π產生手段11的電流控制器2〇。電流控制器係同 時接收d抽電流指令ld*、q軸電流指令沖、廿抽檢測電 流比與q軸檢測電流i q,並產生d軸電磨指令v d *與q 軸錢指令vq*,以使d軸檢測電流id等於d轴電流指令 id*、且q軸檢測電流iq[等於q軸電流指令。 如前述於啟動㈣SP中,控料段㈣使用啟動電 流指令手段12,根據該啟動電流指令手段12之啟動電流 指令id*產生電壓指令v*’並根據該電壓指令v*以座標變 換器31產生切換指令su*、sv*、sw*而啟動電力變換器1。 於=動期間SP中,從電力交換器1流向交流感應機21 的交流相電流iu、iv、iw為針對交流感應機21的激磁電 流,該父流相電流iu、iv、iw的振幅係由啟動電流指令 il*所決定。在啟動電流指令u*中,4軸啟動電流指令id” 被設為從帶通濾波器14所輸出的濾波器函數指令if*,且 籲q軸電流指令iql*被設為〇。 若將父流相電流i u、i v、i w的振幅設為i a,則該振 幅ia可用以下的第(1)式表示。 ia=ax{(idl*)2+(iq*)2}i/2 …⑴ 其中,a為常數。 於啟動期間SP中,因idl* = id*,且iqp = ;|Q* = 〇,故 振幅ia變為以下的第(2)式。 i a=axidl * ...(2) 換句話說,交流相電流iu、iv、iw的振幅,係如第(2) 318825 14 式所不由cl軸啟動電流指令idl*所決定。交流感應機21
·.、 父流旋轉機2例如當配置於屋外時’其溫度會大幅變 動例如在寒冬中為冰點以下,而在交流旋轉機2之過負 载連續運轉中,則會超過1 〇〇°C,故交流旋轉機2之電樞 電阻R會隨著溫度變化而大幅變動。但是,於第1實施方 式中’在啟動期間SP中,交流相電流iu、iv、iw的振幅 系由d軸啟動電流指令i d 1 *所決定,且由電流控制器2 〇 進行電流控制,故不會受到交流旋轉機2之溫度變化的影 響。因此,於啟動期間sp中,該交流相電流iu、iv' iw 的振幅不會隨著交流旋轉機2之溫度變化而產生大幅變 化,亦不會發生保護功能運作等之狀況,而可以 動交流旋轉機2。 接著針對相位信號產生手段40進行說明。該相位信號 產生手段40係包含:交流旋轉機2之電阻降低運算手段 41、減法手段43、積分器45、除法哭mu »又 〜/云窃46以及積分器47。 電阻降低運算手段41係包含d轴雷jj隊 μ s α罕由冤阻降低運异器41di§in 軸電阻降低運算器41q。φ〜 ,、q 义d軸電阻降低運算器41d中, 係供給有來自座標變換哭q 9 AA J ^
兴。。32的d軸檢測電流id,將亨H 轴檢測電流i d乘以交流旋轅撼9 ★♦上 々疋轉機2之電樞電阻R而輪 轴電阻降低成分(Rxid)。於n® α 於Q軸電阻降低運算器41α,目,丨 供給有來自座標變換器32的 q 則 的Q軸檢測電流iq,將哕 檢測電流iq乘以交流旋轉拖9 a ^ μ q轴 “π、 機2之電樞電阻R而輪出 阻降低成分(Rxiq)。 山q罕由电 減法手段4 3係包含有 d轴減法器43d與 q軸減法器 318825 1345364 43qr於d軸減法器43d係供給有來自電流控制器2〇的d 軸電壓指令vd*,且從d軸電阻降低運算器4id供給有d 軸電阻降低成分(Rxid)。該3軸減法器43d係將d軸電壓 指令vd*減去d軸電阻降低成*(Rxid),並將這些減法輸 出(vd*-Rxld)予以輸出。於(1軸減法器43q係供給有來自 電/瓜控制益20的q軸電壓指令vq[*,且從q軸電阻降低運 算器/lq供給有^軸電阻降低成分(Rxiq)。該q軸減法器 43q係將q軸電壓指令VQ*減去q軸電阻降低成分(hiQ), 並將這些減法輸出(vq*-Rxiq)予以輸出。 於積分器45中係供給有來自_減法器懦的減法輸 出(vd Rx1(i)。積分态45係將該減法輸出一 予以 出積分輸出^。該積分輸出刎係相當於將交流 疋轉機2,電樞磁束^分解為包含有垂直相交的d轴與q 二二:軸座標上之d軸成分“與Q軸成分“,且使 二右也:q為0時的d轴成分必d。於除法器46中係 二:來U軸減法器43q的減法輸出(vq*_Rxi(1),且供 :洳*二Γ5的積分輸出0 d。除法器46係將減法輸 即積分輸出而產生除法輸出ω。亦 μ除去輪出ω可用以下第(3)式加以表 ω =(VQ*-Rxiq)/φ d 、 = Cvq*-Rxiq)/ j (vd^Rxid) ···(” 之:::出:係相當於使交流旋轉機2之電柩磁“ Q釉成刀“為〇時,從電力變換 φ 出電壓之角頻率ω。 °。1所輸出的交流輸 318825 16 1^45364 •於積分器47中係供給有來自除法器46的除法輸出 ,〇,將該除法輸出时以積分並產生相位信號該除法 輸出6;係相當於使交流旋轉機2之電抱磁束《之q勒程分 Φ q為0 Br從電力變換态i所輸出的交流輸出電壓目 位Θ。該相位信號θ係供給至座標變換器3卜犯。座標變 換器31貝、J藉由該相位信號0將包含有垂直相交的^轴 之旋轉二軸座標上的電塵指令v*變換為三相時間座於上 ^ ^指令SU*、SV*、SW*,且座標變換器32係藉由丁相位 將三相時間軸上的檢測電流iudet、lvdetg換為包 ::垂直相交的d、q軸之旋轉二軸座標d、g轴上的檢測 电id、i q。 =上所述,相位信號產生手段40係依據由電流檢測器 斤仏測出的檢測電流idet ’運算出交流旋轉機2之4軸 電阻降下成分(RxidMc^電阻降下成分(Rxiq),且 電壓指令^及"1軸電壓指令_減去這些d軸電阻 法輸t ηΪΓ)及Q轴電阻降下成分(RXiQ),並根據其減 2的六二堂:ld)、《七⑷運算出流動於交流旋轉機 變換,:;目机1U、…1W之角頻率〇,藉此可將從電力 二換:所輸出的交流輸出電壓之角頻率調整為與 該父流旋轉機之交流相電流“…角頻率一致。 針=以相位信號產生手段4Q所運算的角頻率0進一 i二::包含有垂直相交的d軸與q軸的旋轉二㈤ 旋轉的情形中,交流旋轉機2的電 之d袖成分0 d與q轴成分Φ Q可用以下第⑷、 318825 17 1345364 (5 )式表示。 0 d= Ϊ (vd*-Rxid+wx0 q)dt ... (4) 0 q= 5 Cvq*-Rxiq-(y x0 d)dt ... (5) 。其中,Vd*、VQ*為由電壓指令產生手U之電流控制 :20所產生的旋轉二軸座標上的電壓指令,id' w係為 藉由座標變換器32將與流動於交流旋轉機2的交流相電流 in、iv對應的檢測電流iudet、丄 电L iuaet、lvdet予以變換至旋轉二 軸座標上的檢測電流。 表示另外’交流旋轉機2之輸出轉矩…用以下第⑹式 r m-Pmx(0 dxiq-0 qxid.) ...⑻ 其中,Pm為交流旋轉機2的對極數。 :走轉二軸座標之以方向與電樞磁 時,電樞磁束0 軸成分0 门為致 將篦m \ θ成為0 ’即0 q=0。在此, 將第(4)、(5)式分別代入0 q=〇 >(9)式。 幻了件以下之第(7)、(8)、 Φ^= S Cvd*-Rxid)dt ...(7) vQ*-Rxlq-.x0d=〇 …⑻ ^=Cvq*-Rxiq)^d ...(g) 換句話說’若使包含有垂直 :同步於依據第⑺、⑻、(9)式==:二= 二二軸座標之d軸方向舆電 ㈣。了使_磁束㈣q軸成分刎為。,亦即為必 318825 18 1345364 ··— 相位信號產生手段40係依據該第(7)、(8)、(9)式運 .算出角頻率ω ^ d轴減法器43d係運算第(7)式中的(vd*_R xid),積分器45則運算以第(7)式所表示的電搞磁束分之 d軸成分0 d。q軸減法器43q係運算第(9)式中的 除法器47則運算出以第⑻式所表示的角頻率ω。相 位ϋθ係根據角頻率^;所算出,且控制座標變換器. 32的座標變換,結果’可使包含有垂直相交的d、q轴之 旋轉二轴座標與依據第⑼式所運算出的角頻率⑴同步並 方疋轉’且可使旋轉二軸座標的d軸方向與電插磁束^之方 向—致’而使電枢磁束必之Q軸成分岣為〇,亦即使必 Q 〇 k電力交換$ 1所輸出的交流輸出電塵之角頻率係對 應,旋轉二軸座標之旋轉角頻率⑴,且被控制為與該旋轉 :由座標之旋轉角頻率相等’藉此從該電力變換器^所輸 2交,輸出電屋之角頻率’會被調整為與在交流旋轉機 /;,L的父流相電流lu、iv、iw之角頻率一致。 1於山除此之外’第1實施方式中,配合從電力變換器1所 =出的交流輸出電壓之角頻率的控制,啟動電流指令電路 :啟動期間SP〇q軸啟動電流指令㈣且 間SP中,iQ*也幻,制益20。因此,在啟動期 也"必Q 一起被設為0。亦即iq* = 〇、4q = ()。 期間SP中,第⑻式之(斷細⑷會變 Γΐη-Ο^㈣機2之輸*轉矩r"^保持為°,亦即保持 如上所述於弟i實施方式中,旋轉二轴座標之角頻率 3】8825 19 134^^04 • 由針對座標變換器3卜32的相位信號$所控制,藉此 '可使k電力讀II丨所輸出的交流輸出電壓之角頻率沒有 L遲地與抓動於交流旋轉機2的交流相電流、iv、iw 之角頻率一致,並且在啟動期間SP中,使交流旋轉機2 之輸出轉矩τ m為〇,藉由將空轉狀態中的交流旋轉機2 啟動而防止父流旋轉機2之輸出轉矩在啟動期間犯中產生 父動而可抑止父流旋轉機2產生震動及旋轉數變動。在 >專利文獻1的習知控職置中,根據角頻率⑴而對電力變 換器之輸出電壓的角頻率進行修正,故會因修正的延遲而 產生軸偏移’但在第)實施方式中,可消除該因修正之延 遲所致的轴偏移,抑制震動及旋轉數變動而將交流旋轉機 2啟動。 於第1實施方式中,供給至電流控制器2〇的啟 動電μ私7 i 1*,係與交流旋轉機2之電樞電阻r無關, 其乃由啟動電流指令電路12所給予,並決定交流相電流 lw的振幅。因此,即使交流旋轉機2之電樞電阻 R因又々丨L旋轉機2之溫度條件而變化,啟動電流指令“ * 亦不S又到該電樞電阻R的影響。因此,於啟動期間sp 中,即使該電樞電阻R隨著交流旋轉機2之溫度條件而變 化於父/)IL力疋轉機2流動的交流電流之振幅亦不會變化, 結果可避免導致於啟動期間中過電流保護等保護功能運作 的狀況’而安定的進行啟動。 另外,在第1實施方式中,藉由啟動電流指令電路12 於啟動期間SP中將q軸起動電流指令切丨*保持為〇,並且 318825 20 二=器為Γ產生的之啟動期間 .開始時點變為i而進仃啟動。此時’在啟動期間SP的 於時 ·,'、 q _0、vQ*=0。因此,於啟動時間SP之開 二:法:T?43q的減算輸出亦會變 啟動期輸出⑴亦會變成0。換句話說,於 '日 1 SP的開始時點中,角頻率鈐 、 頻率ω會隨著啟動時間SP的經過而上:’且該角 電力啟動期間的開始時點, 要在將電二:,故在啟動時間的開始時點,有需 下,將其設定為最高角頻率以上的頻率 2 =提 疋方疋轉方向使啟動反應變為相異。於第i實施 L為:動期間sp的開始時點,使電力變換器1之角頻率 、、而進行啟動,藉此可愈交g & μ Μ 9 > ' 鲁關而進行怪常安定的啟動了 轉機2之旋轉方向無 並且’第i實施方式在啟 電流iql*伴拄τ雖將Q轴啟動 Q保持為0,但即使在啟動期間sp中 机才日令iql*保持為〇以外的箱—括+___日4神敬動電 此時,電枢磁走W / 亦可得到同樣的效果。 令⑻*的择加而從Q ^成分^會隨著d.轴啟動電流指 W曰加而伙0開始增大, ^則隨著電樞磁束的 疋轉機2之輸出轉矩 在啟動期間SP中,因 J 加而增大。但是, 增大,結如輯機2之=1 齡1料'從〇開始 飛^之輸出轉矩rm亦會變成從〇開 318825 21 1345364 始增大,故可-邊抑制較大的震動及激烈的 一邊安定地啟動交流旋轉機2。 锝数支動, (第2實施方式) 第1實施方式為當交流旋轉機2為空 旋轉機2予以啟動者,但第2實施方式為在= 旋轉機2為空轉狀態或停止狀態時將交流旋轉機 動者。控制電路10係構成為與第i實施方式相同, 變換器1啟動並將交流旋轉機2啟動。交流旋轉機 轉狀態時的啟動控制係與第丨實施方式相同,另外, 在父流旋轉機2為停止狀態時’亦與第i實施方式相同「可 進行安定的啟動。 當交流旋轉機2為停止狀態時,在啟動期間sp的開始 時點,交流旋轉機2之旋轉角頻率為〇,以相位信號產生 電路40所運算的角頻率㊉雖亦為0,但隨著電力變換器玉 的啟動,父流旋轉機2的電樞磁束0會緩緩上升,而可進 _行安定的啟動。 (第3實施方式) 第3圖係表示本發明之交流旋轉機之控制裝置的第3 貫施方式的方塊圖。本第3實施方式係將第丨實施方式中 的控制手段1 0置換為控制手段10A,該控制手段丨0A中, 係將第1實施方式中的啟動電流指令手段12置換為啟動電 流指令手段12A。該啟動電流指令手段12A係將帶通濾波 益14去除’將來自函數產生器13的階狀函數指令i y作 為d軸啟動電流指令idl *且通過切換手段18之d轴切換 22 3)8825 ^45364 開關18d供給至電流控制器2〇。其它則構成為與第 2實施方式相同。 X乐 該第3實施方式中,雖無法藉由帶通濾波器U截除啟 動電流指令idl*的無用成分,但其他部份可得到 第2實施方式相同的效果。 或 (第4實施方式) 第4圖係表示本發明之交流旋轉機之控制裝置 實施方式的方塊圖。該第4實施方式中係使用同步機2S 作為父流旋轉機2。具體而言,該同步機 同步電動機。 相 即使交流旋轉機2為同步機2S,因第⑴式至第(m ^樣成立’故即使在第4實施方式,基本而言仍執行: 第1貫施方式相同的啟動控制。於該第4實施方式中十 著使用同步機2S,第i實施方式之控制手段1{)被置現 =手段,該控制手段⑽中,係將第…式的 =動電流指令手段12置換為啟動電流指令手段12 動電流指令手段⑽中,係使q轴啟動電流指令lql*為〇’ 並且使d軸啟動電流指令idl*亦為〇,亦即心= ldl*=0通過切換手段18之d軸切換開關18d而供给至電/ 細制器2G。^啟動電流指令iql* = {)亦與第 =,通過切換手段18之_切換開關叫而供給至電 控制器20。其他則構成為與第1實施方式相同。電“ $ 1實施方式中交流旋轉機2為感應機21,為了啟動 以工轉狀態的感應機21’有需要在感應機2丨進行旋轉角 318825 23 1345364 •速度成分的電壓及電流的供電,但在啟動空轉狀態的同步 :機2S的情形中’因同步機2S會產生起因於轉子的感應電 壓,故無需從電力變換器丨供給旋轉角速度成分的電壓及 電流,因此,將d軸啟動電流指令idl *設為〇。將同步機 =啟動時,於該啟動期間SP之開始時點中,因會於極短 %•間内流過交流相電流iu、iv、iw以抵消產生於同步機 2S的感應電壓,根據該交流相電流沌、^,與第1 實施方式相同,相位信號產生手段4〇運算出角頻率ω,且 根據該角頻率。控制電力變換器1之交流輸出電壓的角頻 率。於該第4實施方式中,藉由將d軸啟動電流指令 設為0,可不使無用的電流供電至同步機2s,而有效率的 ,同步機2S啟動。並且,(1軸啟動電流指令“丨*雖與第工 貫施方式同樣設為〇,但亦可為〇以外的預定值。 (第5實施方式) ——第5圖為表示本發明之交流旋轉機之控制裝置的第$ 籲貫施方式之方塊圖。該第5實施方式亦與第4實施方式相 同,使用同步機2S作為交流旋轉機2。 於第5貫知方式中,帛4實施方式的控制手段⑽被 置換為控制手段10C,該控制手段1〇c係將第4實施方式 之啟動電",L “令手段】2β置換為啟動電流指令手段故。 η亥啟動電机才曰令手段j 2C係使用d軸啟動電流指令器19, 於啟動期間SP中,d軸啟動電流指令id”係從該d二啟動 電流指令器19通過切換手段18之4轴切換開關⑻而供 給至電流控制n2〇id軸啟動電流指令器19係被卜 318825 24 1345364 有將d軸啟動電流指令idl*=〇的外部指令i〇 = 〇與來自相 :位信號產生手段40之除法器46的角頻率⑴。其他則構成 為與第4實施方式相同。 d軸啟動電流指令器19在來自除法器46的角頻率① 之絕對值比預定值ω BASE小時,則根據外部指令i〇使d 轴啟勢電流指令idl*為0,亦即idl* = (^另外,d軸啟動 電/爪4曰令益13A在來自除法器46的角頻率ω之絕對值為預 定值ω BASE以上時,則根據外部指令i〇將d軸啟動電流 •指令 idl*設為(Α-Β/ω )。 若將其以運算式表示,則為如下之第(1〇)式。 idl* = 〇 (當 | ω |<wBASE 時) ί(11*=Α-Β/ω (當 |6j|^6jBASE 時)…(1〇) 其中’A、B為常數,ω BASE=B/A。 藉由使用該d軸啟動電流指令器19,當角頻率ω之絕 對值比ω BASE小時’則不會供給對於啟動同步機2s無用 鲁的電流至同步機2S ’而可有效率的將同步機2S啟動,另 外當角頻率ω之絕對值大於ω BASE時’則令Α-Β/ω為負 • 值’而不進行弱磁束控制。故可以防止電力變換器1之電 壓飽和。並且,q軸啟動電流指令iql*雖與第1實施方式 同樣設為0 ’但亦可為〇以外的預定值。 (第6實施方式) 第6圖為表示本發明之交流旋轉機之控制裝置的第6 實施方式的方塊圖。該第6實施方式係於電力變換器1連 接2台交流旋轉機,具體而言係將2台感應機21丨、212 25 318825 1345364 並聯連接者。感應機2n、2I2係彼此定額相等的三相感應 ,電動機,例如係搭載於電動車並將電動車予以驅動。 '感應機Η卜212係具有彼此相等的電枢電阻R。因該 感應機211、212係並聯連接於電力變換器丨,故從電力變 換器1所看到的合成電樞電阻為(R/2)。該第6實施方式係 將第1實施方式中之控制手段10置換為控制手段1〇D,該 控制手段1 0D係將第1實施方式之相位信號產生手段4〇 置換為相位信號產生手段40D。該相位信號產生手段4〇d 係具有電阻降低運算電路41D,該電阻降低運算電路4id 係具有d轴電阻降低運异器411 d與q軸電阻降低運算器 411 q。其他則為與第1實施方式相同的構成。 d軸電阻降低運异斋411 d係接收從座標變換器3 2所 供給的d軸檢測電流id,將該d軸檢測電流id乘以(R/2), 而輸出d軸電阻降低ΚΚ/2)χί(Πι軸電阻降低運算器4Uq 係接收從座標變換器32所供給的q軸檢測電流iq,將該q 丨軸4双測電々丨L i q乘以(r/2 ),而輸出q軸電阻降低{ (r/2 )χ 1(l}。依據這些d軸電阻降低與q軸電阻降低,d軸減法器 43d將減法輸出{vd*一(R/2)xid丨予以輸出,^軸減法器43q 將減法輸出{vq*-(R/2)xiq}予以輸出。另外,因積分器45 係將積分輸出S {vd*-(R/2)xid}dt予以輸出,故本第6實 鈿方式的除法器46之除法輸出ω則變為以下第(11)式。 ω = S {vd*-(R/2)xid}dt:{vq*-(R/2)xiq} ---(11) 第6實施方式之相位信號產生手段4〇D,係依第(工工) 式運算出角頻率ω,且將電力變換器丨交流輸出電壓之角 318825 26 1345364 .頻率控制為與該角頻率。相等。故本第6實施方式亦與第 ,1實施方式相同,可將空轉狀態的2台感應機2u、2i2安 •定地,行啟動。而在將3台以上的感應機並聯連接於電力 麦換1 4藉由因應其連接台數而調整電阻降低運算電 路41D的乘算係數,同樣地亦可將3台以上的空轉^之 感應機安定地進行啟動。 (第7實施方式) —第7圖為表示本發明之交流旋轉機之控制裝置之第7 實施方式的方塊圖。該第7實施方式係於電力變換器上連 接2 σ父/瓜旋轉機,具體而言係將$台同步機、m2 彼此並聯連接者。同步機2S卜2S2係例如為彼此定額相等 的三相同步電動機。隨著使用同步機2S1、2S2,第6實施 方式之控制手段10D係被置換為控制手段10E,該控制手 段10E係將控制手段1〇D中的啟動電流指令手段置換為 啟動,流指令手段12B者。該啟動電流指令手段⑽係與 •第4實施方式相同。其他則為與第6實施方式相同的構成。 將空轉狀態的同步機2S1、2S2啟動時,若同步機2S1、 脱之磁極位置-致,則這些同步機如、脱之間 f循t電流。在將空轉狀態的同步機2S卜2S2予以啟動 ^若同步機2S1、2S2為無負載,則於這些同步機μ!、 =2不會流過循環電流的狀態即為安定狀態,於該安定狀 ’將同步機2S卜2S2予以啟動。此時,因從電力變換 a 1所看到的合成電枢電阻變為(R/2)’故利用與第6實施 方式相同的相位信號產生手段4〇D,即與第4實施方式相 318825 27 1345364 •同’可將空轉狀態的2台同步機2S1、2S2安定地進行啟動。 ,而在將3台以上的同步機並聯連接於電力變換器1時,藉 由因應其連接台數而調整電阻降低運算電路41D的乘算係 數’同樣地亦可將3台以上的空轉狀態之同步機安定的進 行啟動。 (產業上的可利用性) 本發明之父流旋轉機之控制裳置係可利用於感應機、 同步機等交流旋轉機之控制裝置。 •【圖式簡單說明】 第1圖係表示本發明之交流旋轉機之控制裝置之第j 實施方式的方塊圖。 弟2圖(a)及(b)係第1實施方式之函數產生器與帶通 濾波器之輸出波形的波形圖。 第3圖係表示本發明之交流旋轉機之控制裝置之第3 實施方式的方塊圖。 # 第4圖係表示本發明之交流旋轉機之控制裝置之第4 實施方式的方塊圖。 第5圖係表示本發明之交流旋轉機之控制裝置之第$ 實施方式的方塊圖。 第6圖係表示本發明之交流旋轉機之控制裝置之第6 實施方式的方塊圖。 第7圖係表示本發明之交流旋轉機之控制裝置之 實施方式的方塊圖。 【主要元件符號說明】 318825 28 父流旋轉機 控制電路 電力變換器 2 電流檢測器 10、 11 12、 13 15 17 I8d 19 21、 31 40、 41d 41q
!〇A、10B、l〇C、l〇D、i〇E 電壓指令產生手段 UA、12B、12C啟動電流指令手 函數產生器 ι4 #& π通濾波器 d軸電流指令器 切換手段 q軸切換開關 電流控制器 2S1、2S2同步機 座標變換器 電阻降低運算手段 電λ/π· 4s令手段 16 比例增益乘法器 1 8 d軸切換開關 丨8q d軸啟動電流指令器2 〇 211、212 感應機 2S1 座標變換器 % 40D相位信號產生手段ο 、411 d d軸電阻降低運算器 、411 q q軸電阻降低運算器 43 減法手段 43d d軸減法器 43q q軸減法器 45 積分器 46 除法器 47 積分器 iu、 iv、iw交流相電流 318825 29
Claims (1)
- 十、申請專利範圍: L 一種交流旋轉機之控制装置,具有 A f 2¾败)正智 -^^146387¾½^ t ^ f (99年1月29日) 生電壓指令,且根據該 控制手段,根據電流指令產 電壓指令產生切換指令; 押制根據前述切換指令產生振幅與頻率被 役制的父流輸出電壓; 至少i個交流旋轉機,連接於前述電力變換器;以 及 電流檢測器’根據從前述電力變換器流至前述交流 疋轉機的交流相電流而輸出檢測電流, ▲其中’前述控制手段係構成為進行包含有針對前述 父流旋轉機進行啟動控制的控制; 所述控制手段於前述啟動控制中,係依據前述檢測 電流而.運算出因應於前述交流旋轉機之電阻降低的電 祖降低成分,且依據從前述電壓指令減去前述電阻降低 L號後的減法輸出而調整前述交流輸出㈣的角頻率; 、_亚且,前述控制手段於前述啟動控制中,係調整前 述交流輸出電塵的振幅以使前述交流相電流的振幅依 預,的函數進行變化,並且於啟動期間之開始時點將前 述父流輸出電壓之角頻率控制為〇。 .如申專利範圍第i項之交流旋轉機之控制裝置,其 中,前述控制手段於前述啟動控财,係依據前述電汽 指令調整前述交流旋轉機之輸出轉矩。 ” 如申清專利範圍第〗項之交流旋轉機之控制裝置,其 318825(修正版) 30 φ , y- . fn月日修(更)正替破 在無法判別前述交流旋轉機 Ljg: 1,29 -1 之任—狀熊义得钱為停止狀態或空轉狀態 4.如申,專:^工市lJ手段係進行前述啟動控制。 ::前專J,f第1項之交流碇轉機之控制裳置,其 進行前述啟動控制。 狀心―,則述控制手段係 .如申凊專利範圍第丨項之 中,前述控制手段係呈有控制裝置,其 器,係产步’ 、 w數產生器;以及帶通濾波 所需的頻帶;並且,將來自前述帶僅抽錢動 指令做鼻乂 k /慮波器的預定函數 伯7做為m迷電流指令而予 令,網敫‘+、一 卞輸出,且依據該函數指 °周整别述交流輸出電壓的振幅。 6. 如申凊專利範圍第1 中,_ 貝之乂"丨L方疋轉機之控制裝置,其 輸出於前述啟動控料,係調整前述交流 7. 如使前述交流相電流的振幅為。。 其 二1乾圍第1項之交流旋轉機之控制褒置 甲,别述交流旋轉機為感應機。 其 δ· t申1#專圍第1項之交流旋轉機之控制裝置 T,則述父流旋轉機為同步機。 9. t申^專利範圍第1項之交流旋轉機之控制裝置,其 撼别述電力變換器係連接有並聯連接的複數個交流旋 轉機。 10.如申二青專利&圍帛丨項之交流旋轉機之控制裝置,其 :刖述控制手段於前述啟動控制中,係依據前述電流 才曰々將前述交流旋轉機之輸出轉矩調整為0。 318825(修正版) 31 1345304 1345304 f月日修(¾正替換頁 範圍第1項之交流旋# 中,*别述電壓指令包含有位於 電壓之角頻率同半而、隹/ 匕3有與别述父流輸出 旋轉的d軸與q轴的垂直相交 耗上的d軸電壓指令與q軸電 =制手段於前述啟動控制中,依據前述檢測電流產生 =於,述交流旋轉機之電阻降低…電阻降低成 :二::::降低成分,且依據從前述d軸電㈣令減 低成分後的d轴減法輪出、與從前述 ^ 減去前心轴電阻降低成分後的Q軸減法 輸出,凋整前述交流輸出電壓的角頻率。 申請專利範圍第u項之交流旋轉機之控制裝置,盆 軸減=:::前述啟動控制中,根據前述d =法輸出而運舁“述交流旋轉機之磁束振幅,且將 束振幅’並根據其除法輸 出凋正别述交流輸出電壓之角頻率。 , 13.如申請專利範圍第1項之交流旋轉機之控置,发 ㈣手段於前述啟動控制中,在前述 出、 =角頻率為預定值以下時,調整前述交流輸出: 之振幅以使前述交流相電流之振幅為〇,另外,在A 、 交流輸出電壓之角頻率超過前述預定值時,則調整:ΐ =出電壓之振幅以使前述交流相電流之1 以外的預定值。 。υ 32 〇18825(修正版)
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