專利名稱：交流電動機的控制方法及控制裝置的制作方法
〔技術(shù)領(lǐng)域〕本發(fā)明涉及交流電動機的控制方法，借助可變速控制裝置用以輸出交流電壓使交流電動機的速度改變，特別是，涉及在停電再恢復(fù)后可平緩地啟動交流電動機的控制方法及裝置。
〔技術(shù)背景〕按常規(guī)，為了控制交流電動機的速度，眾所周知有v/f固定控制方法將輸出電壓V及輸出頻率f之比控制在恒定狀態(tài)。進而，近年來以更高精確度控制交流電動機，將被供給到交流電動機的一次電流，以進行直接干預(yù)到轉(zhuǎn)矩的激勵電流(使磁通產(chǎn)生的電流)及轉(zhuǎn)矩電流(使轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的電流)使分別獨立進行控制的向量控制被實用化?？墒?，在常規(guī)技術(shù)的控制系統(tǒng)中在連續(xù)運轉(zhuǎn)中進行穩(wěn)定控制，但一旦在交流電動機的運轉(zhuǎn)中發(fā)生瞬停(瞬間停電)要進行瞬停再啟動時，使交流電動機的剩余電壓及可變速控制裝置的電壓指令的相位不合，則使交流電動機的速度產(chǎn)生急變，或使交流電動機的空轉(zhuǎn)增大并使過大的電流流動，導(dǎo)致跳閘的危險。為了防止發(fā)生此種情況，有必要進行使交流電動機的剩余電壓及可變速控制裝置的電壓指令的相位匹配，但使相位匹配相當(dāng)困難。因此，在交流電動機的剩余電壓消失后，將交流電動機的角速度及可變速控制裝置的輸出頻率由速度檢測器算出，或?qū)⒔涣麟妱訖C的剩余電壓由電壓檢測器進行檢測，由其頻率成分算出，使剩余電壓及輸出電壓指令信號的相位一致，進行再運轉(zhuǎn)，所以在瞬停復(fù)電后的再啟動很費時，會有難以平穩(wěn)再運轉(zhuǎn)的問題。
如上所述，為了將交流電動機平穩(wěn)啟動，有必要等待剩余電壓消失，或需要諸如速度檢測器或電壓檢測器的檢測器。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種交流電動機的控制方法及裝置，在瞬間停止復(fù)電后以良好精確度用以測定交流電動機的剩余電壓的相位及角速度，可迅速平穩(wěn)再運轉(zhuǎn)。
〔本發(fā)明的公開〕本發(fā)明的交流電動機的控制方法及控制裝置的要旨，保存在于下述(1)～(23)中。
(1)一種交流電動機的控制方法，其特征在于具有電力變換器用以輸出電力到交流電動機，并具備電流控制部，根據(jù)電流指令信號及前述電力變換器的輸出電流檢測信號的差信號，用以控制前述電力變換器的輸出電流，并當(dāng)前述交流電動機在自由運轉(zhuǎn)狀態(tài)時，電流指令信號將呈零狀態(tài)，以使交流電機的電流呈零狀態(tài)，進行電流控制，并根據(jù)使用此時的前述電流控制部輸出計算的輸出電壓指令信號，求出前述交流電動機的剩余電壓的幅度、相位及角速度。
(2)前項(1)記載的交流電動機的控制方法中，其特征在于根據(jù)前述輸出電壓指令信號在求出前述交流電動機的剩余電壓的相位及角速度時，設(shè)有信號保持裝置，在交流電動機進行自由運轉(zhuǎn)之前的相位指令信號及前述輸出電壓指令信號的相位信號的和值求出前述剩余電壓的幅度、相位及角速度。
若依據(jù)該交流電動機的控制方法，在交流電動機處于自由運轉(zhuǎn)狀態(tài)時，使交流電動機的電流受控，使交流電機的電流呈零狀態(tài)，則該結(jié)果使交流電動機的剩余電壓將以電壓指令信號形式出現(xiàn)，并根據(jù)該電壓指令信號的相位及角頻率求出在自由運轉(zhuǎn)狀態(tài)的交流電動機的剩余電壓的幅度、相位及角速度。從而，使復(fù)電后的平穩(wěn)速度恢復(fù)更容易。
另外，在求出剩余電壓的相位及角速度時，設(shè)有信號保持裝備，在交流電動機進行自由運轉(zhuǎn)之前的相位指令信號及前述輸出電壓指令信號的相位信號的和值求出前述剩余電壓的幅度、相位及角速度，使相位指令信號無不連續(xù)之處從而可防止機械沖擊產(chǎn)生的不適合現(xiàn)象。
(3)一種交流電動機的控制方法，其特征在于以電力變換器將任意的電力加到交流電動機，以電流檢測電路檢測被供給到前述電動機的電流，以電流控制電路進行控制使給定的電流指令及前述電流檢測電路檢測的電流檢測值能一致，并由電流控制電路輸出的電壓指令決定電力變換器開關(guān)信號，由啟動控制電路控制變換器，以在啟動時正常工作，并將自由運轉(zhuǎn)狀態(tài)的前述交流電動機的速度以速度估算電路進行估算。
(4)前述(3)記載的交流電動機之控制方法中，其特征在于啟動控制電路使電流指令呈零狀態(tài)，并借由電流控制電路，將前述電流檢測值歸零以算出電壓指令，并由前述電壓指令的時間變化，使速度估算電路估算出交流電動機的速度。
(5)前項(3)或(4)記載的交流電動機的控制方法中，其特征在于啟動控制電路使電流指令呈零狀態(tài)，并由電流控制電路，將前述電流檢測值歸零以算出電壓指令，并在電壓電平比被設(shè)定的電壓電平低時，在將此電平的直流電流指令由零加上一設(shè)定時期后，再度迫使電流指令呈零狀態(tài)，由電流控制電路，將前述電流檢測值歸零以算出電壓指令，且速度估算電路用估算出交流電動機的速度。
(6)前項(3)～(5)其中任何一項記載的交流電動機的控制方法中，其特征在于啟動控制電路使電流指令呈零狀態(tài)，并由電流控制電路，將電流檢測值歸零以算出電壓指令，而使其電壓電平比被設(shè)定為低于電壓電平時，在將設(shè)定電平的直流電流指令由零加上一設(shè)定時期后，再度迫使電流指令呈零狀態(tài)，由電流控制電路，將前述電流檢測值歸零以算出電壓指令時，也使其電壓電平比被設(shè)定的電壓電平低時則前述速度估算電路估算出交流電動機正停止。
(7)前項(1)～(6)其中任何一項記載的交流電動機之控制方法中，其特征在于啟動控制電路使電流指令呈零狀態(tài)，并由電流控制電路，將前述電流檢測值歸零以算出電壓指令，并由電壓指令的時間變化，使前述速度推定電路，在將估算的前述交流電動機的速度及前述電壓指令的幅度及相位作為初始值時用以啟動交流電動機。
(8)前項(1)～(7)其中任何一項記載的交流電動機的控制方法中，其特征在于啟動控制電路使電流指令呈零狀態(tài)，并由電流控制電路，將前述電流檢測值歸零以算出電壓指令，并由電壓指令的時間變化，從使前述速度推定電路在將估算的前述交流電動機的速度及前述電壓指令的幅度及相位作為初始值時用以啟動交流電動機時，到使從電力變換器輸出的電壓指令的幅度，對交流電動機正常速度產(chǎn)生的電壓的電壓電平對應(yīng)為止，慢慢增加電壓指令。
(9)一種交流電動機的控制裝置，其特征在于包括電力變換器，用于輸出任意的電力到交流電動機；電流檢測電路，用于檢測被供到前述電動機的電流；及電流控制電路，使給定的電流指令與電流檢測電路檢測的電流檢測值控制得一致；并由電流控制電路輸出的電壓指令決定電力變換器的開關(guān)，該裝置具有啟動控制電路；及速度估算電路，用以估算在自由運轉(zhuǎn)狀態(tài)下交流電動機的速度。
(10)前述(9)記載的交流電動機的控制裝置中，其特征在于啟動控制電路迫使電流指令呈零狀態(tài)，并由電流控制電路，將前述電流檢測值歸零以算出電壓指令，由電壓指令的時間變化，使速度估算電路估算交流電動機的速度。
(11)前項(9)或(10)記載的交流電動機的控制裝置中，其特征在于啟動控制電路迫使電流指令呈零狀態(tài)，并由電流控制電路，將前述電流檢測值歸零以算出電壓指令，并當(dāng)其電壓電平比被設(shè)定的電壓電平低時，則將電流指令由零將被設(shè)定的電平的直流電流指令加上被設(shè)定的時間后，再度迫使電流指令呈零狀態(tài)，由電流控制電路，將前述電流檢測值歸零以算出電壓指令，使前述速度估算電路估算出交流電動機的速度。
(12)前項(9)～(11)其中任何之一記載的交流電動機的控制裝置中，其特征在于啟動控制電路迫使電流指令呈零狀態(tài)，并由電流控制電路，將前述電流檢測值歸零以算出電壓指令，并當(dāng)其電壓電平比被設(shè)定的電壓電平更低時，則將電流指令由零將被設(shè)定的電平的直流電流指令加上設(shè)定的時間后，再度迫使電流指令呈零狀態(tài)，并由電流控制電路，將前述電流檢測值歸零以算出電壓指令時，也使其電壓電平比被設(shè)定的電壓電平低時則速度估算電路估算出交流電動機正停止。
(13)前項(9)～(12)其中任何一項記載的交流電動機的控制裝置中，其特征在于啟動控制電路迫使電流指令呈零狀態(tài)，并由電流控制電路，將電流檢測值歸零以算出電壓指令，并由電壓指令的時間變化，使速度估算電路，將估算的交流電動機的速度及電壓指令的幅度及相位作為初始值以啟動交流電動機。
(14)前項(9)～(13)其中任何一項記載的交流電動機的控制裝置中，其特征在于啟動控制電路迫使電流指令呈零狀態(tài)，并由電流控制電路，將前述電流檢測值歸零以算出電壓指令，并由電壓指令的時間變化，使前述速度估算電路，將估算出的交流電動機的速度及前述電壓指令的幅度及相位作為初始值以啟動交流電動機時，使前述電力變換器輸出的電壓指令的幅度逐漸增加到對應(yīng)于交流電動機的速度正常時產(chǎn)生的電壓的電壓電平。
(15)前項(3)記載的交流電動機的控制方法中，其特征在于啟動控制電路迫使電流指令呈零狀態(tài)，并由電流控制電路，將電流檢測值歸零以算出電壓指令，并使電壓指令比被設(shè)定的電壓電平大時，由電壓指令的相位的時間變化，使速度估算電路估算交流電動機的速度，并作為用于啟動電力變換器時的初始值，設(shè)定對應(yīng)于交流電機速度估算值的電壓指令的幅度及相位以及頻率，并啟動電力變換器。
(16)一種交流電動機的控制方法，其特征在于具有電力變換器，用于將電力輸出到交流電動機，并具有電流控制部，根據(jù)電流指令信號及電力變換器的輸出電流檢測信號的差信號，控制電力變換器的輸出電流，并當(dāng)交流電動機在自由運轉(zhuǎn)狀態(tài)時，在設(shè)定時期將任意直流電流加到交流電動機，檢測出現(xiàn)在電力變換器的輸出電流檢測信號的頻率成分，并由該頻率成分估算交流電動機的速度。
(17)前項(3)記載的交流電動機的控制方法中，其特征在于啟動控制電路迫使電流指令呈零狀態(tài)，并由電流控制電路，將電流檢測值歸零以算出電壓指令，并使其電壓電平比被設(shè)定的電壓電平低時，則將電流指令值由零將被設(shè)定的電平的直流電流指令或進行設(shè)定的電平的直流電壓指令加上設(shè)定時間后，并使前述速度估算電路檢測出現(xiàn)于電流檢測值中的頻率成分，將該頻率成分估算為交流電動機的速度，作為啟動前述電力變換器時的初始值，以設(shè)定對應(yīng)于交流電動機的速度估算值的頻率并啟動電力變換器。
(18)前項(3)記載的交流電動機的控制方法中，其特征在于啟動控制電路迫使電流指令呈零狀態(tài)，并由電流控制電路，將電流檢測值歸零以算出電壓指令，并在電壓指令比被設(shè)定的電壓電平低時，則將電流指令值由零改變成被設(shè)定的電平的直流電流指令值，并將此加上一段時間，之后改變電流指令的符號及幅度，并將此加上一段設(shè)定時間。交流電機控制方法的特征在于，此時，速度估算電路檢測出現(xiàn)在電流檢測值中的頻率成分，將該頻率成分估算為交流電動機的速度，作為啟動前述電力變換器時的初始值，設(shè)定對應(yīng)于交流電動機的速度估算值的頻率并啟動電力變換器。
(19)前項(3)記載的交流電動機的控制方法中，其特征在于啟動控制電路迫使電流指令呈零狀態(tài)，并由前述電流控制電路，將前述電流檢測值歸零以算出電壓指令，并在當(dāng)電壓指令比被設(shè)定的電壓電平低時，停止進行電流控制，在以任意的方向?qū)⒅绷麟妷褐噶罴由显O(shè)定的時間后，與前述直流電壓的指令方向上改變180°相位的方向上加上任意幅度的電流指令，在設(shè)定的時間再度進行電流控制。交流電機的控制方法其特征在于，此時，使速度估算電路檢測出現(xiàn)于電流檢測值中的頻率成分，將該頻率成分估算為交流電動機的速度，作為啟動電力變換器時的初始值，設(shè)定對應(yīng)于交流電動機的速度估算值的頻率并啟動電力變換器。
(20)前項(9)記載的交流電動機的控制裝置中，其特征在于啟動控制電路迫使電流指令呈零狀態(tài)，并由電流控制電路，將電流檢測值歸零以算出電壓指令，并在當(dāng)電壓指令比被設(shè)定的電壓電平大時，由電壓指令的相位的時間變化，速度估算電路估算交流電動機的速度，并作為啟動電力變換器時的初始值，設(shè)定對應(yīng)于交流電機速度估算值的電壓指令的幅度和相位以及頻率，并啟動電力變換器。
(21)前項(9)記載的交流電動機的控制裝置中，其特征在于啟動控制電路迫使電流指令呈零狀態(tài)，并由電流控制電路，將電流檢測值歸零以算出電壓指令，并當(dāng)電壓電平比設(shè)定的電壓電平低時，將電流指令值由零將被設(shè)定的電平的直流電流指令或進行設(shè)定的電平的直流電壓指令加上設(shè)定的時間后，速度推定電路檢測出現(xiàn)在電流檢測值中的頻率成分，將該頻率成分估算為交流電動機的速度，作為啟動電力變換器時的初始值，設(shè)定對應(yīng)于交流電動機的速度估算值的頻率并啟動電力變換器。
(22)前項(9)記載的交流電動機的控制裝置中，其特征在于啟動控制電路迫使電流指令呈零狀態(tài)，并由電流控制電路，將電流檢測值歸零以算出電壓指令，并當(dāng)電壓指令比設(shè)定的電壓電平低時，電流指令值由零將變成被設(shè)定的電平的直流電流指令值，并加上設(shè)定的時間后，改變電流指令的符號及幅度，并加上設(shè)定的時間。此時，速度估算電路檢測出現(xiàn)在電流檢測值中的頻率成分，將該頻率成分估算為交流電動機的速度，作為啟動電力變換器時的初始值，設(shè)定對應(yīng)于交流電動機速度估算值的頻率并啟動電力變換器。
(23)前項(3)記載的交流電動機的控制裝置中，其特征在于啟動控制電路迫使電流指令呈零狀態(tài)，并由電流控制電路，將電流檢測值歸零以算出電壓指令，并在當(dāng)電壓指令比被設(shè)定的電壓電平低時，停止電流控制，在任意方向?qū)⒅绷麟妷褐噶罴由显O(shè)定時間后，在與直流電壓的指令方向開始變更180°相位的方向加上任意幅度的電流指令，在設(shè)定的時間再度進行電流控制。此時，前述速度估算電路檢測出現(xiàn)于電流檢測值中的頻率成分，將該頻率成分估算為交流電動機的速度，作為啟動電力變換器時的初始值，設(shè)定對應(yīng)于交流電動機的速度估算值的頻率并啟動電力變換器。
〔附圖的簡單說明〕

圖1是有關(guān)本發(fā)明第一實施例的交流電動機的可變速控制裝置的方框圖。
圖2顯示圖1所示2相/3相變換器的構(gòu)成的方框圖。
圖3顯示圖1所示交流電動機在自由運轉(zhuǎn)狀態(tài)時的工作波形圖。
圖4是有關(guān)本發(fā)明第二實施例的交流電動機的可變速控制裝置的方框圖。
圖5是有關(guān)本發(fā)明第三實施例的交流電動機的可變速控制裝置的方框圖。
圖6顯示交流電動機的剩余電壓的軌跡及電流控制器的輸出電壓指令及相位(正常轉(zhuǎn)動時)的關(guān)系示意圖。
圖7顯示交流電動機的剩余電壓的軌跡及電流控制器的輸出電壓指令及相位(反轉(zhuǎn)時)的關(guān)系示意圖。
圖8系有關(guān)本發(fā)明第四實施例的交流電動機的可變速控制裝置的方框圖。
圖9(a)至9(c)顯示在交流電動機加上d軸電壓時的電流檢測值的變化(正轉(zhuǎn))示意圖。
圖10(a)至10(c)顯示在交流電動機加上d軸電壓時的電流檢測值的變化(反轉(zhuǎn))示意圖。
圖11是有關(guān)本發(fā)明第五實施例的交流電動機的可變速控制裝置的方框圖。
圖12顯示在交流電動機加上勵磁電流指令時的轉(zhuǎn)矩電流檢測值的變化(正轉(zhuǎn))示意圖。
圖13是顯示在交流電動機加上勵磁電流指令時的轉(zhuǎn)矩電流檢測值的變化(反轉(zhuǎn))示意圖。
在圖中的編號中，1代表電力變換器，2代表電流向量控制電路，3代表3相/2相變換器，4為一次角頻率計算電路，5為勵磁電流控制電路，6為轉(zhuǎn)矩電流控制電路，7為2相/3相變換器，8為電壓模型生成器，9為交流電動機，10為積分器，11為瞬停再啟動控制電路，12為磁化電流指令切換單元，13為轉(zhuǎn)矩電流切換單元，14為相位指令切換單元，15為信號保持電路，70為電壓指令振幅計算器，71為電壓指令相位計算器，72為電壓指令變換器，201為電力變換器，202為交流電動機，203為電流檢測器，204為電流座標變換電路，205為轉(zhuǎn)矩電流控制電路，206為勵磁電流控制電路，207為相位計算電路，208為V/f變換電路，209為輸出電動計算電路，210為開關(guān)模型產(chǎn)生電路，211為瞬停再啟動控制電路，212為速度估算電路，212A為速度估算電路(有剩余電壓時)，212B為速度估算電路(無剩余電壓時)。
〔實施發(fā)明的最佳方式〕以下，參照本發(fā)明的附圖加以說明。首先，對于本發(fā)明第一實施例參考圖1～圖3加以說明。圖1系有關(guān)本發(fā)明第一實施例的交流電動機的可變速控制裝置的方框圖，圖2為顯示圖1所示2相/3相變換器構(gòu)成的方框圖。又，圖3顯示圖1所示交流電動機的自由運轉(zhuǎn)狀態(tài)時的工作波形圖。
圖1中，在可變速控制裝置，系設(shè)有電力變換器1，由3相交流電源將交流電源直流化之后，由PWM控制系統(tǒng)的逆變器再度變換成任意頻率及電壓的交流電，將該一次頻率及一次電壓加到交流電動機9上；電流向量控制電路2，由外部輸入速度指令信號ωrref，且，使3相/2相變換器3由進行輸出的勵磁電流檢測值idfb及轉(zhuǎn)矩電流檢測值iqfb求出速度估算信號ωr；3相/2相變換器3，用于檢測到交流電動機9的一次電流(U相電流iu，W相電流iw)并送出進行座標變換的勵磁電流檢測值idfb及轉(zhuǎn)矩電流檢測值iqfb；一次角頻率計算電路4，由電流向量控制電路2的由速度估算信號ωr算出一次角頻率信號ω1并輸出；勵磁電流控制電路(ACR d)5，由勵磁電流指令值idref及3相/2相變換器3使與勵磁電流檢測值idfb被設(shè)置成一致，用以控制勵磁電流方向電壓；轉(zhuǎn)矩電流控制電路(ADR q)6，使電流向量控制電路2輸出的轉(zhuǎn)矩電流指令值iqref及使3相/2相變換器3輸出的轉(zhuǎn)矩電流檢測值iqfb被設(shè)置成一致，用以控制轉(zhuǎn)矩電流方向電壓；2相/3相變換器7，用以生成U、V、W的各相的電壓指令信號(Vuref、Vvref、Vwref)的PWM信號并輸出；V/f變換電路208，由一次角頻率計算電路4根據(jù)一次角頻率信號ω1產(chǎn)生誘導(dǎo)電壓指令信號Eref以補償交流電動機產(chǎn)生的電壓；積分器10，由同樣的一次角頻率計算電路4積分一次角頻率信號ω1；瞬停檢測再啟動控制電路11，在測到瞬停后，進入再運轉(zhuǎn)；磁化電流指令切換單元12，由瞬停檢測再啟動控制電路11依據(jù)瞬停信號，切換勵磁電流指令值；轉(zhuǎn)矩電流指令切換單元13，以同樣方式由瞬停信號切換轉(zhuǎn)矩電流指令值；及相位指令切換單元14，以同樣方式由瞬停信號切換相位指令信號。
因此，勵磁電流控制電路(ACR d)5的輸出信號，成為d軸電壓指令值Vdref，轉(zhuǎn)矩電流控制電路(ACR q)6的輸出信號及V/f變換電路208的輸出信號Eref的和值，成為q軸電壓指令值Vqref。又，積分器10的輸出信號，輸入到3相/2相變換器3及2相/3相變換器7，作為相位指令信號θ。圖2中，設(shè)有電壓指令振幅計算器70，由被輸入到2相/3相變換器7的d軸電壓指令值Vdref及q軸電壓指令值Vqref，以|V1|＝(Vdref2+Vqref2)1/2算出輸出電壓指令信號V1的振幅|V1|，電壓指令相位計算器71，以γ＝tan-1(Vqref/Vdref)算出輸出電壓指令信號V1的相位信號γ，電壓指令變換器72，由輸出電壓指令信號V1的振幅|V1|和相位及被輸入相位指令信號θ，以Vuref＝|V1|×cos(θ+γ)Vvref＝|V1|×cos(θ+γ+120°)Vwref＝|V1|×cos(θ+γ+240°)變換成U、V、W各相的電壓指令信號Vuref、Vvref、Vwref。
其次對工作加以說明。
當(dāng)交流電動機9的電流為零時的電壓指令信號，與交流電動機9的剩余電壓一致。原因是電流流過有電位差的2點間。因此使電力變換器1及交流電動機9間的電流稱為零的狀態(tài)表示在電力變換器1的輸出電壓及交流電動機9的電壓間無電位差，總之，處于同電壓值。該情形下，2軸彼此垂直，總之分成勵磁電流及轉(zhuǎn)矩電流方向以個別進行電流控制，所以垂直的2軸的各成分電壓，也使電力變換器1的輸出及交流電動機9的電壓彼此一致。結(jié)果，交流電動機9的剩余電壓使垂直的2軸的各成分電壓，以d軸電壓指令值Vdref及q軸電壓指令值Vqref出現(xiàn)，在本實施例中，檢測交流電動機的剩余電壓的相位、角速度并進行瞬停時的再啟動動作。發(fā)生瞬停后依據(jù)復(fù)電進行再啟動時的具體工作，使瞬停再啟動管理電路11用以檢測瞬時停電，將輸入瞬停信號輸入到磁化電流指令切換單元12，轉(zhuǎn)矩電流切換單元13、相位指令切換單元14。當(dāng)輸入瞬停信號時，磁化電流指令切換單元12將勵磁電流指令值idref切換呈零狀態(tài)，同樣轉(zhuǎn)矩電流切換單元13將轉(zhuǎn)矩電流指令值iqref切換呈零狀態(tài)，相位指令切換單元14將相位指令信號θ切換呈零狀態(tài)。因此，進行如下式的輸出。
idref＝0iqref＝0θ ＝0上述工作進行后，由勵磁電流控制電路5及轉(zhuǎn)矩電流控制電路6進行電流控制時，使交流電動機9的電流歸零進行電流控制。由電流控制使交流電動機9的電流呈零狀態(tài)時，電壓進行均衡而交流電動機9的剩余電壓的2垂直軸成分電壓，將以d軸電壓指令值Vdref及q軸電壓指令值Vqref出現(xiàn)。
其中將該d軸電壓指令值Vdref及q軸電壓指令值Vqref輸入的圖中所示電壓指令相位計算器71的輸出γ，與交流電動機9的剩余電壓的相位一致，所以由電壓指令相位計算器71的輸出γ可容易地求出交流電動機9的剩余電壓的相位，以電壓指令相位演算器71的輸出γ的單位時間的變化量可容易求出剩余電壓的角速度。同樣，將該d軸電壓指令值Vdref及q軸電壓指令值Vqref輸入。圖2所示電壓指令振幅計算器70的輸出|V1|，與剩余電壓幅度相一致。當(dāng)以上工作進行終了，瞬停檢測再啟動控制電路11，將電壓指令相位計算器71的輸出γ在積分器10中作為初始值進行設(shè)定，并將電壓指令相位計算器71的輸出γ的單位時間的變化量設(shè)定為電流向量控制電路2的速度估算信號ωr，將電壓指令振幅計算器70的輸出|V1|設(shè)定為V/f變換電路208的輸出的Eref，同時將瞬停信號的解除信號，分別輸入到磁化電流指令切換單元12、轉(zhuǎn)矩電流指令切換單元13和相位指令切換單元14。在磁化電流指令切換單元12及轉(zhuǎn)矩電流指令切換單元13，分別將勵磁電流指令值idref、轉(zhuǎn)矩電流指令值iqref切換為在電流向量控制電路2的輸出信號的各電流指令信號，且相位指令切換單元14將相位指令信號θ切換為積分器10的輸出信號后，再進行運轉(zhuǎn)并不斷驅(qū)動交流電動機9。
圖3是工作原理用在正旋轉(zhuǎn)方向自由運轉(zhuǎn)的交流電動機9上時的工作波形圖，圖3(a)是電壓指令信號波形圖，圖3(b)是顯示相位γ圖。如圖3(a)所示，使交流電動機9正轉(zhuǎn)時，使d軸電壓指令值Vdref，對q軸電壓指令值Vqref超前90°相位，而各電壓信號的振幅系隨時間而衰減。又，在圖3(b)的情形下，是電壓指令相位計算器71的輸出γ在正側(cè)進行旋轉(zhuǎn)的情形。又，未圖示，但當(dāng)交流電動機9反轉(zhuǎn)時，d軸電壓指令值Vdref對q軸電壓指令值Vqref形成90°相位遲延，而各電壓信號的振幅系隨時間而衰減，電壓指令相位計算器71的輸出γ是在反側(cè)旋轉(zhuǎn)。尚有，至此為止，當(dāng)交流電動機9的電流呈零狀態(tài)時，則交流電動機9的剩余電壓以d軸電壓指令值Vdref及q軸電壓指令值Vqref出現(xiàn)，但當(dāng)交流電動機9的電流不呈完全零狀態(tài)也可檢測相位、角速度。
其次，參考圖4描述本發(fā)明的第二實施例。
圖4是有關(guān)本發(fā)明第二實施例的交流電動機的可變速控制裝置的方框圖。圖4所示的第二實施例，使圖1所示前實施例的工作，在瞬停發(fā)生時將相位指令切換器14切換成呈零狀態(tài)，使相位指令信號θ形成不連續(xù)，使機械性的沖擊發(fā)生，或使電力變換部1的直流電壓形成過電壓并使可變速控制裝置跳閘發(fā)生的缺點得以避免。圖4的第二實施例，與圖1的構(gòu)成不同在于，使瞬停檢測再啟動控制電路11輸出瞬停信號，替代將相位指令信號θ呈零狀態(tài)，設(shè)有新的信號保持電路15，在信號保持電路15中保持一次角頻率信號ω1，將保持值輸入到V/f變換電路208及積分器10，當(dāng)復(fù)電進行再啟動時，替代以電壓指令相位計算器71的輸出γ來獲取交流電動機9的相位，以輸出γ的單位時間的變化量求出剩余電壓的角速度，以電壓指令相位計算器71的輸出γ及相位指令信號θ的和值求出交流電動機9的剩余電壓的相位，以輸出γ的值和相位指令信號θ的和值的單位時間的變化量求出剩余電壓的角速度。其他與圖1具有相同結(jié)構(gòu)的部分由同一編號表示并省略重復(fù)說明。
下面對工作加以說明。
在圖4的構(gòu)成中，也與圖1的情形相同，在瞬停時由瞬停信號將磁化電流指令切換器12和轉(zhuǎn)矩電流指令切換器13切換呈電流零狀態(tài)，并由勵磁電流控制電路206及轉(zhuǎn)矩電流控制電路6使交流電動機9的電流呈零狀態(tài)而進行電流控制，而剩余電壓的2軸垂直的電壓成分，以d軸電壓指令值Vdref及q軸電壓指令值Vqref出現(xiàn)，所以如圖2所示，以電壓指令相位計算器71的輸出γ及相位指令信號θ的和值(θ+γ)求出交流電動機的剩余電壓的相位，以和值(θ+γ)的單位時間的變化量求出角速度。此時，一次角頻率ω1，由于在瞬停時由信號保持電路15切換到保持側(cè)，所以信號保持電路15上的一次角頻率信號ω1加到積分器10，從積分器10連續(xù)輸出相位指令信號θ并求出和值(θ+γ)。根據(jù)該運算，瞬停發(fā)生時的相位指令信號θ的不連續(xù)工作將消失，所以避免機械性的沖擊或可變速控制裝置跳閘。
又，復(fù)電后再啟動時，由進行與圖1同樣的復(fù)位程序，進行再啟動用以驅(qū)動交流電動機9，形成可迅速且平穩(wěn)的再啟動，這樣可避免由瞬停使逆變器停止進而使生產(chǎn)線的設(shè)備全體停止工作的問題。
因此，在本發(fā)明中，為了清除將瞬停發(fā)生時的相位指令信號θ的不連續(xù)，設(shè)有信號保持電路15，能用以保持一次角頻率，但替代信號保持電路15，可設(shè)有指令切換單元，在瞬停發(fā)生時將一次角頻率也切換成零狀態(tài)，由于可以消除相位指令信號θ的不連續(xù)，所以可獲得與本發(fā)明同樣效果。
又，在本發(fā)明中，對將交流電動機9的勵磁電流及轉(zhuǎn)矩電流分別獨立進行控制并進行向量控制的可變速控制裝置作了說明，但進行V/f固定控制的可變速控制裝置中，在瞬停再啟動時將交流電動機的勵磁電流及轉(zhuǎn)矩電流分別獨立進行控制，若計算一次電流且交流電動機的磁通上升時，則本發(fā)明可以完全同樣的方式工作。
其次，對于本發(fā)明的第三實施例加以說明。圖5是顯示本發(fā)明中的交流電動機的控制裝置的第三實施例的構(gòu)成方框圖。本實施例形態(tài)中的交流電動機的控制裝置，具有電力變換器201，交流電動機202，電流檢測器203，電流座標變換電路204，轉(zhuǎn)矩電流控制電路205，勵磁電流電路206，相位計算電路207，V/f變換電路208，輸出電壓計算電路209，開關(guān)模型產(chǎn)生電路210，瞬停再啟動控制電路211，及速度估算電路212。電力變換器201，由電力元件將用以變換三相交流的直流電壓由PWM控制系統(tǒng)變換成任意的頻率f1及電壓的交流，并加到交流電動機202。電流檢測器203，檢測加到交流電動機202的電流。
電流座標變換電路204，由電流檢測器203將被檢測的電流分離成轉(zhuǎn)矩電流檢測值1qfb及勵磁電流檢測值idfb。
轉(zhuǎn)矩電流控制電路205，算出第1q軸電壓指令值V′qref使給定的轉(zhuǎn)矩電流指令值iqref及前述轉(zhuǎn)矩電流檢測值iqfb一致。
勵磁電流控制電路206，算出d軸電壓指令值Vdref，使給定的勵磁電流指令值idref及前述勵磁電流檢測值idfb一致。
相位計算電路207，通過對給定的頻率f1的積分而算出相位θ。
V/f變換電路208，從給定的頻率f1，算出對應(yīng)于交流電動機產(chǎn)生的電壓的電壓e。
輸出電壓計算電路209，將轉(zhuǎn)矩電流控制電路205輸出的第1q軸電壓指令值V′qref及以前述V/f變換電路208輸出的電壓e求和，并算出第2q軸電壓指令值Vqref，由第2q軸電壓指令值Vqref及前述d軸電壓指令值Vdref，輸出電壓指令值Vlref及其電壓相位θv。
開關(guān)模型產(chǎn)生電路210，從將輸出電壓指令值Vlref及電壓相位θv與相位θ求和的電力變換器輸出相位θdeg，以確定電力變換器1的開關(guān)模型。
瞬?？刂齐娐?11，檢測到瞬時停電之后，在電源復(fù)原進行再啟動時或使工作指令被輸入并啟動時，控制電力變換器201以正常工作。
速度估算電路212，是用于估算自由運轉(zhuǎn)狀態(tài)的交流電動機2的速度fr的電路。
下面，在用以說明瞬停發(fā)生時的再啟動的工作原理之前，使用圖6的剩余電壓的軌跡及電壓指令及相位的關(guān)系，說明用于估算自由運轉(zhuǎn)狀態(tài)的交流電動機202的速度的方法。在正常工作期間瞬停時自由運轉(zhuǎn)狀態(tài)的交流電動機202，產(chǎn)生剩余電壓，而其電壓的軌跡系如圖6的左圖以交流電動機202的旋轉(zhuǎn)速度進行旋轉(zhuǎn)。因此，在與交流電動機202的狀態(tài)無關(guān)電力變換器201開始工作時，交流電動機202及電力變換器201之間有電流流動?？墒牵羰菇涣麟妱訖C202的剩余電壓及電力變換器201的輸出電壓的幅度、相位、頻率一致，則電流流動消失。為了將流動于電力變換器201及交流電動機202之間的電流為零，則將轉(zhuǎn)矩電流指令值iqref及勵磁電流指令值idref及頻率f1設(shè)定為零，并以轉(zhuǎn)矩電流控制電路205，勵磁電流控制電路206，使流動于交流電動機的轉(zhuǎn)矩電流指令值iqref及勵磁電流檢測值idfb分別控制成與指令值一致。將此稱為電流控制。在零電流控制時的轉(zhuǎn)矩電流控制電路205、勵磁電流控制電路206的輸出的第1q軸電壓指令值V′qref，d軸電壓指令值Vdref，系如圖6(b)上側(cè)圖形成與交流電動機202的旋轉(zhuǎn)速度一致的頻率f1的正弦電壓指令值。
將頻率f1設(shè)定為零，則由相位計算電路207輸出的相位θ被固定，且由V/f變換電路208輸出的電壓Eref變?yōu)榱恪?br> 輸出電壓計算電路209，將第1q軸電壓指令值V′qref及d軸電壓指令值Vdref作為輸入，并輸出電壓指令值Vlref及其電壓相位θv。輸出電壓指令值Vlref表示剩余電壓的幅度，而電壓相位θv表示剩余電壓的相位。
因此，如圖6(b)下側(cè)圖，將剩余電壓的相位的時間變化，以每固定時間進行一次測定，速度估算電路212測定剩余電壓的頻率。由于剩余電壓的頻率與交流電動機202的旋轉(zhuǎn)速度一致，因此可以估算出自由運轉(zhuǎn)狀態(tài)的交流電動機202的旋轉(zhuǎn)速度。圖6可認為是對使交流電動機進行正轉(zhuǎn)時的情形，但交流電動機進行反轉(zhuǎn)時，則同樣可認為僅使剩余電壓的相位的旋轉(zhuǎn)方向不同。將此示于圖7。如此，若測量剩余電壓，則包括交流電動機的旋轉(zhuǎn)方向，可估算旋轉(zhuǎn)速度。
下面，說明發(fā)生瞬停后在復(fù)電時進行再啟動的工作。在交流電動機202運轉(zhuǎn)中發(fā)生瞬停時，則電力變換器201停止運轉(zhuǎn)，而交流電動機202處于自由運轉(zhuǎn)狀態(tài)。當(dāng)電源復(fù)位后，使電力變換器201在可工作狀態(tài)工作，瞬停再啟動電路211迫使轉(zhuǎn)矩電流指令值iqref及勵磁電流指令值idref及頻率f1歸零。然后，進行零電流控制，輸出能由輸出電壓計算電路209的輸出電壓中算出交流電動機202剩余電壓的幅度及相位的輸出電壓指令值Vlref及其電壓相位θv。
瞬停再啟動控制電路211，在輸出電壓計算電路209輸出的輸出電壓指令值Vlref比被任意設(shè)定的電平大時，則將電壓相位θv輸入，速度估算電路212控制輸出的交流電動機旋轉(zhuǎn)速度的估算值fr。
當(dāng)輸出電壓計算電路209輸出的輸出電壓指令值Vlref比任意設(shè)定的電平小時，由于交流電動機202停止或以低速度進行旋轉(zhuǎn)，因此不能判斷輸出電壓指令值Vlref變小，或交流電動機高速度進行旋轉(zhuǎn)，但剩余電壓變小，因為瞬停時間比交流電動機的二次常數(shù)更長。因此，瞬停再啟動控制電路211使任意電平的直流電流流動任意的時間并再次勵磁，再次進行零電流控制，從輸出電壓計算電路209中算出作為交流電動機202的剩余電壓的幅度及相位的輸出電壓指令值Vlref及其電壓相位θv。
然后，當(dāng)輸出電壓計算電路209的輸出的輸出電壓指令值Vlref比任意設(shè)定的電平大時，瞬停再啟動控制電路211則將電壓相位θv作為輸入，控制速度估算電路212，輸出交流電動機的旋轉(zhuǎn)速度的估算值fr。
在進行再勵磁后，當(dāng)輸出電壓計算電路209輸出的輸出電壓指令值Vlref比任意設(shè)定電平小時，瞬停再啟動控制電路211則將電壓相位θv作為輸入，控制速度估算電路212，以判斷交流電動機處于停止。如上所述，瞬停再啟動管理電路211觀察從輸出電壓計算電路209輸出的輸出電壓指令值Vlref，使速度估算電路212將交流電動機的速度作為估算值的輸出值，停止零電流控制，進入正常工作狀態(tài)。由零電流控制狀態(tài)變到正常工作時，僅使頻率f1一致用以啟動電力變換器201，在交流電動機中會有過大的電流流動，因此有可能不能進行平穩(wěn)的啟動。為了防止這種情況，使零電流控制中的剩余電壓的幅度及相位甚至從零電流變到正常控制的瞬間也連續(xù)。瞬停再啟動控制電路211使初始值設(shè)定為電力變換器輸出電壓指令值Vlref及電力變換器輸出相位θdeg及輸出頻率f1。
電路變換器的輸出電壓指令值Vlref在零電流控制中由輸出電壓計算電路209設(shè)定所算出的輸出電壓指令值Vlref。于此，由零電流控制測定的剩余電壓就是交流電動機202感生的電壓e，作為V/f變換器208的輸出電壓Eref的初始值，在零電流控制中由輸出電壓計算電路209計算輸出電壓指令值Vlref。輸出頻率f1的初始值設(shè)定由速度估算電路212輸出的交流電動機202的旋轉(zhuǎn)速度的估算值fr。
在正常工作狀態(tài)，盡管在交流電動機202磁通的相位的基礎(chǔ)上控制電力變換器輸出相位θdeg，但在零電流控制中由于輸出交流電動機202感生的電壓e的相位，所以在正轉(zhuǎn)時超前90度相位，在反轉(zhuǎn)時遲后90度相位。因此，電力變換器輸出相位θdeg的初始值，在從零電流控制的最后的相位根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向校正90度相位之后，速度估算電路212輸出的交流電動機202的旋轉(zhuǎn)速度的估算值fr校正相位的超前量。
當(dāng)V/f變換器208的輸出電壓Eref的初始值，比交流電動機202的正常感生的電壓小時，瞬停再啟動控制電路211則使V/f變換器208的輸出電壓Eref的初始值慢慢增加，直到與正常感生電壓相對應(yīng)。在上述工作進行終了，由于工作變?yōu)檎?，所以瞬停再啟動控制電?11的工作就完了。
又，圖8是本發(fā)明中的交流電動機的控制裝置第4實施例結(jié)構(gòu)方框圖。本實施例中的電動機的控制裝置包括電力變換器201、交流電動機202、電流檢測器203、電流座標變換電路204、轉(zhuǎn)矩電流控制電路205、勵磁電流控制電路206、相位計算電路207、V/f變換電路208、輸出電壓計算電路209、開關(guān)模型產(chǎn)生電路210、瞬停再啟動控制電路211和速度估算電路212B。在第4實施例中，由于與第3實施例大致相同，所以省略說明。第3實施例的速度估算電路212A及第4實施例的速度估算電路212B，除輸入不同，其余功能相同。
下面，描述圖9的交流電動機使用給定的d軸電壓時的電流檢測值的變化，用于估算無剩余電壓時的自由運轉(zhuǎn)狀態(tài)的交流電動機202的速度的方法。在瞬停時自由工作狀態(tài)的交流電動機202會產(chǎn)生剩余電壓，當(dāng)瞬停時間比交流電動機的2次電路時間常數(shù)更長時，則會使剩余電壓消失。在該情形下，在第3實施例不能用來估算出交流電動機的速度。因此，第4實施例中，在自由工作中的交流電動機中有勵磁電流流動，當(dāng)磁通上升時測出轉(zhuǎn)子中流動的二次電流的頻率f1，并估算交流電動機的速度。
首先，為了將交流電動機進行勵磁，將勵磁電流指令值idref設(shè)定一個值，在轉(zhuǎn)矩電流指令設(shè)定為零，勵磁電流控制電路206使勵磁電流檢測值idfb與勵磁電流指令值idref一致。為了取得電動機速度信息轉(zhuǎn)矩電流控制電路205不進行控制。假如，若使電動機處在停止?fàn)顟B(tài)下，由于d軸必要的電壓是一次電阻壓降，所以將一次電阻壓降給d軸電壓指令Vd*作為初始值，而q軸電壓指令Vq為零。由于不知交流電動機的速度，所以也將頻率定為零。這相當(dāng)于將任意的相位賦予直流電壓指令Vdref。此時，使交流電動機2旋轉(zhuǎn)，則轉(zhuǎn)矩電流檢測值iqfb如圖9進行變化。轉(zhuǎn)矩電流檢測值iqfb的頻率與自由工作中的交流電動機202的速度一致。當(dāng)測出該轉(zhuǎn)矩電流檢測值iqfb的頻率后，就測出交流電動機202的速度。
圖9考慮到交流電動機進行正轉(zhuǎn)的情形，但交流電動機進行反轉(zhuǎn)時，勵磁電流檢測值idfb與轉(zhuǎn)矩電流檢測值iqfb的相位的關(guān)系不同。這將于圖10示出。
如此，在正轉(zhuǎn)的情形下，勵磁電流檢測值idfb比轉(zhuǎn)矩電流檢測值iqfb更超進，而反轉(zhuǎn)時，使勵磁電流檢測值idfb比轉(zhuǎn)矩電流檢測值iqfb更落后。如此，當(dāng)外加直流電壓時，包括交流電動機旋轉(zhuǎn)方向的轉(zhuǎn)速可推定出來。
使電動機的自由運轉(zhuǎn)速度低的情形下，由于勵磁電流檢測值idfb幾乎不會產(chǎn)生振幅，所以僅以該方法不能檢測旋轉(zhuǎn)方向。但是，當(dāng)電動機在進行旋轉(zhuǎn)時，在轉(zhuǎn)矩電流檢測值iqfb中有正弦信號出現(xiàn)。在正轉(zhuǎn)時，使正弦信號由180度相位開始，在反轉(zhuǎn)時由0相位開始。如此，根據(jù)相位的開始方式，可測出旋轉(zhuǎn)方向。
下面描述發(fā)生瞬停后復(fù)電進行再啟動的情形。將交流電動機202在運轉(zhuǎn)中發(fā)生瞬停，則電力變換器201將停止工作，而交流電動機202形成自由運轉(zhuǎn)狀態(tài)。使電源恢復(fù)，且電力變換器201變成可運轉(zhuǎn)的狀態(tài)時，瞬停再啟動電路211將轉(zhuǎn)矩電流指令值iqref及勵磁電流指令值idref及頻率f1強制歸零。然后，進行零電流控制，由輸出電壓計算電路209計算出作為交流電動機202的剩余電壓的幅度及相位的輸出電壓指令值Vlref及其電壓相位θv。
當(dāng)輸出電壓計算電路209輸出的輸出電壓指令值Vlref比被任意設(shè)定的電壓電平小時，交流電動機202停止或以低速旋轉(zhuǎn)則瞬停再啟動控制電路211難于判定輸出電壓指令值Vlref是否小，或盡管交流電動機以高速旋轉(zhuǎn)，由于瞬停時間比交流電動機的二次時間常數(shù)更長，則難于判定剩余電壓是否上升。因此，當(dāng)瞬停再啟動控制電路211，以任意設(shè)定時間外加任意電平的直流電壓，則有直流電流的流動，并將勵磁電流檢測值idfb及轉(zhuǎn)矩電流檢測值iqfb輸入到速度估算電路212B，并由前述方法輸出交流電動機的旋轉(zhuǎn)速度的估算值。當(dāng)速度推定電路212B輸出交流電動機的速度估算值時，瞬停再啟動控制電路211則停止外加直流電壓，并進入通常運轉(zhuǎn)狀態(tài)。當(dāng)由直流電壓外加狀態(tài)轉(zhuǎn)到通常運轉(zhuǎn)時，則與速度估算電路212B輸出的速度估算值對應(yīng)的頻率f1設(shè)定到電力變換器201上，但當(dāng)交流電機由與交流電動機的旋轉(zhuǎn)速度的感生的電壓指令啟動時，則在交流電動機上使過大的電流流動，有可能使啟動不能平穩(wěn)進行。為了防止此情況，瞬停再啟動控制電路211，使V/f變換器208的輸出電壓慢慢增加，直到它對應(yīng)于交流電動機202的正常感生電壓為止。
在上述的實施例中，認為僅有勵磁電流控制電路206在工作，然僅而使轉(zhuǎn)矩電流控制電路205進行工作也可，不使任何電流控制電路工作也可。又，將直流電壓指令設(shè)定于q軸方向也可。
其次，參照附圖描述本發(fā)明第5實施例。圖11是本發(fā)明中的交流電動機的控制裝置的第5實施例構(gòu)成方框圖。在本實施例中的電動機的控制裝置具有電力變換器201，交流電動機202，電流檢測器203，電流座標變換電路204，轉(zhuǎn)矩電流控制電路205，勵磁電流控制電路206，相位計算電路207，V/f變換電路208，輸出電壓計算電路209，，開關(guān)模型產(chǎn)生電路210，瞬停再啟動控制電路211，速度估算電路212。
電力變換器201由電力元件變換成三相交流的直流電壓經(jīng)PWM控制系統(tǒng)變換成任意頻率和電壓的交流，并加給交流電動機202。
電流檢測器203檢測加給交流電動機202的電流。電流座標變換電路204將電流檢測器203檢測的電流分離成轉(zhuǎn)矩電流檢測值iqfb及勵磁電流檢測值idfb。轉(zhuǎn)矩電流控制電路205計算第1q軸電壓指令值Vqref，使給定的轉(zhuǎn)矩電流指令值iqref及轉(zhuǎn)矩電流檢測值iqfb一致。
勵磁電流控制電路206計算d軸電壓指令值Vdref使給定的勵磁電流指令值idref及勵磁電流檢測值idfb一致。相位計算電路207，由給定頻率f1的積分計算出相位。
V/f變換電路208從給定的頻率f1中計算對應(yīng)于交流電動機感生電壓的電壓Eref。
輸出電壓計算電路209轉(zhuǎn)矩電流控制電路2 05輸出的第1q軸電壓指令值Vqref與V/f變換電路208輸出的電壓Eref相加，并計算第2q軸電壓指令值Vqref，從第2q軸電壓指令值Vqrefe及d軸電壓指令值Vdref，輸出輸出電壓指令值Vlref及電壓相位θv。
開關(guān)模型產(chǎn)生電路210，從輸出電壓指令值Vlref及電壓相位θv的和值的電力變換器輸出相位θdeg中確定電力變換器201的開關(guān)模式。
當(dāng)電源恢復(fù)后再啟動時，或輸入工作指令后電機啟動時，瞬停再啟動控制電路211，在檢測到瞬時停電之后，控制電力變換器201，這樣，就可正常工作。
速度估算電路212是用于估算自由運轉(zhuǎn)狀態(tài)下的交流電動機速度fr的電路。
下面說明，用在圖12的交流電動機上給定d軸電壓時的電流檢測值的變化，估算無剩余電壓時的自由運轉(zhuǎn)狀態(tài)的交流電動機202的速度的方法。在自由運轉(zhuǎn)狀態(tài)下的瞬停使交流電動機202產(chǎn)生剩余電壓，但當(dāng)瞬停時間比交流電動機的2次電路時間常數(shù)更長時，則會使剩余電壓消失。因此，在第2實施例中，勵磁電流流到在自由運轉(zhuǎn)中的交流電動機上，當(dāng)磁通上升時，測到轉(zhuǎn)子中流動的二次電流的頻率從而可以估算交流電動機的速度。
首先，為了將交流電動機勵磁，將某個設(shè)定值加給勵磁電流指令值idref，轉(zhuǎn)矩電流指令iqref對應(yīng)設(shè)定為零，勵磁電流控制電路206使勵磁電流檢測值idfb僅與被設(shè)定時期的勵磁電流指令idref一致。之后改變勵磁電流指令值idref的符號及大小，以控制被設(shè)定的時間。為了取得馬達速度信息，轉(zhuǎn)矩電流控制電路205不進行控制。d軸電壓指令值Vdref及q軸電壓指令值Vqref歸零。由于不知交流電動機的速度，所以也將頻率歸零。此時，當(dāng)交流電動機202進行旋轉(zhuǎn)時，則轉(zhuǎn)矩電流檢測值iqfb如圖12所示變化。當(dāng)勵磁電流指令的符號為負的情形下，勵磁電流檢測值idfb為其相位由0度開始進行變化的正弦波，而當(dāng)勵磁電流指令的符號在正的情形下，則轉(zhuǎn)矩電流檢測值iqfb為其相位由180度開始變化的正弦波。該轉(zhuǎn)矩電流檢測值iqfb的正弦波的頻率與自由運轉(zhuǎn)中的交流電動機202的速度一致。通過測量轉(zhuǎn)矩電流檢測值iqfb的頻率，可檢測交流電動機202的速度。
圖12考慮交流電動機202進行正轉(zhuǎn)的情形，但交流電動機202進行反轉(zhuǎn)時，則可取得如圖13的波形。如上所述，當(dāng)勵磁電流指令idref的符號為正時，則在正轉(zhuǎn)的情形下轉(zhuǎn)矩電流檢測值iqfb的相位由0度開始，在反轉(zhuǎn)的情形下，由180度的相位開始。如上所述，控制給定的勵磁電流指令idref，包括交流電動機202的旋轉(zhuǎn)方向，可估算出旋轉(zhuǎn)速度。
下面描述在發(fā)生瞬停后復(fù)電再啟動時的工作。
在交流電動機202運轉(zhuǎn)中發(fā)生瞬停時，電力變換器201停止工作，而交流電動機202成自由運轉(zhuǎn)狀態(tài)。當(dāng)電源進行復(fù)位，電力變換器201成可運轉(zhuǎn)狀態(tài)，則使瞬停再啟動控制電路211將轉(zhuǎn)矩電流指令值iqfef及勵磁電流指令值idref及頻率f1強制歸零。然后，實施零電流控制，由輸出電壓計算電路209算出交流電動機202剩余電壓的大小及相位的輸出電壓指令值Vlref及電壓相位θv。在輸出電壓計算電路209輸出的輸出電壓指令值Vlref比任意設(shè)定的電壓電平小時，由于交流電動機202停止或以低速度進行旋轉(zhuǎn)，所以瞬停再啟動控制電路211不能判定輸出電壓指令值Vlref變小，或雖然交流電動機以高速度進行旋轉(zhuǎn)，但由于瞬停時間比交流電動機202的二次時間常數(shù)更長而使瞬停再啟動控制電路211不能判定剩余電壓變小。因此，瞬停再啟動管理電路211，以任意設(shè)定的時間，將勵磁電流指令值idref加給直流電流指令，改變直流電流指令的符號及大小并進行電流控制，將轉(zhuǎn)矩電流檢測值iqfb輸入到速度估算電路212，由前述的方法輸出交流電動機202旋轉(zhuǎn)速度的估算值。
瞬停再啟動控制電路211，在經(jīng)過任意設(shè)定的時間后，則使電流控制停止，并且由于速度估算電路212輸出交流電動機202的速度估算值，所以進入通常運轉(zhuǎn)狀態(tài)。當(dāng)由直流電壓外加狀態(tài)變到通常運轉(zhuǎn)時，在電力變換器201中設(shè)定與速度估算電路212輸出的速度估算值對應(yīng)的頻率，但當(dāng)給定與交流電機的轉(zhuǎn)速對應(yīng)的感生電壓之電壓指令并啟動時，則有可能使交流電動機202中流動過大的電流，有可能使啟動不能平穩(wěn)進行。為了防止此情況，瞬停再啟動控制電路211，使V/f變換器208的輸出電壓慢慢增加，直到其對應(yīng)于交流電動機202的正常感生的電壓。
上述實施例，僅考慮勵磁電流控制電路206的工作，但僅使轉(zhuǎn)矩電流控制電路205工作也可，而使任何的電流控制電路都不工作也可。
又，給定勵磁電流指令值idref并不控制電流，但當(dāng)外加直流電壓時，也因為發(fā)生同樣的現(xiàn)象，所以可檢測速度估算值及旋轉(zhuǎn)方向。
又，完全無剩余電壓時，則勵磁電流指令值idref僅在1方向也可，但當(dāng)有剩余電壓時可由剩余電壓的大小及相位計算，因為從第1次的勵磁電流指令值idref改變中可檢測馬達速度，但旋轉(zhuǎn)方向是在第二次勵磁電流指令值idref中檢測的。
又，當(dāng)馬達速度高的情形下，在正轉(zhuǎn)時勵磁電流檢測值idfb比轉(zhuǎn)矩電流檢測值iqfb更超前，而反轉(zhuǎn)時勵磁電流檢測值iqfb比轉(zhuǎn)矩電流檢測值更滯后，利用此狀況也可以檢測旋轉(zhuǎn)方向。
又，描述了將流動于交流電動機202中的電流分成轉(zhuǎn)矩電流及勵磁電流，并分別獨立進行控制，以進行向量控制，但在進行V/f固定控制的電力變換裝置中，在瞬停再啟動時將流動于交流電動機中的電流分成轉(zhuǎn)矩電流及勵磁電流，分別附加進行獨立控制的電流控制電路，也可以實現(xiàn)本發(fā)明的全部相同的處理。又，在上述實施例中以瞬停再啟動時的工作作了說明，但長時間使交流電動機在自由運轉(zhuǎn)狀態(tài)下進行啟動時，也以同樣的方式實現(xiàn)本發(fā)明的方法。
若實現(xiàn)此方法時，在交流電動機中不管有無剩余電壓，都可用于估算交流電動機的速度，所以在瞬停再啟動時具有迅速且平穩(wěn)進行再運轉(zhuǎn)的優(yōu)點。
〔工業(yè)實用性〕如以上說明，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)交流電動機在自由運轉(zhuǎn)時將交流電動機的電流歸零以強制性進行電流控制，此時使用電流控制部輸出根據(jù)進行計算的輸出電壓指令信號，求出交流電動機的剩余電壓的相位及角速度，所以使剩余電壓的相位及角速度可得以精確測定，在瞬停再啟動時具有迅速且平穩(wěn)進行再運轉(zhuǎn)的效果。又，求出剩余電壓的相位及角速度時，在保持電路中保持事前的速度信號并從加有相位指令信號的值中求出剩余電壓的相位及角速度，所以使相位指令信號的連續(xù)性得以保持，以防止機械性的沖擊，或可變速控制裝置的跳閘的發(fā)生，從而可平穩(wěn)地再運轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求
1.一種交流電動機的控制方法，其特征在于具有電力變換器用以輸出電力到交流電動機，并具備電流控制部，根據(jù)電流指令信號及電力變換器的輸出電流檢測信號的偏差信號，控制電力變換器的輸出電流，當(dāng)交流電動機在自由運轉(zhuǎn)狀態(tài)時，將交流電動機的電流強迫歸零，以強迫將電流指令信號歸零而進行電流控制，在由電流控制部輸出算出的輸出電壓指令信號基礎(chǔ)上，求出交流電動機的剩余電壓的大小及相位及角速度。
2.如權(quán)利要求1的交流電動機的控制方法，其中，當(dāng)根據(jù)輸出電壓指令信號求出交流電動機的剩余電壓的大小及相位及角速度時，提供一信號保持裝置，從交流電動機進行自由運轉(zhuǎn)之前的相位指令信號及輸出電壓指令信號的相位信號的和值中求出剩余電壓的大小及相位及角速度。
3.一種交流電動機的控制方法，以電力變換器輸出任意的電力到交流電動機，以電流檢測電路檢測被加到電動機上的電流，以電流控制電路進行控制，使給定的電流指令與電流檢測電路檢測的電流檢測值一致，由電流控制電路輸出的電壓指令中確定電力變換器的開關(guān)，其特征在于啟動控制電路進行控制，以在啟動時電力變換器正常運轉(zhuǎn)，并由速度估算電路估算處于自由運轉(zhuǎn)狀態(tài)的交流電動機的速度。
4.如權(quán)利要求3的交流電動機的控制方法，其中啟動管理電路，強制性的將電流指令歸零，并由電流控制電路，將電流檢測值歸零以算出電壓指令，并由電壓指令的時間變化，使速度估算電路估算出交流電動機的速度。
5.如權(quán)利要求3的交流電動機的控制方法，其中啟動管理電路強制性的將電流指令歸零，并由電流控制電路，將電流檢測值歸零以算出電壓指令，當(dāng)其電壓電平比被設(shè)定的電壓電平更低時，在將電流指令由零將被設(shè)定電平的直流電流指令施加設(shè)定時間后，再度強制性的將電流指令歸零，由電流控制電路，將電流檢測值歸零以算出電壓指令，使速度估算電路估算交流電動機的速度。
6.如權(quán)利要求3的交流電動機的控制方法，其中啟動控制電路強制性的將電流指令歸零，并由電流控制電路，將電流檢測值歸零以算出電壓指令，當(dāng)其電壓電平比被設(shè)定的電壓電平更低時，在將電流指令由零將被設(shè)定電平的直流電流指令施加設(shè)定的時間后，再度強制性的將電流指令歸零，由電流控制電路，甚至在將電流檢測值歸零以算出電壓指令。且當(dāng)其電壓電平比被設(shè)定的電壓電平更低時，則由速度估算電路估算出交流電動機已停止。
7.如權(quán)利要求1～6中任何一項的交流電動機的控制方法，其中啟動管理電路強制性的將電流指令歸零，并由電流控制電路，將前述電流檢測值歸零以算出電壓指令，并由電壓指令的時間變化，使速度估算電路，將估算的交流電動機的速度及電壓指令的大小及相位作為初期值以啟動交流電動機。
8.如權(quán)利要求1～6中任何一項的交流電動機的控制方法，其中啟動控制電路強制性的將電流指令歸零，并由電流控制電路，將電流檢測值歸零以算出電壓指令，并由電壓指令的時間變化，使速度推定電路，將估算的交流電動機的速度及電壓指令的大小及相位作為初期值以啟動交流電動機時，使電力變換器輸出的電壓指令的大小慢慢增加，直到變?yōu)榕c交流電動機的速度形成相應(yīng)于正常感生電壓的電壓電平為止。
9.一種交流電動機的控制裝置，其具有電力變換器，用以輸出任意的電力到交流電動機；電流檢測電路，用以檢測被供給到電動機的電流；電流控制電路，使給定的電流指令與電流檢測電路檢測的電流檢測值一致；及由電流控制電路輸出的電壓指令中決定電力變換器的開關(guān)信號，其特征在于具有啟動控制電路；及速度估算電路，用以估算自由運轉(zhuǎn)狀態(tài)的交流電動機的速度。
10.如權(quán)利要求9的交流電動機的控制裝置，其中啟動控制電路強制性的將電流指令歸零，并由電流控制電路，將電流檢測值歸零以算出電壓指令，并由電壓指令的時間變化，使速度估算電路估算出交流電動機的速度。
11.如權(quán)利要求9的交流電動機的控制裝置，其中啟動控制電路強制性的將電流指令呈零狀態(tài)，并由電流控制電路，將電流檢測值歸零以算出電壓指令，當(dāng)其電壓電平比被設(shè)定的電壓電平更低時，在將電流指令由零將被設(shè)定的電平的直流電流指令施加設(shè)定的時間后，再度強制性的將電流指令歸零，由電流控制電路，將電流檢測值歸零以算出電壓指令，使速度估算電路估算出交流電動機的速度。
12.如權(quán)利要求9的交流電動機的控制裝置，其中啟動管理電路強制性的將電流指令歸零，并由電流控制電路，將電流檢測值歸零以算出電壓指令，當(dāng)其電壓電平比被設(shè)定的電壓電平更低時，在將電流指令由零將被設(shè)定的電平的直流電流指令施加設(shè)定的時間后，再度強制性的將電流指令歸零，由電流控制電路，甚至在電流檢測值歸零以算出電壓指令時，其電壓電平比被設(shè)定的電壓電平更低時，則速度估算電路估算出交流電動機已停止。
13.如權(quán)利要求9的交流電動機的控制裝置，其中啟動控制電路強制性的將電流指令歸零，并由電流控制電路，將電流檢測值歸零以算出電壓指令，并由電壓指令的時間變化，使速度推定電路，將估算的交流電動機的速度及電壓指令的大小及相位作為初始值以啟動交流電動機。
14.如權(quán)利要求9的交流電動機的控制裝置，其中啟動控制電路強制性的將電流指令歸零，并由電流控制電路，將電流檢測值歸零以算出電壓指令，并由電壓指令的時間變化，在速度推定電路將估算的交流電動機的速度及電壓指令的大小及相位作為初始值以啟動交流電動機時，使電力變換器輸出的電壓指令的大小慢慢增加，直到成為與交流電動機的速度形成對應(yīng)的正常感生電壓的電壓電平為止。
15.如權(quán)利要求3的交流電動機的控制方法，其中啟動控制電路強制性的將電流指令歸零，并由電流控制電路，將電流檢測值歸零以算出電壓指令，當(dāng)電壓指令比被設(shè)定的電壓電平更大時，則由電壓指令相位的時間變化，使速度估算電路估算出交流電動機的速度，并作為用以啟動電力變換器時的初始值，設(shè)定對應(yīng)于交流電機速度估算值的電壓指令的大小及相位及頻率，并進行啟動。
16.一種交流電動機的控制方法，其特征在于具有電力變換器用以輸出電力到交流電動機，并具備電流控制部，根據(jù)電流指令信號及電力變換器的輸出電流檢測信號的偏差信號，控制電力變換器的輸出電流，當(dāng)交流電動機在自由運轉(zhuǎn)狀態(tài)時，在設(shè)定時間內(nèi)將任意的直流電流加給交流電動機，以檢測出現(xiàn)于電力變換器上的輸出電流檢測信號的頻率成分，并由該頻率成分估算交流電動機的速度。
17.如權(quán)利要求3的交流電動機的控制方法，其中啟動控制電路強制性的將電流指令歸零，并由電流控制電路，將電流檢測值歸零以算出電壓指令，當(dāng)其電壓電平比被設(shè)定的電壓電平更低時，將電流指令值由零將被設(shè)定電壓電平的直流電流指令或設(shè)定電平的直流電壓指令施加設(shè)定的時間，并使速度估算電路檢測出現(xiàn)于電流檢測值中的頻率成分，將該頻率成分估算為交流電動機的速度，作為啟動電力變換器時的初始值，用以設(shè)定對應(yīng)于交流電動機的速度估算值的頻率，并進行啟動。
18.如權(quán)利要求3的交流電動機的控制方法，其中啟動控制電路強制性的將電流指令歸零，并由電流控制電路，將電流檢測值歸零以算出電壓指令，當(dāng)電壓指令比被設(shè)定的電壓電平更低時，將電流指令值由零變更成被設(shè)定的電平的直流電流指令，并施加設(shè)定的時間，之后變更電流指令的符號及大小，施加設(shè)定的時間，其特征在于此時，速度估算電路檢測出現(xiàn)于電流檢測值中的頻率成分，將該頻率成分估算為交流電動機的速度，作為啟動電力變換器時的初始值，用以設(shè)定對應(yīng)于交流電動機的速度估算值的頻率，并進行啟動。
19.如權(quán)利要求3的交流電動機的控制方法，其中啟動控制電路強制性的將電流指令歸零，并由電流控制電路，將電流檢測歸零以算出電壓指令，當(dāng)電壓指令比被設(shè)定的電壓電平更低時，停止進行電流控制，在任意的方向?qū)⒅绷麟妷褐噶钍┘釉O(shè)定的時間，之后與前述直流電壓的指令方向在變更180°相位的方向加上任意大小的電流指令，在設(shè)定的時間上再度進行電流控制，其特征在于此時，速度估算電路檢測出現(xiàn)在電流檢測值中的頻率成分，將該頻率成分估算為交流電動機的速度，作為啟動電力變換器時的初始值，用以設(shè)定對應(yīng)于交流電動機速度估算值的頻率。
20.如權(quán)利要求9的交流電動機的控制裝置，其中啟動控制電路強制性的將電流指令歸零，并由電流控制電路，將電流檢測值歸零以算出電壓指令，當(dāng)電壓指令比被設(shè)定的電壓電平更大時，則由電壓指令的相位的時間變化，使速度估算電路估算出交流電動機的速度，并作為啟動電力變換器時的初始值，用以設(shè)定對應(yīng)于交流電動機速度估算值的電壓指令的大小及相位及頻率，并進行啟動。
21.如權(quán)利要求9的交流電動機的控制裝置，其中啟動控制電路強制性的將電流指令歸零，并由電流控制電路，將電流檢測值歸零以算出電壓指令，當(dāng)其電壓電平比被設(shè)定的電壓電平更低時，則將電流指令值由零將被設(shè)定電平的直流電流指令或設(shè)定電平的直流電壓指令施加設(shè)定時間，并使速度估算電路檢測出現(xiàn)于電流檢測值中的頻率成分，將頻率成分估算為交流電動機的速度，作為啟動電力變換器的初始值，用以設(shè)定對應(yīng)于交流電動機的速度估算值的頻率，并進行啟動。
22.如權(quán)利要求9的交流電動機的控制裝置，其中啟動控制電路強制性的將電流指令歸零，并由電流控制電路，將電流檢測值歸零以算出電壓指令，當(dāng)電壓指令比被設(shè)定的電壓電平更低時，則電流指令值由零變更成被設(shè)定的電平，并施加設(shè)定的時間，之后變更電流指令的符號及大小，并施加設(shè)定的時間，其特征在于此時，速度估算電路檢測出現(xiàn)在電流檢測值中的頻率成分，將該頻率成分估算為交流電動機的速度，作為啟動電力變換器時的初始值，設(shè)定對應(yīng)于交流電動機的速度估算值的頻率，并進行啟動。
23.如權(quán)利要求9的交流電動機的控制裝置，其中啟動控制電路強制性的將電流指令歸零，并由電流控制電路，將電流檢測值歸零以算出電壓指令，當(dāng)電壓指令比被設(shè)定的電壓電平更低時，則停止電流控制，在任意的方向?qū)⒅绷麟妷褐噶钍┘釉O(shè)定的時間，之后與直流電壓的指令方向在變更180°相位的方向加上任意大小的電流指令，在設(shè)定的時間內(nèi)再度進行電流控制，其特征在于此時，速度估算電路檢測出現(xiàn)在電流檢測值中的頻率成分，將該頻率成分估算為交流電動機的速度，作為啟動電力變換器時的初始值，設(shè)定對應(yīng)于交流電動機的速度估算值的頻率，并進行啟動。
全文摘要
一種交流電動機的控制方法,在瞬間停止復(fù)電后以良好精確度測定交流電動機的剩余電壓的相位及角速度,可迅速且平穩(wěn)地再運轉(zhuǎn)。用電力變換器(1)輸出電力到交流電動機(9),電流控制部,根據(jù)電流指令信號idref,iqref及電力變換器輸出電流檢測信號idfb,iqfb的偏差信號,控制電力變換器的輸出電流,使交流電動機在自由運轉(zhuǎn)狀態(tài)時,將交流電動機的電流歸零以強制性的由瞬停再啟動控制電路(11)將電流指令信號歸零以進行電流控制,用此時電流控制部的輸出依據(jù)計算的輸出電壓指令信號,求出交流電動機的剩余電壓的大小、相位及角速度,進行復(fù)電后的再啟動。
文檔編號H02P21/00GK1375125SQ00813144
公開日2002年10月16日 申請日期2000年9月13日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月21日
發(fā)明者井浦英昭, 山本陽一, 川地智洋 申請人:株式會社安川電機