專利名稱：電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種進(jìn)行無(wú)傳感器正弦波驅(qū)動(dòng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的這種電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置中，通過(guò)省掉轉(zhuǎn)子位置傳感器進(jìn)行無(wú)傳感器正弦波驅(qū)動(dòng)，可以降低電機(jī)的振動(dòng)及噪聲，提高可靠性(其中的一例可參考日本專利公報(bào)特開(kāi)2000-350489號(hào))。
但是，在上述的現(xiàn)有裝置中，為了推定轉(zhuǎn)子的位置，需要預(yù)先把握電機(jī)常數(shù)、電路參數(shù)或電機(jī)負(fù)載，檢測(cè)出規(guī)定的計(jì)算值和電流測(cè)量值之間的誤差；為了使誤差成為最小，還需要由處理器進(jìn)行計(jì)算，因此計(jì)算變得非常復(fù)雜，且需要具有高速高性能的計(jì)算功能的處理器。此外，當(dāng)電機(jī)負(fù)載發(fā)生很大變化時(shí)，還存在著容易失去同步(即失步)的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有中存在的上述問(wèn)題，提供了這樣一種無(wú)傳感器正弦波驅(qū)動(dòng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，該電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置在負(fù)載發(fā)生變化時(shí)也能穩(wěn)定地操作，即使在比方說(shuō)因負(fù)載變化而引起輸出變化及失步時(shí)，也能檢測(cè)出負(fù)載狀態(tài)及失步情況，并在對(duì)控制參數(shù)或起動(dòng)條件進(jìn)行修正后實(shí)行再起動(dòng)，并且能夠簡(jiǎn)化處理器中進(jìn)行的計(jì)算，從而即使在負(fù)載發(fā)生變化也能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的操作。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)整流電路將交流電變換成直流電，通過(guò)變頻器電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)，通過(guò)電流檢測(cè)裝置檢測(cè)變頻器電路的輸出電流，對(duì)變頻器電路進(jìn)行脈寬調(diào)制控制使轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速，將變頻器電路的輸出電壓和電流相位、或無(wú)功電流控制成規(guī)定值，并根據(jù)變頻器電路的輸出電壓或輸出功率來(lái)對(duì)負(fù)載狀態(tài)進(jìn)行判斷。
本發(fā)明產(chǎn)生的技術(shù)效果如下。本發(fā)明的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)的變頻器電路的輸出電壓或輸出功率能夠判斷出電機(jī)的負(fù)載狀態(tài)，即使不設(shè)位置傳感器也能檢測(cè)出失步及負(fù)載轉(zhuǎn)矩，故即使發(fā)生了失步也能穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)再起動(dòng)，進(jìn)行與負(fù)載相對(duì)應(yīng)的電流設(shè)定，能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)載變化很大時(shí)也能進(jìn)行穩(wěn)定操作的無(wú)傳感器正弦波驅(qū)動(dòng)。
本發(fā)明的具體實(shí)施方式
概述如下。本發(fā)明的第1方案中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于包括交流電源；將所述交流電源的交流電變換成直流電的整流電路；將所述整流電路的直流電變換成交流電的變頻器電路；由所述變頻器電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的電機(jī)；用于檢測(cè)所述變頻器電路的輸出電流的電流檢測(cè)裝置；和通過(guò)所述電流檢測(cè)裝置的輸出信號(hào)對(duì)所述變頻器電路進(jìn)行脈寬調(diào)制控制，從而控制所述電機(jī)使其轉(zhuǎn)速成為設(shè)定值的控制裝置。其中，所述控制裝置將所述變頻器電路的輸出電壓和輸出電流的相位或者無(wú)功電流控制規(guī)定值，從所述變頻器電路的輸出電壓或輸出功率對(duì)負(fù)載狀態(tài)進(jìn)行判斷。這樣，即使負(fù)載變化很大，也能實(shí)現(xiàn)操作穩(wěn)定的無(wú)傳感器正弦波驅(qū)動(dòng)。
第2方案為，第1方案中的控制裝置通過(guò)V/f控制方式將變頻器電路的輸出電壓和輸出電流的相位或者無(wú)功電流控制成規(guī)定值，并從V/f控制值對(duì)負(fù)載狀態(tài)進(jìn)行判斷。這樣，在發(fā)生失步、旋轉(zhuǎn)停止等場(chǎng)合下對(duì)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)將很容易進(jìn)行，負(fù)載的大小也很容易檢測(cè)出來(lái)。
第3方案為，第1方案中的控制裝置通過(guò)變頻器電路的輸出電壓或輸出電功率檢測(cè)出電機(jī)負(fù)載狀態(tài)，且可以使所述變頻器電路的輸出電壓和輸出電流的相位、或無(wú)功電流發(fā)生變化。這樣，由于輸出電流相位或無(wú)功電流可以根據(jù)負(fù)載狀態(tài)發(fā)生改變，因此即使負(fù)載發(fā)生很大的變化或在操作過(guò)程中負(fù)載發(fā)生變化，也能保持穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)，且即使出現(xiàn)失步的話也可以使轉(zhuǎn)矩電流增加后進(jìn)行起動(dòng)，故能夠?qū)崿F(xiàn)一種在負(fù)載變化很大時(shí)也能進(jìn)行操作、可靠性很高的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置。
第4方案為，第1方案中的控制裝置通過(guò)變頻器電路的輸出電壓或輸出功率檢測(cè)出電機(jī)負(fù)載狀態(tài)，且可以使電機(jī)驅(qū)動(dòng)條件發(fā)生變化。這樣，在負(fù)載變化很大及工作過(guò)程中負(fù)載發(fā)生變化的場(chǎng)合下，通過(guò)改變轉(zhuǎn)速及電機(jī)電流等驅(qū)動(dòng)條件可以使旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定，或者通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)速來(lái)降低工作噪聲。
第5方案為，第1方案中的控制裝置通過(guò)變頻器電路的輸出功率和驅(qū)動(dòng)頻率對(duì)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩進(jìn)行判斷。這樣，就可以實(shí)現(xiàn)與電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速控制及輸出功率控制。
第6方案為，第1方案中的控制裝置通過(guò)變頻器電路的輸出功率和驅(qū)動(dòng)頻率判斷負(fù)載轉(zhuǎn)矩，且根據(jù)所述負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。這樣，由于通過(guò)檢測(cè)負(fù)載轉(zhuǎn)矩、求出轉(zhuǎn)矩電流就能夠設(shè)定最佳的電機(jī)電流、電流相位或轉(zhuǎn)速，因此可以實(shí)現(xiàn)在過(guò)載時(shí)使電機(jī)停止、在輕負(fù)載時(shí)降低電機(jī)電流以控制轉(zhuǎn)速等最佳控制。
第7方案為，第1方案中的控制裝置所述控制裝置通過(guò)變頻器電路的輸出功率和驅(qū)動(dòng)頻率來(lái)判斷負(fù)載轉(zhuǎn)矩，且根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩對(duì)所述變頻器電路的輸出電壓和輸出電流的相位、或無(wú)功電流進(jìn)行控制。這樣，通過(guò)進(jìn)行與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相對(duì)應(yīng)的電流設(shè)定，可以使電機(jī)效率達(dá)到最大。
第8方案為，第1方案中的控制裝置所述控制裝置通過(guò)變頻器電路的輸出電壓或輸出功率來(lái)檢測(cè)出電機(jī)的旋轉(zhuǎn)異常情況，并在使所述變頻器電路的輸出電壓和輸出電流的相位或無(wú)功電流發(fā)生改變后，使所述電機(jī)進(jìn)行再起動(dòng)。這樣，在電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)的場(chǎng)合下通過(guò)增加輸出電流可以實(shí)現(xiàn)再起動(dòng)，能將電流設(shè)定成最佳狀態(tài)，從而使旋轉(zhuǎn)保持穩(wěn)定。
第9方案為，第1方案中的控制裝置所述控制裝置通過(guò)變頻器電路的輸出電壓或輸出功率來(lái)檢測(cè)出電機(jī)的旋轉(zhuǎn)異常情況，并在改變所述變頻器電路的起動(dòng)條件后，使所述電機(jī)進(jìn)行再起動(dòng)。這樣，能夠?qū)⑵饎?dòng)條件設(shè)定成與負(fù)載相適應(yīng)的最佳狀態(tài)，從而使旋轉(zhuǎn)保持穩(wěn)定。


圖1為本發(fā)明的第1實(shí)施例中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的方框圖，圖2為該電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的變頻器電路圖，圖3為該電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的電流檢測(cè)時(shí)序圖，圖4為該電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置中的控制裝置的方框圖，圖5為該電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的控制矢量圖，圖6為該電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置失步時(shí)的控制矢量圖，圖7為該電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的控制裝置中的各種波形和時(shí)序圖，圖8為該電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的電機(jī)控制程序流程圖，圖9為該電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的電機(jī)控制程序中的載波信號(hào)中斷子程序的流程圖，圖10為該電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的電機(jī)控制程序中的轉(zhuǎn)速控制子程序的流程圖，圖11為該電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的起動(dòng)控制時(shí)序圖，圖12為本發(fā)明的第2實(shí)施例的餐具清洗機(jī)中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的截面圖，圖13為該電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置中的控制裝置的方框圖，圖14為該電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置在排水操作過(guò)程中進(jìn)行吸入空氣檢測(cè)時(shí)的控制時(shí)序圖，圖15為該電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置在清洗操作過(guò)程中進(jìn)行吸入空氣檢測(cè)時(shí)的控制時(shí)序圖，圖16為該電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)速控制子程序的流程圖，圖17為本發(fā)明的第3實(shí)施例的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置中的控制裝置的方框圖，
上述附圖中，1為交流電源，2為整流電路，3為變頻器電路，4為電機(jī)，5為電流檢測(cè)裝置，6為控制裝置。
具體實(shí)施例方式
(實(shí)施例1)圖1為第1實(shí)施例中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的方框圖。在圖1中，交流電源1將交流電加到整流電路2上，變換成直流電，這樣的直流電再通過(guò)變頻器電路3變換成3相交流電，驅(qū)動(dòng)電機(jī)4。整流電路2中的全波整流電路20的直流輸出端子之間串聯(lián)著電容器21a、21b，電容器21a、21b之間的連接點(diǎn)與交流電源的一個(gè)輸入端子相連接，構(gòu)成直流倍壓電路，以提高加到變頻器電路3上的電壓。
變頻器電路3的負(fù)電壓側(cè)連接有電流檢測(cè)裝置5，通過(guò)檢測(cè)在變頻器電路3的3個(gè)相的下臂中流過(guò)的電流，對(duì)變頻器電路3的輸出電流亦即電機(jī)4的各相電流進(jìn)行檢測(cè)。
控制裝置6從電流檢測(cè)裝置5的輸出信號(hào)計(jì)算出變頻器電路3的輸出電流，再將與設(shè)定轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的規(guī)定頻率的規(guī)定電壓施加到驅(qū)動(dòng)電機(jī)4上，驅(qū)動(dòng)其旋轉(zhuǎn)?？刂蒲b置6根據(jù)電機(jī)負(fù)載對(duì)輸出電流相對(duì)于輸出電壓的相位進(jìn)行控制，或者將輸出電流控制成無(wú)功電流，驅(qū)動(dòng)電機(jī)4以設(shè)定的同步速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
圖2為電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置中的變頻器電路3的詳細(xì)電路圖，其中設(shè)有由6個(gè)晶體管和6個(gè)二極管構(gòu)成的3相全波橋式變頻器電路。為避免重復(fù)，這里只對(duì)3個(gè)相臂中的1個(gè)相臂即U相臂30A進(jìn)行說(shuō)明。由絕緣柵雙極晶體管(以下稱為IGBT)構(gòu)成的上臂晶體管31a1與二極管32a1反向并聯(lián)，形成一個(gè)并聯(lián)連接電路；也是由IGBT構(gòu)成的下臂晶體管31a2和二極管32a2反向并聯(lián)，形成另一個(gè)并聯(lián)連接電路，這兩個(gè)并聯(lián)連接電路互相串聯(lián)連接。上臂晶體管31a1的集電極端子與直流電源的正電位端子Lp相連接，上臂晶體管31a1的發(fā)射極端子與輸出端子U相連，下臂晶體管31a2的發(fā)射極端子通過(guò)構(gòu)成電流檢測(cè)裝置5的分流電阻50a與直流電源的Ln端子一側(cè)相連接。
上臂晶體管31a1由上臂柵極驅(qū)動(dòng)電路33a1根據(jù)上臂驅(qū)動(dòng)信號(hào)Up來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，下臂晶體管31a2由下臂柵極驅(qū)動(dòng)電路33a2根據(jù)下臂驅(qū)動(dòng)信號(hào)Un來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，分別對(duì)上臂晶體管31a1和下臂晶體管31a2進(jìn)行導(dǎo)通/截止的切換控制。上臂柵極驅(qū)動(dòng)電路33a1的內(nèi)部設(shè)有通過(guò)微分信號(hào)進(jìn)行置位/復(fù)位的RS觸發(fā)電路，通過(guò)上臂驅(qū)動(dòng)信號(hào)Up的上升沿使上臂晶體管31a1導(dǎo)通，提高上臂驅(qū)動(dòng)信號(hào)Up的下降沿使上臂晶體管31a1截止。下臂柵極驅(qū)動(dòng)電路中無(wú)需RS觸發(fā)電路。
施加到IGBT的柵極上的電壓需要達(dá)到10～15V。當(dāng)下臂晶體管31a2導(dǎo)通時(shí)，從15V直流電源的正電極端子B1通過(guò)自舉電阻34a、自舉二極管35a對(duì)自舉電容器36a進(jìn)行充電，因此通過(guò)儲(chǔ)存在自舉電容器36a中的能量能夠使上臂晶體管31a發(fā)生導(dǎo)通/截止切換。另外，在下臂的反向并聯(lián)二極管32a2導(dǎo)通的場(chǎng)合下，也同樣可以對(duì)自舉電容器36a進(jìn)行充電。
V相臂30B、W相臂30C的連接情況與上面相同，各臂中的下臂晶體管的發(fā)射極端子與構(gòu)成電流檢測(cè)裝置5的分流電阻50b、50c相連接，分流電阻50b、50c的另一端與直流電源的負(fù)極端子Ln相連接。分流電在晶體管為IGBT的場(chǎng)合下與發(fā)射極端子相連，在大功率MOSFET的場(chǎng)合下與源極端子連接。在下臂晶體管采用IGBT或大功率MOSFET的話，由于通過(guò)控制柵極電壓就能夠進(jìn)行切換控制，因此分流電阻的阻值被選定成其兩端的電壓在1V以下的話，在通過(guò)電壓控制進(jìn)行導(dǎo)通/截止切換時(shí)可以對(duì)切換操作幾乎不產(chǎn)生任何影響。該電路具有通過(guò)檢測(cè)分流電阻的電壓veu、vev和vew就可以檢測(cè)出變頻器電路的輸出電流、亦即電機(jī)電流的特點(diǎn)。
圖3為變頻器電路的輸出電流檢測(cè)時(shí)序圖，其中通過(guò)三角波調(diào)制進(jìn)行脈寬調(diào)制控制，將上、下臂IGBT的開(kāi)關(guān)時(shí)刻錯(cuò)開(kāi)后進(jìn)行高速A/D變換，以降低切換噪聲，再通過(guò)微電腦等電機(jī)控制處理器來(lái)進(jìn)行電流檢測(cè)。在圖3中，ck為三角波調(diào)制信號(hào)Vt的峰值信號(hào)，亦即在時(shí)間t3處產(chǎn)生的同步信號(hào)，vu為U相電壓控制信號(hào)，通過(guò)將三角波調(diào)制信號(hào)Vt和U相電壓控制信號(hào)vu進(jìn)行比較，產(chǎn)生出U相的上臂晶體管31a的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Up和U相下臂晶體管31a2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Un。t1～t2區(qū)間、和t5～t6區(qū)間為上、下臂晶體管的非導(dǎo)通期間，被稱作死區(qū)時(shí)間Δt。A/D變換的時(shí)機(jī)可以選在上臂晶體管截止、下臂晶體管導(dǎo)通的時(shí)間t3至從時(shí)間t3滯后死區(qū)時(shí)間Δt后的時(shí)間t4的范圍內(nèi)。
圖4為本發(fā)明中的控制裝置的方框圖，用于通過(guò)微電腦或數(shù)字信號(hào)處理器等高速處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)傳感器正弦波驅(qū)動(dòng)。
下面通過(guò)圖5中所示的本發(fā)明的控制矢量圖來(lái)說(shuō)明基本的控制方法。圖5為轉(zhuǎn)子表面設(shè)有永久磁鐵的表面永久磁鐵電機(jī)(簡(jiǎn)稱SPM電機(jī))的d-q座標(biāo)系的矢量圖，其中，電機(jī)感應(yīng)電壓Vr與q軸同軸，該感應(yīng)電壓Vr與感應(yīng)電壓常數(shù)kr和轉(zhuǎn)速N(亦即電機(jī)驅(qū)動(dòng)頻率f)成成正比。換句話說(shuō)，電機(jī)感應(yīng)電壓Vr和頻率f之間的比值(Vr/f)基本不變。
電機(jī)電流I被控制成與q軸同軸時(shí)，將與矢量控制相同。但是，由于沒(méi)有轉(zhuǎn)子位置傳感器、無(wú)法進(jìn)行q軸檢測(cè)，因此假定電機(jī)電流I超前一個(gè)角度γ。電機(jī)的電壓方程式可以用下面的公式1來(lái)表示，在驅(qū)動(dòng)頻率f被固定的場(chǎng)合下，當(dāng)d-q座標(biāo)系中的電流矢量I被固定時(shí)，加到電機(jī)上的電壓矢量Vi也將被固定。反過(guò)來(lái)，當(dāng)加到電機(jī)上的電壓矢量Vi被固定時(shí)，電流矢量I也被固定。另外，在變換到以加到電機(jī)上的電壓Vi(基軸)為主軸的a-r軸座標(biāo)系中時(shí)也一樣，電流矢量I被固定時(shí)，電機(jī)感應(yīng)電壓矢量Vr將被固定。換句話說(shuō)，如果事先知道電機(jī)常數(shù)的話，由于通過(guò)固定電流矢量I就可以將感應(yīng)電壓Vr和電流I的相位控制成一定，因此可以把q軸電流Iq(亦即轉(zhuǎn)矩電流)基本控制成一定，從而可以進(jìn)行與矢量控制基本相同的控制。

Vi＝(R+jωL)I+Vr通過(guò)將無(wú)功電流Isinφ選成適當(dāng)?shù)闹祻亩鴾p小超前角γ，可以使電機(jī)電流I與轉(zhuǎn)矩電流(q軸電流)Iq基本相同，以提高工作效率，減少電機(jī)損耗，降低電機(jī)溫升，使電機(jī)實(shí)現(xiàn)小型化。
另外，在正常的操作過(guò)程中，通過(guò)如圖5中所示的那樣將電機(jī)電流I設(shè)定成超前角γ，即使因激烈的負(fù)載變化而使相位φ發(fā)生變化，也不會(huì)發(fā)生與q軸之間的相位γ被延遲、轉(zhuǎn)矩急劇下降、出現(xiàn)失步的情況。特別是，轉(zhuǎn)速突然下降、相位γ相對(duì)于q軸出現(xiàn)延遲且相位φ達(dá)到90度以上時(shí)，出現(xiàn)失步的可能性將會(huì)變高；而通過(guò)超前角控制可以減少相位的延遲程度，從而提高旋轉(zhuǎn)控制的穩(wěn)定性。
此外，由于通過(guò)超前角控制可以實(shí)現(xiàn)弱磁場(chǎng)控制(d軸電流為負(fù))，可以減小電機(jī)感應(yīng)電壓Vr和線圈繞阻電壓(jωLI)的和電壓矢量Vo，從而增加轉(zhuǎn)矩電流Iq，實(shí)現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)。
如上所述，如果知道了電機(jī)常數(shù)(繞阻電阻R、繞阻電感L、電機(jī)感應(yīng)電壓常數(shù)kr)和與電機(jī)負(fù)載相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩電流Iq的話，只需控制電機(jī)電流I相對(duì)于加到電機(jī)上的電壓Vi的絕對(duì)值和相位φ，就可以對(duì)電機(jī)電流矢量進(jìn)行控制。在圖5中的矢量圖中，也就是對(duì)從d-q座標(biāo)進(jìn)行基軸座標(biāo)變換后的r軸電流Ir(＝Isinφ)或者a軸電流Ia(＝Icosφ)進(jìn)行控制。
在圖4中，驅(qū)動(dòng)條件設(shè)定裝置60用于根據(jù)電機(jī)驅(qū)動(dòng)條件求出驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩電流、超前角γ，進(jìn)行驅(qū)動(dòng)頻率f、無(wú)功電流Isinφ等的設(shè)定，并向轉(zhuǎn)速設(shè)定裝置61、無(wú)功電流設(shè)定裝置62送出設(shè)定信號(hào)。載波信號(hào)發(fā)生裝置63產(chǎn)生用于進(jìn)行脈寬調(diào)制的三角波信號(hào)Vt和同步信號(hào)ck發(fā)生，載波頻率(開(kāi)關(guān)頻率)被設(shè)定在15kHz以上的超聲波頻率，以降低電機(jī)噪聲。同步信號(hào)ck被送到各個(gè)計(jì)算模塊中，使各個(gè)計(jì)算模塊與同步信號(hào)ck同步地進(jìn)行操作。
為了設(shè)定電機(jī)驅(qū)動(dòng)頻率f，轉(zhuǎn)速設(shè)定裝置61求出載波信號(hào)周期的相位角Δθ，加到電相位角計(jì)算裝置64上，并向V/f設(shè)定裝置65送出設(shè)定頻率信號(hào)。電相位角計(jì)算裝置64與同步信號(hào)ck同步地求出相位θ，再將該相位信號(hào)θ加到存貯著標(biāo)準(zhǔn)正弦表的存貯裝置66及座標(biāo)變換裝置等中。
V/f設(shè)定裝置65用于設(shè)定與驅(qū)動(dòng)頻率f和負(fù)載轉(zhuǎn)矩相對(duì)應(yīng)的施加電壓常數(shù)kvn，將該施加電壓常數(shù)kvn設(shè)定為與轉(zhuǎn)速或負(fù)載轉(zhuǎn)矩相對(duì)應(yīng)的值上。如下面所述的那樣，在采用單電機(jī)雙水泵或單電機(jī)單水泵方式、正轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行清洗操作、反轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行排水操作的場(chǎng)合下，電機(jī)所需的轉(zhuǎn)矩電流各不相同，因此，在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時(shí)，需要改變施加電壓常數(shù)kvn的設(shè)定值。
在存貯裝置66的存貯區(qū)域中存貯著用于進(jìn)行與相位角相對(duì)應(yīng)的三角函數(shù)計(jì)算所必須的標(biāo)準(zhǔn)正弦值表，比方說(shuō)存貯著如從相位0度到360度的從-1到+1的正弦值數(shù)據(jù)。
高速A/D變換裝置67在圖3的時(shí)序圖中所示的三角波調(diào)制信號(hào)Vt的峰值處對(duì)電流檢測(cè)裝置5的輸出信號(hào)veu、vev、vew進(jìn)行A/D變換，在數(shù)微秒以內(nèi)變換成與變頻器輸出電流對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)Iu、Iv、Iw，并將各相電流的瞬時(shí)值加到3相→2相基軸變換裝置68中。
3相→2相基軸變換裝置68如圖5中所示的那樣將變頻器電路輸出電流的瞬時(shí)值進(jìn)行3相→2相變換，向變頻器電路輸出電壓軸亦即電機(jī)基軸(a-r軸)進(jìn)行座標(biāo)變換，具體操作是使用下面的公式2進(jìn)行絕對(duì)變換，求出a軸成分Ia和r軸成分Ir。Ir相當(dāng)于Isinφ，為從變頻器輸出(基軸電壓)看到的無(wú)功電流成分。通過(guò)進(jìn)行座標(biāo)變換，不但可以在瞬間從輸出電流瞬時(shí)值求出無(wú)功電流成分Ir，還可以在瞬間從下面的公式3中所示的平方平均式計(jì)算出輸出電流矢量絕對(duì)值Im。另外，通過(guò)下面的公式4還可以在瞬間求出從變頻器輸出(基軸電壓)看到的電流相位φ，比起設(shè)置電流過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)裝置來(lái)進(jìn)行相位檢測(cè)來(lái)，響應(yīng)性能可以有顯著的提高。
IrIa=cosθsinθ-sinθcosθ×231-12-12032-32IuIvIw]]>=23cosθcos(θ-2π3)cos(θ-4π3)-sinθ-sin(θ-2π3)-sin(θ-4π3)IuIvIw]]>[公式3]Im=Ia2+Ir2]]>[公式4]φ＝tan-1(Ir/Ia)無(wú)功電流比較裝置69將3相→2相基軸變換裝置68的輸出信號(hào)Ir和無(wú)功電流設(shè)定裝置62的設(shè)定信號(hào)Irs進(jìn)行比較，輸出誤差信號(hào)Δir；該誤差信號(hào)Δir由誤差信號(hào)放大計(jì)算裝置70進(jìn)行放大或積分，然后以施加電壓常數(shù)改變信號(hào)kv的形式輸出到控制電壓比較設(shè)定裝置71中。
控制電壓比較設(shè)定裝置71將V/f設(shè)定裝置65的輸出信號(hào)kvn和誤差信號(hào)放大計(jì)算裝置70的輸出信號(hào)kv加以比較，產(chǎn)生出變頻器輸出電壓控制信號(hào)Va，通過(guò)控制變頻器輸出電壓使無(wú)功電流成分Ir成為規(guī)定值?？刂齐妷罕容^設(shè)定裝置71輸出的變頻器輸出電壓控制信號(hào)Va被加到2相→3相基軸逆變換裝置72中。
2相→3相基軸逆變換裝置72使用公式5中所示的逆變換式來(lái)產(chǎn)生出3相正弦波電壓信號(hào)。由于變頻器輸出電壓與a軸同相，因此只要計(jì)算出Va即可，3相電壓vu、vv、vw被輸出到脈寬調(diào)制控制裝置73。
VuVvVw=2310-1232-12-32cosθ-sinθsinθcosθVrVa]]>=23cosθ-sinθcos(θ-2π3)-sin(θ-2π3)cos(θ-4π3)-sin(θ-4π3)VrVa]]>負(fù)載狀態(tài)判斷裝置74通過(guò)把V/f設(shè)定裝置65和誤差信號(hào)放大計(jì)算裝置70的輸出信號(hào)進(jìn)行比較，來(lái)判斷電機(jī)負(fù)載狀態(tài)。在正常的操作過(guò)程中，V/f設(shè)定裝置65的輸出信號(hào)kvn和誤差信號(hào)放大計(jì)算裝置70的輸出信號(hào)kv之間幾乎沒(méi)有差值，對(duì)電機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)控制時(shí)，可以使無(wú)功電流Isinφ成為規(guī)定值。但是，當(dāng)電機(jī)發(fā)生失步、旋轉(zhuǎn)發(fā)生停止的場(chǎng)合下，電機(jī)感應(yīng)電壓Vr將如圖6中的矢量圖所示的那樣成為零，因此如果使無(wú)功電流Isinφ為規(guī)定值的話加到電機(jī)上的電壓將會(huì)減小，V/f設(shè)定裝置65的輸出信號(hào)kvn和誤差信號(hào)放大計(jì)算裝置70的輸出信號(hào)kv之間的差值與正常操作時(shí)的值相比就將顯得非常大。這樣，由于V/f設(shè)定裝置65的輸出信號(hào)kvn是一定的，當(dāng)誤差信號(hào)放大計(jì)算裝置70的輸出信號(hào)kv比正常操作時(shí)的值小時(shí)，就可以檢測(cè)出電機(jī)的停止或旋轉(zhuǎn)異常狀態(tài)。異常停止再起動(dòng)裝置75用于在從負(fù)載狀態(tài)判斷裝置74的輸出信號(hào)判斷出異常、變頻器電路3停止操作后，使電機(jī)進(jìn)行再起動(dòng)。進(jìn)行再起動(dòng)時(shí)，先由驅(qū)動(dòng)條件改變裝置76將驅(qū)動(dòng)條件設(shè)定裝置60設(shè)定的起動(dòng)時(shí)間、起動(dòng)電流等起動(dòng)條件及無(wú)功電流Isinφ的設(shè)定值改變之后再進(jìn)行。
如果電機(jī)發(fā)生失步的原因?yàn)檗D(zhuǎn)矩電流Iq不足、相位對(duì)q軸出現(xiàn)延遲或者相位過(guò)于超前等，造成正常操作時(shí)或起動(dòng)時(shí)的無(wú)功電流設(shè)定值Irs太小、引起失步時(shí)，只要將無(wú)功電流設(shè)定值Irs改變后進(jìn)行再起動(dòng)就可以。在進(jìn)行起動(dòng)時(shí)，由于將起動(dòng)時(shí)間縮短時(shí)加速度將變大、同時(shí)需要更大的轉(zhuǎn)矩電流，因此，改變起動(dòng)時(shí)間、延長(zhǎng)起動(dòng)時(shí)間也是1種選擇方案。
圖7中示出了進(jìn)行脈寬調(diào)制控制時(shí)各種波形的時(shí)序圖。其中，Eu為從中性點(diǎn)看到的電機(jī)感應(yīng)電壓波形，Iu為U相電流波形，比起電機(jī)感應(yīng)電壓Eu來(lái)稍稍超前一點(diǎn)。vu、vv、vw為U相、V相、W相等各相的脈寬調(diào)制控制輸入信號(hào)，通過(guò)將2相→3相基軸逆變換裝置72的輸出信號(hào)與三角波調(diào)制信號(hào)Vt相比較，產(chǎn)生出脈寬調(diào)制控制輸出信號(hào)Up。信號(hào)vu和U相輸出電壓的相位相同，U相電流Iu的相位比信號(hào)vu延遲相位φ。
圖8為表示本發(fā)明中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的操作情況的流程圖。電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序從步驟100開(kāi)始，在步驟101進(jìn)行驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速、V/f、無(wú)功電流等各種設(shè)定。接下來(lái)，進(jìn)到步驟102，判斷是否進(jìn)行起動(dòng)操作；如果判定為需要進(jìn)行起動(dòng)，則進(jìn)到步驟103執(zhí)行起動(dòng)控制子程序。
起動(dòng)控制子程序103如圖11中的起動(dòng)控制時(shí)序圖中所示的那樣使驅(qū)動(dòng)頻率f在到達(dá)起動(dòng)時(shí)間t1a之前直線上升，使轉(zhuǎn)速?gòu)牧氵_(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速fs，因此需要根據(jù)驅(qū)動(dòng)頻率f改變無(wú)功電流設(shè)定值Irs。在水泵及風(fēng)扇等負(fù)載為流體的場(chǎng)合下，轉(zhuǎn)矩以轉(zhuǎn)速的3次方發(fā)生變化，因此通過(guò)實(shí)驗(yàn)等方法嚴(yán)格地求出與轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩電流Iq、計(jì)算出Isinφ再通過(guò)表來(lái)進(jìn)行起動(dòng)控制的話，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的起動(dòng)。但是，由于起動(dòng)時(shí)需要進(jìn)行加速，需要增大轉(zhuǎn)矩電流，另外為了防止發(fā)生失步，無(wú)功電流設(shè)定值Irs需要設(shè)定得比與轉(zhuǎn)矩相對(duì)應(yīng)的值要大。
在正常的起動(dòng)操作中，V/f設(shè)定值、無(wú)功電流設(shè)定值Irs在通常狀態(tài)的設(shè)定值下進(jìn)行起動(dòng)的話，也能夠成功地起動(dòng)。
當(dāng)檢測(cè)到失步或異常旋后再進(jìn)行起動(dòng)的場(chǎng)合下，將起動(dòng)時(shí)間改變?yōu)閠1b，并將無(wú)功電流設(shè)定值Irsb設(shè)定得大于最初起動(dòng)時(shí)的無(wú)功電流設(shè)定值Irsa，使起動(dòng)轉(zhuǎn)矩增加。
接下來(lái)，進(jìn)到判定步驟104(圖8)判斷有無(wú)載波信號(hào)中斷；如果有載波信號(hào)中斷的話，則執(zhí)行步驟105中的載波信號(hào)中斷子程序和步驟106中的轉(zhuǎn)速控制子程序。
圖9為載波信號(hào)中斷子程序的流程圖。程序從步驟200開(kāi)始，在步驟201判斷載波同步信號(hào)ck的計(jì)數(shù)值k是否為電機(jī)驅(qū)動(dòng)頻率f在1個(gè)周期內(nèi)的載波數(shù)kc；如果相等，則進(jìn)到步驟202，使載波計(jì)數(shù)值k清零。電機(jī)驅(qū)動(dòng)頻率f在1個(gè)周期內(nèi)的載波數(shù)kc則在設(shè)定驅(qū)動(dòng)頻率時(shí)預(yù)先求出。
例如，在8極電機(jī)轉(zhuǎn)速為4040轉(zhuǎn)/分、驅(qū)動(dòng)頻率f為269.3Hz，周期T為3.712ms、載波周期Tc為64μs(載波頻率15.6kHz)的場(chǎng)合下，脈沖數(shù)kc為58。設(shè)驅(qū)動(dòng)頻率f的1個(gè)周期為2π時(shí)，1個(gè)載波周期Tc的相位Δθ為Δθ＝2π/kc。
在步驟203中，使載波同步信號(hào)的計(jì)數(shù)值遞增，接下來(lái)，進(jìn)到步驟204，根據(jù)載波數(shù)k和1個(gè)載波周期Tc的相位Δθ進(jìn)行電相位角θ的計(jì)算。接下來(lái)，進(jìn)到步驟205，對(duì)電流檢測(cè)裝置5的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，從而檢測(cè)出變頻器輸出電流Iu、Iv、Iw。接下來(lái)，進(jìn)到步驟206，通過(guò)公式2進(jìn)行3相→2相基軸座標(biāo)變換，求出無(wú)功電流Ir和有效電流Ia。然后，進(jìn)到步驟207，將Ir、Ia存儲(chǔ)起來(lái)。
接下來(lái)，進(jìn)到步驟208，通過(guò)公式3求出電機(jī)電流的矢量絕對(duì)值Im；接下來(lái)，進(jìn)到步驟209，判斷計(jì)算值Im是否在過(guò)電流設(shè)定值Imax以上。
如果計(jì)算值Im在過(guò)電流設(shè)定值Imax之上，則進(jìn)到步驟210，停止驅(qū)動(dòng)變頻器電路3中的大功率半導(dǎo)體元件即停止電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并進(jìn)到步驟211，建立過(guò)電流異常標(biāo)志。
如果計(jì)算值Im未達(dá)到過(guò)電流設(shè)定值Imax，則進(jìn)到步驟212，從轉(zhuǎn)速控制子程序調(diào)用變頻器輸出控制信號(hào)Va；接下來(lái)，進(jìn)到步驟213，根據(jù)公式5進(jìn)行2相→3相基軸座標(biāo)變換，求出變頻器的各相控制信號(hào)vu、vv、vw，并進(jìn)到步驟214進(jìn)行脈寬調(diào)制控制；然后，進(jìn)到步驟215，返回主程序。
圖10為轉(zhuǎn)速控制子程序的流程圖。轉(zhuǎn)速控制子程序不必對(duì)每個(gè)載波信號(hào)都執(zhí)行，故可以比方說(shuō)每對(duì)2個(gè)載波信號(hào)實(shí)行一次。當(dāng)載波頻率成為超聲波頻率時(shí)，載波周期內(nèi)的程序處理時(shí)間將出現(xiàn)問(wèn)題，因此，可以把相位計(jì)算、電流檢測(cè)計(jì)算或脈寬調(diào)制控制等對(duì)每個(gè)載波都必須實(shí)行的處理、與座標(biāo)變換及圖10中所示的不必對(duì)每個(gè)載波都實(shí)行的處理分開(kāi)，再將不比對(duì)每個(gè)載波都執(zhí)行的處理分成數(shù)批實(shí)行，從而可以執(zhí)行電機(jī)控制以外的餐具清洗機(jī)等中的過(guò)程控制程序。
轉(zhuǎn)速控制子程序從步驟300開(kāi)始，在步驟301調(diào)用驅(qū)動(dòng)頻率設(shè)定值fs，接下來(lái)進(jìn)到步驟302，調(diào)用與頻率設(shè)定值fs相對(duì)應(yīng)的無(wú)功電流設(shè)定值Irs，進(jìn)到步驟303調(diào)用通過(guò)3相→2相基軸座標(biāo)變換求出的無(wú)功電流Ir，進(jìn)到步驟304調(diào)用施加電壓常數(shù)設(shè)定值V/f。接下來(lái)，進(jìn)到步驟305，將Irs和Ir加以比較，從誤差信號(hào)ΔIr計(jì)算出施加電壓常數(shù)kv。接下來(lái)，進(jìn)到步驟306，計(jì)算出施加電壓常數(shù)設(shè)定值V/f和施加電壓常數(shù)kv之間的差Δkv。接下來(lái)，進(jìn)到步驟307，從Δkv計(jì)算出基軸施加電壓信號(hào)Va，并將Va存儲(chǔ)器來(lái)。接下來(lái)，進(jìn)到步驟308，將Δkv和設(shè)定值Δkvmax加以比較。如果Δkv比Δkvmax大，則進(jìn)到步驟309，判定已發(fā)生失步，建立失步標(biāo)志，然后進(jìn)到步驟310，使子程序返回主程序。
下面，回到圖8中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序。在步驟107中，判定有無(wú)失步標(biāo)志，如果有失步標(biāo)志，則進(jìn)到步驟108，使電機(jī)驅(qū)動(dòng)停止，在步驟109，改變無(wú)功電流Isinφ；然后進(jìn)到步驟110，執(zhí)行再起動(dòng)子程序，最后進(jìn)到步驟111，使電機(jī)驅(qū)動(dòng)子程序返回主程序。
(實(shí)施例2)下面使用圖12、圖13、圖14和圖15來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的第2
圖12為本發(fā)明的第2實(shí)施例中的餐具清洗機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置截面圖，這里的水泵和電機(jī)采用的是單電機(jī)單水泵方式。
其中，自來(lái)水從進(jìn)水閥8加到清洗槽7中，清洗水9在清洗槽7中存積起來(lái)。清洗槽7的下部設(shè)有扁平狀的直流無(wú)刷電機(jī)4a，其旋轉(zhuǎn)軸處于垂直方向，電機(jī)4a的下部設(shè)有水泵殼體10。通過(guò)使葉輪11旋轉(zhuǎn)，對(duì)水加上從旋轉(zhuǎn)軸朝向離心方向的壓力。
當(dāng)葉輪11正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，清洗水從設(shè)有噴射噴嘴12a的噴射翼12b噴向餐具(圖中未示出)，進(jìn)行清洗操作。正轉(zhuǎn)時(shí)，泵殼體10的內(nèi)部壓力將提高，但由于設(shè)在泵殼體10側(cè)面上的排水閥13被關(guān)閉，水流方向朝向噴射翼12b一側(cè)。葉輪11反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，壓力將從葉輪11的側(cè)面加到垂直旋轉(zhuǎn)軸方向上，此時(shí)打開(kāi)排水閥13的話，垂直方向的水流將流向排水管14方向。因此，只用1個(gè)電機(jī)和1個(gè)泵就可以分別實(shí)現(xiàn)清洗和排水。
在設(shè)置分別用來(lái)進(jìn)行清洗和排水的葉輪和泵殼體的、單電機(jī)雙水泵方式的場(chǎng)合下，也可以在正轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行清洗，在反轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行排水，但是，存在著泵的高度將增高、清洗槽7的下部容積無(wú)法減小的問(wèn)題。
在采用單電機(jī)單水泵方式的場(chǎng)合下，排水泵的操作效率非常差，存在著下面的兩大問(wèn)題。一是在排水操作過(guò)程中，將清洗水排完后將會(huì)吸入空氣，發(fā)出很大的噪聲；二是在清洗操作過(guò)程中，當(dāng)由于雜物卡住等原因而造成排水閥13沒(méi)有完全關(guān)閉時(shí)，清洗水將會(huì)一點(diǎn)一點(diǎn)地漏掉，清洗水漏光時(shí)用于對(duì)清洗水進(jìn)行加熱的加熱器(圖中未示出)將處于空載狀態(tài)。
在上述兩種情況下，由于水泵中無(wú)水、負(fù)載急劇地減輕，因此，通過(guò)檢測(cè)電機(jī)輸入或負(fù)載轉(zhuǎn)矩來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速、或者使電機(jī)停止進(jìn)行補(bǔ)充進(jìn)水的話，可以解決上述的問(wèn)題。
圖13為第2實(shí)施例中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的控制裝置的方框圖。本發(fā)明的基本思路為，通過(guò)變頻器輸出即電機(jī)輸入來(lái)計(jì)算出負(fù)載狀態(tài)或負(fù)載轉(zhuǎn)矩。電機(jī)輸入功率Pin可用變頻器輸出電壓Va和電機(jī)電流I及cosφ的積來(lái)表示，乘上電機(jī)的效率η即成為電機(jī)輸出功率Po。電機(jī)的效率η基本上由轉(zhuǎn)速來(lái)決定，電機(jī)轉(zhuǎn)矩T可以由轉(zhuǎn)矩常數(shù)kt和轉(zhuǎn)矩電流Iq之間的積來(lái)表示，因此，成立下面的等式6。
Po＝η·Va·Ia＝kt·ωr·Iq亦即，將轉(zhuǎn)矩電流Iq分成轉(zhuǎn)速ωr和電機(jī)輸入(＝Va·Icosφ)的話，就可以通過(guò)公式6進(jìn)行計(jì)算。由于Ia＝Icosφ，可以從公式2求出，因此即使不知道與q軸之間的相位偏差，通過(guò)計(jì)算也總能求出電機(jī)轉(zhuǎn)矩。另外，由于轉(zhuǎn)矩電流Iq能夠計(jì)算出來(lái)，與q軸之間的相位偏移反過(guò)來(lái)也可以推定出來(lái)。
圖13中的方框圖中的一部分在圖4的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，下面對(duì)這些進(jìn)行過(guò)改進(jìn)的部分進(jìn)行說(shuō)明。而其它構(gòu)成由于與第1實(shí)施例中相同，其操作情況、作用也相同，因此，在此就省略對(duì)其進(jìn)行重復(fù)說(shuō)明。
電壓信號(hào)Va和3相→2相基軸變換裝置68的a軸信號(hào)Ia加到變頻器的輸出電功率計(jì)算裝置77上，計(jì)算出變頻器輸出亦即電機(jī)輸入；這樣的電機(jī)輸入信號(hào)和驅(qū)動(dòng)頻率信號(hào)f加到負(fù)載狀態(tài)判斷裝置74a中，計(jì)算出負(fù)載轉(zhuǎn)矩，并對(duì)電機(jī)負(fù)載狀態(tài)進(jìn)行判斷。如果驅(qū)動(dòng)頻率為一定的話，從電機(jī)輸入就可以判斷出負(fù)載變化。為了降低噪聲而減少負(fù)載轉(zhuǎn)矩、降低轉(zhuǎn)速時(shí)，向驅(qū)動(dòng)條件改變裝置78送出控制信號(hào)控制，由驅(qū)動(dòng)條件改變裝置78將轉(zhuǎn)速信號(hào)加到驅(qū)動(dòng)條件設(shè)定裝置60a上，對(duì)設(shè)定轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。驅(qū)動(dòng)條件改變裝置78不但可以改變驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速，還可以改變無(wú)功電流Isinφ或起動(dòng)時(shí)的各種條件。
圖14示出了餐具清洗機(jī)的排水操作開(kāi)始后隨時(shí)間變化的電機(jī)輸入功率W和電機(jī)轉(zhuǎn)速N的變化情況。當(dāng)清洗槽內(nèi)存積著清洗水時(shí)，電機(jī)輸入功率基本為一定；清洗水排完時(shí)，將會(huì)吸入空氣，電機(jī)輸入功率及轉(zhuǎn)矩將急劇下降。這樣，從電機(jī)輸入或轉(zhuǎn)矩的變化可以檢測(cè)出是否吸入了空氣；在排水操作時(shí)當(dāng)輸出從一定值(W1)下降到規(guī)定值(W3)時(shí)，可以判定吸入了空氣；因此，在時(shí)間t3使轉(zhuǎn)速?gòu)腘1下降到N2，這樣可以降低排水操作中吸入空氣時(shí)的噪聲。
圖15中示出了餐具清洗機(jī)的排水閥沒(méi)有完全關(guān)閉的場(chǎng)合下電機(jī)輸入功率W在清洗工作進(jìn)行中的變化情況。使清洗泵電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，如果排水閥中有清洗水漏出時(shí)將會(huì)吸入空氣，電機(jī)的負(fù)載將變輕。因此，當(dāng)電機(jī)輸入功率變得小于規(guī)定值Wd時(shí)，即可以檢測(cè)出清洗水泄漏的情況，采取停止驅(qū)動(dòng)電機(jī)、進(jìn)行補(bǔ)充進(jìn)水的措施。
圖16為檢測(cè)電機(jī)輸入變化的轉(zhuǎn)速控制子程序的實(shí)施例。其中，從步驟300到步驟306a與第1實(shí)施例中的圖10基本相同，故在此就不再累述。在步驟311中調(diào)出在載波信號(hào)中斷子程序中求出的有效電流Ia，接下來(lái)，進(jìn)到步驟312求出電機(jī)輸入Pin，進(jìn)到步驟313。如果在步驟313中判斷到電機(jī)輸入發(fā)生下降、電機(jī)輸入低于規(guī)定值的話，即建立起低值標(biāo)志，然后使子程序?qū)崿F(xiàn)返回。
當(dāng)電機(jī)輸入下降標(biāo)志被建立時(shí)，即斷定吸入了空氣；如果正在進(jìn)行清洗操作，則使電機(jī)停止，進(jìn)行補(bǔ)充進(jìn)水。如果進(jìn)行多次操作后即使進(jìn)行補(bǔ)充進(jìn)水還是檢測(cè)到有空氣吸入的話，則判定發(fā)生了異常，使操作中止、或者使電機(jī)反轉(zhuǎn)，進(jìn)行除去排水閥中的異物等操作，以防止加熱器發(fā)生空載現(xiàn)象。
另一方面，在進(jìn)行排水操作時(shí)，通過(guò)輸入低于規(guī)定值可以判斷出吸入了空氣，這樣，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，可以降低排水時(shí)的噪聲。
本發(fā)明由于可以在瞬間檢測(cè)出電機(jī)輸入功率及轉(zhuǎn)矩變化等電機(jī)負(fù)載的變化，故非常適合于在洗衣機(jī)或洗衣干衣機(jī)進(jìn)行脫水操作時(shí)通過(guò)檢測(cè)轉(zhuǎn)矩變化來(lái)檢測(cè)衣物的不平衡狀態(tài)。
(實(shí)施例3)圖17為第3實(shí)施例中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的控制裝置的方框圖，該控制裝置對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行檢測(cè)后，對(duì)無(wú)功電流Isinφ進(jìn)行控制，從而使工作效率達(dá)到最大。
圖17對(duì)第2實(shí)施例中的圖13中所示的方框圖進(jìn)行了一部分改進(jìn)，故下面只對(duì)改進(jìn)了的部分進(jìn)行說(shuō)明。其中，變頻器的輸出電功率計(jì)算裝置77從變頻器輸出電壓Va和有效電流Ia計(jì)算出變頻器輸出電功率亦即電機(jī)輸入功率，所述電機(jī)輸入信號(hào)和驅(qū)動(dòng)頻率信號(hào)被加到轉(zhuǎn)矩電流計(jì)算裝置79上，再根據(jù)公式6求出電機(jī)轉(zhuǎn)矩電流Iq。
有效電流計(jì)算裝置80從公式2求出電機(jī)電流矢量絕對(duì)值Im，電機(jī)電流比較裝置81將轉(zhuǎn)矩電流Iq和電機(jī)電流矢量絕對(duì)值Im進(jìn)行比較，無(wú)功電流改變裝置82根據(jù)Im和Iq之間的差值信號(hào)來(lái)改變無(wú)功電流設(shè)定值Isinφ。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)Im相對(duì)于Iq增加時(shí)，使Isinφ的設(shè)定值減少，當(dāng)Im相對(duì)于Iq減少時(shí)，則使Isinφ的設(shè)定值增加，從而將Im和Iq控制成基本相同。由于通過(guò)控制Isinφ使圖5中所示的I和Iq變得基本相等，I與q軸為同軸，因此可以達(dá)到與矢量控制相同的最大操作效率。
在進(jìn)行將電機(jī)電流矢量絕對(duì)值Im和轉(zhuǎn)矩電流Iq控制成基本相同的操作時(shí)，在起動(dòng)時(shí)的高轉(zhuǎn)矩操作期間要想實(shí)現(xiàn)這樣的控制是比較困難的，因此，最好在起動(dòng)時(shí)不進(jìn)行這樣的控制，而是在轉(zhuǎn)速基本達(dá)到一定后再執(zhí)行控制循環(huán)。另外，比起負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化大的洗碗機(jī)水泵電機(jī)來(lái)，本實(shí)施例更適合于對(duì)空調(diào)器的壓縮機(jī)、風(fēng)扇電機(jī)等或者滾筒式洗衣機(jī)中的滾筒等進(jìn)行旋轉(zhuǎn)控制。
綜上所述，本發(fā)明在檢測(cè)3相變頻器輸出電流、進(jìn)行3相→2相變換后，通過(guò)向變頻器電路輸出電壓的基軸進(jìn)行座標(biāo)變換來(lái)控制電機(jī)無(wú)功電流或電流相位，可以使直流無(wú)刷電機(jī)(永久磁鐵式同步電機(jī))實(shí)現(xiàn)無(wú)傳感器正弦波驅(qū)動(dòng)。此外，從變頻器的輸出功率或輸出電壓可以檢測(cè)出負(fù)載狀態(tài)。
由于本發(fā)明在瞬間就可以檢測(cè)出變頻器輸出電功率亦即電機(jī)輸入及電機(jī)的負(fù)載狀態(tài)，因此可以實(shí)現(xiàn)與矢量控制相同的控制，從而可以使操作效率達(dá)到最大，實(shí)現(xiàn)與負(fù)載相適應(yīng)的最佳控制。
此外，本發(fā)明還可以在瞬間檢測(cè)出負(fù)載變化，從而可以對(duì)水泵的空氣吸入情況進(jìn)行檢測(cè)，以及可以從電機(jī)的轉(zhuǎn)矩變化檢測(cè)出洗衣機(jī)中的脫水兼洗滌桶及旋轉(zhuǎn)滾筒等的負(fù)載不平衡情況。
此外，電機(jī)的失步檢測(cè)也很容易進(jìn)行，在產(chǎn)生失步的場(chǎng)合下可以進(jìn)行異常報(bào)警或者通過(guò)改變無(wú)功電流等驅(qū)動(dòng)條件后進(jìn)行再起動(dòng)，可以使旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定化。
另外，在現(xiàn)有的無(wú)傳感器正弦波驅(qū)動(dòng)方式中，進(jìn)行位置推定的計(jì)算非常復(fù)雜，處理器的的負(fù)擔(dān)很大；此外，為了求出進(jìn)行位置推定計(jì)算所必須的電機(jī)參數(shù)，需要進(jìn)行各種試驗(yàn)、花費(fèi)的時(shí)間很長(zhǎng)。與此相反，采用本發(fā)明的話，由于無(wú)需進(jìn)行位置推定，處理器的計(jì)算步驟可以減少，計(jì)算數(shù)據(jù)的位數(shù)也可以減少，也幾乎不需要電機(jī)參數(shù)，并且可以自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)最大操作效率。因此，可以減輕處理器的負(fù)擔(dān)，能夠?qū)崿F(xiàn)與矢量控制相同的控制，從而實(shí)現(xiàn)低成本的、可以實(shí)現(xiàn)無(wú)傳感器正弦波驅(qū)動(dòng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置。
特別是，在洗衣干衣機(jī)及餐具洗滌清洗機(jī)的電機(jī)控制和操作過(guò)程控制中需要復(fù)雜的程序，此外，還需要將載波頻率設(shè)置成超聲波頻率以減少噪聲，因此，在現(xiàn)有的無(wú)傳感器正弦波驅(qū)動(dòng)方式中，控制處理器的程序量和計(jì)算性能負(fù)擔(dān)非常大，需要昂貴的處理器，而采用本發(fā)明的話，通過(guò)廉價(jià)的處理器就可以實(shí)現(xiàn)與無(wú)傳感器矢量控制相同的性能，從而可以降低洗衣干衣機(jī)及餐具洗滌清洗機(jī)的造價(jià)。
另外，上面雖然以SPM電機(jī)為主進(jìn)行了說(shuō)明，但是很顯然的是，本發(fā)明也可以適用于鐵心轉(zhuǎn)子內(nèi)埋設(shè)有永久磁鐵的IPM電機(jī)。
另外，通過(guò)將變頻器輸出電壓和輸出電流的相位或有效電流Icosφ控制成一定的話，也可以達(dá)到同樣的效果。
如上所述，本發(fā)明的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)整流電路將交流電變換成直流電，通過(guò)變頻器電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)，通過(guò)電流檢測(cè)裝置檢測(cè)出變頻器電路的輸出電流，對(duì)變頻器電路進(jìn)行脈寬調(diào)制控制以達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速，并將變頻器電路輸出電壓、電流相位或無(wú)功電流控制成規(guī)定值，通過(guò)變頻器電路輸出電壓或輸出功率對(duì)負(fù)載狀態(tài)進(jìn)行判斷。因此，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)異常情況及轉(zhuǎn)矩變化很容易檢測(cè)到，不但可以用于實(shí)施例中所示出的餐具清洗機(jī)的水泵電機(jī)中，而且也可以適用于空調(diào)器的壓縮機(jī)電機(jī)、風(fēng)扇電機(jī)及洗衣機(jī)、洗衣干衣機(jī)中的脫水兼洗滌桶及旋轉(zhuǎn)滾筒的旋轉(zhuǎn)控制。
權(quán)利要求
1.一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于包括交流電源；將所述交流電源的交流電變換成直流電的整流電路；將所述整流電路的直流電變換成交流電的變頻器電路；由所述變頻器電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的電機(jī)；用于檢測(cè)所述變頻器電路的輸出電流的電流檢測(cè)裝置；和通過(guò)所述電流檢測(cè)裝置的輸出信號(hào)對(duì)所述變頻器電路進(jìn)行脈寬調(diào)制控制，從而控制所述電機(jī)使其轉(zhuǎn)速成為設(shè)定值的控制裝置，其中，所述控制裝置將所述變頻器電路的輸出電壓和輸出電流的相位或者無(wú)功電流控制規(guī)定值，從所述變頻器電路的輸出電壓或輸出功率對(duì)負(fù)載狀態(tài)進(jìn)行判斷。
2.如權(quán)利要求1所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于所述控制裝置通過(guò)V/f控制方式將變頻器電路的輸出電壓和輸出電流的相位或者無(wú)功電流控制成規(guī)定值，并從V/f控制值對(duì)負(fù)載狀態(tài)進(jìn)行判斷。
3.如權(quán)利要求1所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于控制裝置通過(guò)變頻器電路的輸出電壓或輸出電功率檢測(cè)出電機(jī)負(fù)載狀態(tài)，且可以使所述變頻器電路的輸出電壓和輸出電流的相位、或無(wú)功電流發(fā)生變化。
4.如權(quán)利要求1所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于所述控制裝置通過(guò)變頻器電路的輸出電壓或輸出功率檢測(cè)出電機(jī)負(fù)載狀態(tài)，且可以使電機(jī)驅(qū)動(dòng)條件發(fā)生變化。
5.如權(quán)利要求1所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于所述控制裝置通過(guò)變頻器電路的輸出功率和驅(qū)動(dòng)頻率對(duì)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩進(jìn)行判斷。
6.如權(quán)利要求1所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于所述控制裝置通過(guò)變頻器電路的輸出功率和驅(qū)動(dòng)頻率判斷負(fù)載轉(zhuǎn)矩，且根據(jù)所述負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。
7.如權(quán)利要求1所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于所述控制裝置通過(guò)變頻器電路的輸出功率和驅(qū)動(dòng)頻率來(lái)判斷負(fù)載轉(zhuǎn)矩，且根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩對(duì)所述變頻器電路的輸出電壓和輸出電流的相位、或無(wú)功電流進(jìn)行控制。
8.如權(quán)利要求1所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于所述控制裝置通過(guò)變頻器電路的輸出電壓或輸出功率來(lái)檢測(cè)出電機(jī)的旋轉(zhuǎn)異常情況，并在使所述變頻器電路的輸出電壓和輸出電流的相位或無(wú)功電流發(fā)生改變后，使所述電機(jī)進(jìn)行再起動(dòng)。
9.如權(quán)利要求1所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于所述控制裝置通過(guò)變頻器電路的輸出電壓或輸出功率來(lái)檢測(cè)出電機(jī)的旋轉(zhuǎn)異常情況，并在改變所述變頻器電路的起動(dòng)條件后，使所述電機(jī)進(jìn)行再起動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明為一種采用簡(jiǎn)化的無(wú)傳感器正弦波驅(qū)動(dòng)方式、能夠檢測(cè)出電機(jī)負(fù)載狀態(tài)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置。其中，交流電(1)通過(guò)整流電路(2)變換成直流電，通過(guò)變頻器電路(3)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(4)，通過(guò)電流檢測(cè)裝置(5)檢測(cè)出變頻器電路(3)的輸出電流，在設(shè)定轉(zhuǎn)速下將無(wú)功電流控制成規(guī)定值。另外，通過(guò)變頻器電路輸出電壓或輸出電功率可以判斷出負(fù)載狀態(tài)。
文檔編號(hào)H02P6/14GK1641995SQ20051000383
公開(kāi)日2005年7月20日 申請(qǐng)日期2005年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月16日
發(fā)明者木內(nèi)光幸, 鈴木將大, 中田秀樹(shù), 吉岡包晴 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社