專利名稱：無傳感器交流電動機的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種不使用檢測交流電動機的速度及磁極位置的傳感器，控制交流電動機的無傳感器交流電動機的控制裝置。
背景技術(shù)：
作為現(xiàn)有的電動機的無傳感器交流電動機的控制裝置，有觀測者(observer)方 式、使用電動機參數(shù)的方式等。此外，最近在專利第4022630號公報(專利文獻1)中公開有 含交流電動機的各種交流驅(qū)動設(shè)備的控制所需的參數(shù)少的無傳感器控制裝置。在專利文獻 1的圖2-1及圖2-2所示的控制裝置中，控制裝置包括功率變換器、電流檢測器、決定功率 變換器的運轉(zhuǎn)頻率的頻率運算部、通過積分根據(jù)頻率運算部的輸出求出相位角信號并輸出 的積分運算部、正交二軸轉(zhuǎn)換部、二軸電流調(diào)節(jié)部、PWM信號產(chǎn)生部、根據(jù)PWM信號控制功率 變換器的PWM控制器。正交二軸轉(zhuǎn)換部根據(jù)電流檢測器的檢測信號及積分運算部的相位角 信號，通過正交二軸轉(zhuǎn)換來計算有效成分及無效成分的二軸電流并進行輸出。二軸電流設(shè) 定部輸出二軸電流的有效成分的指令值和無效成分的指令值。二軸電流調(diào)節(jié)部由正交二軸 轉(zhuǎn)換部的輸出和二軸電流設(shè)定部的輸出之差計算誤差量，并輸出與每個二軸成分的誤差量 相應(yīng)的振幅指令值。PWM信號產(chǎn)生部根據(jù)二軸電流調(diào)節(jié)部的輸出及積分運算部的相位角信 號，生成控制功率變換器的PWM信號。而且，在專利文獻1所示的控制裝置中，由于無傳感 器化，所以頻率運算部決定功率變換器的運轉(zhuǎn)頻率，以便將作為二軸電流調(diào)節(jié)部的輸出的 振幅指令值之中對應(yīng)無效成分電流的振幅指令值引導(dǎo)為零。具體地，為了交流電動機(同 步電動機、感應(yīng)電動機等)的控制，將增益值KG和作為二軸電流調(diào)節(jié)部的輸出的振幅指令 值之中、對應(yīng)于有效成分電流的振幅指令值相乘后得到的值，決定為功率變換器的運轉(zhuǎn)頻 率，其中，增益值KG由從對應(yīng)于無效成分電流的振幅指令值中求出的感應(yīng)電壓常數(shù)的倒數(shù) 構(gòu)成。專利文獻1 JP專利第4022630號公報

發(fā)明內(nèi)容
在專利文獻1所示的無傳感器交流電動機的控制裝置中，如果由于任何的原因而 使得從控制裝置的積分運算部輸出的磁極位置θ和實際的電動機的磁極位置θ大大偏 離，則會失去同步、沒有扭矩，電動機會停止。而且，如果沒有迅速檢測出電動機失去同步， 則擔(dān)心會影響正在使用的機械系統(tǒng)，并損壞機械部件。但是，在專利文獻1中所示的控制裝 置中沒有這種保護功能。本發(fā)明的目的在于，提供一種能迅速檢測出控制異常并進行保護的無傳感器交流 電動機控制裝置。本發(fā)明的無傳感器交流電動機控制裝置包括功率變換器、電流檢測器、頻率運算 部、積分運算部、正交二軸轉(zhuǎn)換部、二軸電流設(shè)定部、二軸電流調(diào)節(jié)部、控制信號產(chǎn)生部、和 PWM控制器。功率變換器連接在直流電路和交流電動機之間，具有開關(guān)元件，進行直流-交流功率變換。電流檢測器檢測從功率變換器輸出的電流。頻率運算部決定功率變換器的運 轉(zhuǎn)頻率并輸出運轉(zhuǎn)頻率信號。積分運算部通過積分由頻率運算部的輸出來求出相位角信號 并輸出。正交二軸轉(zhuǎn)換部根據(jù)電流檢測器的檢測信號及積分運算部的相位角信號，通過正 交二軸轉(zhuǎn)換來計算有效成分及無效成分的二軸電流并輸出。二軸電流設(shè)定部輸出根據(jù)速度 指令和由功率變換器的運轉(zhuǎn)頻率推定出的推定速度決定的二軸電流的有效成分的指令值 和無效成分的指令值。二軸電流調(diào)節(jié)部由正交二軸轉(zhuǎn)換部的輸出和二軸電流設(shè)定部的輸出 之差來計算誤差量，并輸出與每個二軸成分的誤差量相應(yīng)的振幅指令值。控制信號產(chǎn)生部 根據(jù)二軸電流調(diào)節(jié)部的輸出及積分運算部的相位角信號，生成用于控制功率變換器的控制 信號。PWM控制器對控制信號進行PWM調(diào)制，并向功率變換器輸出驅(qū)動信號。頻率運算部為 了決定功率變換器的運轉(zhuǎn)頻率，以便將作為二軸電流調(diào)節(jié)部的輸出的振幅指令值之中對應(yīng) 于無效成分電流的振幅指令值引導(dǎo)為零，而將增益值KG和作為二軸電流調(diào)節(jié)部的輸出的 振幅指令值之中、對應(yīng)于有效成分電流的振幅指 令值相乘后得到的值，決定為功率變換器 的運轉(zhuǎn)頻率，其中，增益值KG由根據(jù)對應(yīng)于無效成分電流的振幅指令值求出的感應(yīng)電壓常 數(shù)的倒數(shù)構(gòu)成。特別地，在本發(fā)明中，控制裝置包括根據(jù)速度指令來計算增益值KG的閾值的閾 值計算部、和無傳感器控制異常檢測部。無傳感器控制異常檢測部對在頻率運算部中使用 的增益值KG和閾值進行比較，當(dāng)增益值KG超過閾值達(dá)到預(yù)定的時間時，判定為控制異常并 輸出警報信號。由于本發(fā)明無傳感器化而著眼于調(diào)整(改變)增益值KG，在增益值KG呈現(xiàn) 出異常的值的情況下，通過輸出警報信號，使PWM控制器停止來發(fā)揮保護功能。


圖1是表示以無傳感器方式控制作為交流電動機的一種的同步電動機的本發(fā)明 的無傳感器交流電動機控制裝置的一個實施方式的結(jié)構(gòu)圖。圖2是表示閾值和增益值之間關(guān)系的曲線圖。符號說明1 同步電動機2 二軸電流設(shè)定部3 二軸電流調(diào)節(jié)部4 頻率運算部5 積分運算部6 坐標(biāo)變換器(控制信號產(chǎn)生部)7 電流檢測器8 作為正交二軸轉(zhuǎn)換部的坐標(biāo)變換部9 PWM 控制器10 功率變換器11 振蕩器12 無傳感器控制異常檢測部
具體實施例方式下面，參照附圖，詳細(xì)地說明本發(fā)明的無傳感器交流電動機控制裝置的實施方式。 圖1是表示以無傳感器方式控制作為交流電動機的一種的同步電動機1的本發(fā)明的無傳感 器交流電動機控制裝置的一個實施方式的結(jié)構(gòu)圖。同步電動機(馬達(dá))1包括永久磁鐵被 固定在轉(zhuǎn)子芯的表面而形成轉(zhuǎn)子磁極(動子磁極)的轉(zhuǎn)子、和具有將三相的電樞線圈卷繞 在定子芯上而構(gòu)成的定子磁極的定子。根據(jù)上述的專利文獻1所記載的公知技術(shù)，以無傳 感器方式?jīng)Q定同步電動機1的轉(zhuǎn)子磁極的位置θ “相對于同步電動機1的轉(zhuǎn)子(動子)的 定子的相對位置”。在本實施方式的控制裝置中，包括二軸電流設(shè)定部2、二軸電流調(diào)節(jié)部3、頻率運 算部4、積分運算部5、構(gòu)成控制信號產(chǎn)生部的坐標(biāo)變換器6、電流檢測器7、作為正交二軸轉(zhuǎn) 換部的坐標(biāo)變換部8、PWM控制器9、功率變換器10、振蕩器11、和無傳感器控制異常檢測部 12。功率變換器10連接在未圖示的直流電路和同步電動機(交流電動機)1之間，具有開 關(guān)元件，進行直流_交流功率變換。電流檢測器7從由功率變換器10輸出的三相交流電流 中檢測2相的交流電流IU及IV。正交二軸轉(zhuǎn)換部8以具有基于電流檢測器7的檢測信號 IU及IV以及積分運算部5的相位角信號的相位角的正弦波信號sin及余弦波信號cos作 為輸入，通過正交二軸轉(zhuǎn)換，計算有效成分及無效成分的二軸電流I S F及I γ F并輸出。二 軸電流設(shè)定部2以由未圖示的速度指令產(chǎn)生部輸出的速度指令和由頻率運算部4輸出的推 定頻率(推定速度)之差作為輸入，由生成二軸電流的有效成分的指令值I S c的速度控制 器21、和輸出二軸電流的無效成分的指令值I γ c的指令發(fā)生器22構(gòu)成。二軸電流調(diào)節(jié)部3由作為正交二軸轉(zhuǎn)換部的坐標(biāo)變換部8的輸出(I δ F及I γ F) 和二軸電流設(shè)定部2的輸出(二軸電流的有效成分的指令值I δ c和二軸電流的無效成分 的指令值I Y c)之差計算誤差量，并通過電流控制器31及32輸出作為與每個二軸成分的 誤差量相應(yīng)的電壓指令的振幅指令值(V δ c及V δ c)。坐標(biāo)變換器6根據(jù)二軸電流調(diào)節(jié)部 3的輸出(V δ c及V δ c)及由積分運算部5輸出的相位角信號，以振蕩器11輸出的正弦波 信號sin及余弦波信號cos作為輸入，通過坐標(biāo)變換生成三相的控制信號(VUC、VVC、VWC)。 在本實施方式中，坐標(biāo)變換器6構(gòu)成控制信號產(chǎn)生部。PWM控制器9對三相的控制信號進行 PWM調(diào)制，輸出功率變換器10的驅(qū)動信號，通過向功率變換器10對馬達(dá)1施加電壓。頻率運算部4決定功率變換器10的運轉(zhuǎn)頻率ω，以便將作為二軸電流調(diào)節(jié)部3的 輸出的振幅指令值之中對應(yīng)于無效成分電流的振幅指令值Vyc引導(dǎo)為零。具體地，速度推 定控制器41輸出由從對應(yīng)于無效成分電流的振幅指令值V γ c中求出的感應(yīng)電壓常數(shù)的倒 數(shù)構(gòu)成的增益值KG。而且，頻率運算部4輸出增益值KG和作為二軸電流調(diào)節(jié)部3的輸出的 振幅指令值之中、對應(yīng)于有效成分電流的振幅指令值V δ c相乘后得到的值，作為功率變換 器10的運轉(zhuǎn)頻率(電動機的推定速度)ω。再有，由于在專利文獻1中詳細(xì)說明了關(guān)于將 增益值KG和對應(yīng)于有效成分電流的振幅指令值V δ c相乘后得到的值作為功率變換器10 的運轉(zhuǎn)頻率(電動機的推定速度)ω的情況(能以無傳感器方式推定運轉(zhuǎn)頻率)，所以省略 說明。積分運算部5通過對頻率運算部4的輸出ω進行積分，計算相位角信號(表示磁極 位置的信號)θ并輸出。增益(參數(shù))KG由于表示感應(yīng)電壓常數(shù)的倒數(shù)，所以如果將增益 值KG乘以成為與電動機旋轉(zhuǎn)速度成比例的值所表示的δ軸電壓指令的振幅指令值V δ c， 則能推定電動機1的速度。
在本實施方式中，包括由基于速度指令計算增益值KG的閾值的閾值計算部13和比較部14構(gòu)成的無傳感器控制異常檢測部12。無傳感器控制異常檢測部12用比較部14 對在頻率運算部4中使用的增益值KG和閾值RV進行比較，當(dāng)增益值KG超過閾值RV達(dá)到 預(yù)定的時間時，判定為控制異常并輸出警報信號。在此，閾值計算部13結(jié)構(gòu)為，事先通過試 驗來測定速度指令和正常的增益值KG之間的關(guān)系，使在其結(jié)果上附加了允許范圍后得到 的值成為運算式或作為數(shù)據(jù)保存，每當(dāng)速度指令變化時，輸出對應(yīng)的閾值。此外，上述的“預(yù) 定的時間”也通過事前的試驗來決定。另外，在本實施方式中，設(shè)30ms為“預(yù)定的時間”。在本實施方式中，在頻率運算時，著眼于調(diào)整(改變)增益值KG，在增益值KG表現(xiàn) 出異常的值的情況下，發(fā)出警報信號。作為保護功能，例如，一旦輸出警報信號，PWM控制器 9就停止控制工作。其結(jié)果，同步電動機停止旋轉(zhuǎn)。由于速度推定控制器41具有某一程度 大小的增益，所以在無傳感器控制異常時，電動機速度下降，成為δ軸電壓指令的振幅指 令值V δ c減少。因此，為了修正此減少，速度推定控制器41迅速地將增益值KG的值變更 為其上限側(cè)。通過比較部14檢測此變更幅度變大，就能迅速地檢測無傳感器控制異常。工業(yè)實用性根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)作為無傳感器控制的參數(shù)的增益值KG成為閾值以上超過預(yù)定 的時間來檢測無傳感器控制異常。由此，在無傳感器控制中產(chǎn)生異常的時候，也能迅速地檢 測無傳感器控制異常，能實現(xiàn)不影響正在使用的機械系統(tǒng)的安全的無傳感器控制裝置。
權(quán)利要求
一種無傳感器交流電動機的控制裝置，包括功率變換器，其連接在直流電路和交流電動機之間，具有開關(guān)元件，進行直流-交流功率變換；電流檢測器，其檢測從上述功率變換器輸出的電流；頻率運算部，其決定上述功率變換器的運轉(zhuǎn)頻率，并輸出運轉(zhuǎn)頻率信號；積分運算部，其通過積分由上述頻率運算部的輸出來求出相位角信號并輸出；正交二軸轉(zhuǎn)換部，其根據(jù)上述電流檢測器的檢測信號及上述積分運算部的相位角信號，通過正交二軸轉(zhuǎn)換來計算有效成分及無效成分的二軸電流并輸出；二軸電流設(shè)定部，其輸出根據(jù)速度指令和由上述功率變換器的運轉(zhuǎn)頻率推定出的推定速度決定的上述二軸電流的有效成分的指令值和無效成分的指令值；二軸電流調(diào)節(jié)部，其由上述正交二軸轉(zhuǎn)換部的輸出和上述二軸電流設(shè)定部的輸出之差來計算誤差量，并輸出與每個二軸成分的誤差量相應(yīng)的振幅指令值；控制信號產(chǎn)生部，其根據(jù)上述二軸電流調(diào)節(jié)部的輸出及積分運算部的相位角信號，輸出控制上述功率變換器的控制信號；以及PWM控制器，其對上述控制指令進行PWM調(diào)制，并向上述功率變換器輸出驅(qū)動信號，上述頻率運算部為了決定上述功率變換器的運轉(zhuǎn)頻率以便將作為上述二軸電流調(diào)節(jié)部的輸出的振幅指令值之中對應(yīng)于無效成分電流的振幅指令值引導(dǎo)為零，而將增益值和作為上述二軸電流調(diào)節(jié)部的輸出的振幅指令值之中的對應(yīng)于有效成分電流的振幅指令值相乘后得到的值作為上述功率變換器的運轉(zhuǎn)頻率，其中，上述增益值由根據(jù)對應(yīng)于上述無效成分電流的振幅指令值求出的感應(yīng)電壓常數(shù)的倒數(shù)構(gòu)成，該無傳感器交流電動機的控制裝置具有無傳感器控制異常檢測部，該無傳感器控制異常檢測部包括閾值計算部，其根據(jù)上述速度指令來計算上述增益值的閾值；和比較部，其對在上述頻率運算部中使用的上述增益值和上述閾值進行比較，如果上述增益值超過上述閾值達(dá)到預(yù)定的時間，則判定為控制異常并輸出警報信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無傳感器交流電動機的控制裝置，其特征在于， 上述PWM控制器根據(jù)上述警報信號停止控制工作。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能迅速檢測出控制異常并進行保護的無傳感器交流電動機控制裝置。該裝置包括無傳感器控制異常檢測部(12)，該無傳感器控制異常檢測部(12)由基于速度指令來計算增益值KG的閾值的閾值計算部(13)和比較部(14)構(gòu)成。無傳感器控制異常檢測部(12)利用比較部(14)對在頻率運算部(4)中使用的增益值KG和閾值RV進行比較，當(dāng)增益值KG超過閾值RV達(dá)到預(yù)定的時間時，判定為控制異常并輸出警報信號。
文檔編號H02P6/18GK101834553SQ201010127668
公開日2010年9月15日 申請日期2010年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月9日
發(fā)明者井出勇治, 山崎悟史 申請人:山洋電氣株式會社