專利名稱：感應電動機的控制裝置和控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及感應電動機的控制裝置和控制方法，特別涉及通過矢量控制而被控制的感應電動機的控制裝置和控制方法。
背景技術：
以往，作為感應電動機的控制裝置，對以下的感應電動機的控制裝置作了各種提案，該感應電動機的控制裝置具有反相電路，其向感應電動機提供三相驅(qū)動電路；和PWM 電路，其向該反相電路提供正弦波的PWM信號，其中，根據(jù)來自外部的速度指令信號和磁通指令信號向PWM電路輸出控制信號。(例如，參照專利文獻1和專利文獻2)圖7是示出現(xiàn)有的感應電動機的控制裝置的結構的框圖。圖7所示的感應電動機的控制裝置100(以下稱為控制裝置100)是與三相交流電源101和感應電動機(IM) 106連接、且控制感應電動機106的控制裝置，并具有二極管整流電路102，平滑電路103，反相電路104，PWM選通信號生成器105，脈沖發(fā)生器(PG)傳感器107，電流傳感器108，三相/ 二相坐標轉(zhuǎn)換器109，二相/dq坐標轉(zhuǎn)換器110，磁通估計器111，速度估計器112，反饋速度切換器113，滑動運算器114，積分器115，磁通PI控制器116，磁通電流PI控制器117，速度PI 控制器118，扭矩電流PI控制器119，dq/ 二相坐標轉(zhuǎn)換器120，以及二相/三相坐標轉(zhuǎn)換器 121?？刂蒲b置100以磁通指令值Φ/和速度指令值；為目標，使用反相電路104來驅(qū)動感應電動機106。另外，反相電路104的功能由電源開關元件來實現(xiàn)，而以下所述的各功能由采用 CPU (Central Processing Unit，中央處理單元)、ROM (Read OnlyMemory，只讀存儲器)、RAM (Random Access Memory，隨機存取存儲器)等構成的計算機、以及存儲在ROM、 RAM等內(nèi)的程序來實現(xiàn)?？刂蒲b置100首先利用偏差運算部122運算磁通指令值Φ /和由磁通估計器111 所估計的磁通估計值Φ/之間的偏差Δ ΦΛ，所獲得的偏差Δ 被輸入到磁通PI控制器 116。磁通PI控制器116根據(jù)所輸入的偏差Δ 生成磁通電流指令值I/。然后，利用偏差運算部123運算磁通電流指令值I/和從二相/dq坐標轉(zhuǎn)換器110所輸出的d軸的磁通電流id之間的偏差AId，所獲得的偏差Δ Id被輸入到磁通電流PI控制器117。磁通電流 PI控制器117根據(jù)所輸入的偏差Δ Id生成d軸電壓指令V/。另一方面，控制裝置100利用偏差運算部IM運算速度指令值ω:和由速度估計器112所估計的速度估計值ωω~或者由脈沖發(fā)生器傳感器107所檢測的速度間的偏差Δωω，所獲得的偏差Δ ωω被輸入到速度PI控制器118。速度PI控制器118根據(jù)所輸入的偏差Δ ωω生成扭矩電流指令值It；。然后，利用偏差運算部125運算扭矩電流指令值 It；和從二相/dq坐標轉(zhuǎn)換器110所輸出的q軸的扭矩電流、之間的偏差Δ Iq，所獲得的偏差Δ Iti被輸入到扭矩電流PI控制器119。扭矩電流PI控制器119根據(jù)所輸入的偏差AIq 生成q軸電壓指令V:。從磁通電流PI控制器117所輸出的d軸電壓指令V/、和從扭矩電流PI控制器119所輸出的q軸電壓指令V:被輸入到dq/ 二相坐標轉(zhuǎn)換器120。dq/ 二相坐標轉(zhuǎn)換器120根據(jù)d軸電壓指令V/、q軸電壓指令V/、和從積分器115所輸出的相位角Θ，輸出α軸、β 軸的二相電壓指令V/、V/。二相電壓指令V/、V/被輸入到二相/三相坐標轉(zhuǎn)換器121。 二相/三相坐標轉(zhuǎn)換器121根據(jù)所輸入的二相電壓指令V/、V/生成U相、V相、W相的三相電壓指令νΛ νΛ νΛ所生成的三相電壓指令νΛ νΛ V；被輸入到PWM(Pulse Width Modulation，脈寬調(diào)制)選通信號生成器105。PWM選通信號生成器105通過PWM控制，根據(jù)三相電壓指令νΛνΛ V/控制反相電路104的輸出電壓。在圖7的結構圖中，三相感應電動機106與控制裝置100連接，電流傳感器108檢測感應電動機106的W相的電流iw和U相的電流iu。另外，該電流傳感器108檢測三相(U 相、V相、W相)中的二相(W相、U相)的電流iw、iu，然而由于三相電流的和是零，因而唯一決定另一相(V相)的電流iv。并且，感應電動機106的速度ωω由脈沖發(fā)生器傳感器107 檢測。由電流傳感器108所檢測的電流iw、iu被輸入到三相/ 二相坐標轉(zhuǎn)換器109。三相/ 二相坐標轉(zhuǎn)換器109根據(jù)電流iw、‘進行三相/ 二相坐標轉(zhuǎn)換，生成α軸、β軸的二相電流ia、ie，將其輸出到二相/dq坐標轉(zhuǎn)換器110。二相/dq坐標轉(zhuǎn)換器110根據(jù)二相電流ia、ie、和從積分器115所輸出的相位角θ，輸出d軸的磁通電流id和q軸的扭矩電流^另一方面，磁通估計器111根據(jù)從dq/ 二相坐標轉(zhuǎn)換器120輸出的二相電壓指令 V/、V/、和從三相/ 二相坐標轉(zhuǎn)換器109所輸出的二相電流ia、ie生成α軸、β軸的磁通估計值Φ/、Φ廠，將其輸出到速度估計器112。速度估計器112根據(jù)磁通估計值Φ/、 Φ廠生成速度估計值ωω~。反饋速度切換器113是這樣的開關可選擇是使用速度估計值 ωω~、還是使用由脈沖發(fā)生器傳感器107所檢測的速度ωω作為反饋使用的速度信號來進行切換?；瑒舆\算器114根據(jù)從磁通PI控制器116所輸出的磁通電流指令值I/、和從速度PI控制器118所輸出的扭矩電流指令值I/，運算感應電動機106的滑動速度估計值ω3， 運算器126輸入速度估計值ω/、或者速度ωω和滑動速度估計值cos，運算ωπ"+ω3 或者ωε= ωω+ω3，輸出電源角頻率(反相電路輸出角頻率)ωε。該0^由積分器115轉(zhuǎn)換為相位角θ，被輸入到二相/dq坐標轉(zhuǎn)換器110和dq/ 二相坐標轉(zhuǎn)換器120。如上所述，以往，在以低損失控制感應電動機(電動機)106的情況下，使用分別控制磁通和扭矩的矢量控制。關于扭矩，通過在脈沖發(fā)生器傳感器107檢測感應電動機106的速度，或者運算速度估計值ωω~以及使用電動機參數(shù)和二相電壓指令V/、V/、和從感應電動機106的電流iw、iu獲得的二相電流“、ie所估計的磁通估計值Φ/、Φ/，來反饋感應電動機106的速度信號(ω/或 ωω)，對與速度指令值；之間的偏差Δ ωω進行PI (比例積分)控制，從而生成扭矩電流指令值ΙΛ另一方面，關于磁通，通過根據(jù)從感應電動機 106的勵磁電流運算出的基本磁通指令值Φ/和磁通估計值Φ/之間的偏差Δ 進行PI 控制，來生成磁通電流指令值ΦΛ根據(jù)各電流指令值I:、I；與對感應電動機106的電流 iw、iu進行坐標轉(zhuǎn)換所獲得的旋轉(zhuǎn)坐標(q軸、d軸)上的電流i,、id之間的偏差Δ、、AId 進行PI控制，生成電壓指令值V:、V；,最終轉(zhuǎn)換為三相交流的電壓指令值νΛ V/、V；,生成 PWM選通信號，控制反相電路104的開關動作，驅(qū)動感應電動機106。
專利文獻1日本特開2000-308400號公報專利文獻2日本特開2001-037300號公報然而，在現(xiàn)有的感應電動機的控制裝置中，具有的問題是感應電動機在接近額定負載的狀態(tài)下運轉(zhuǎn)時為低損失運轉(zhuǎn)，而在輕負載狀態(tài)下，由于勵磁電流不變，因而偏離最大扭矩動作點，損失增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是鑒于上述課題，提供一種即使在輕負載狀態(tài)下也能維持最大扭矩動作點、且可防止損失增大的感應電動機的控制裝置或控制方法。為了達到上述目的，本發(fā)明涉及的感應電動機的控制裝置構成如下。第1感應電動機的控制裝置(對應于權利要求1)，該感應電動機被實施矢量控制， 其特征在于，該控制裝置具有扭矩指令值生成部，其根據(jù)感應電動機的檢測速度或估計速度和速度指令值生成扭矩指令值；以及磁通指令值生成部，其輸入來自扭矩指令值生成部的扭矩指令值，根據(jù)額定扭矩和額定電流生成用于在最大扭矩動作點進行驅(qū)動的磁通指令值。第2感應電動機的控制裝置(對應于權利要求幻，該感應電動機被實施矢量控制， 其特征在于，該控制裝置具有扭矩指令值生成部，其根據(jù)感應電動機的檢測速度或估計速度和速度指令值生成扭矩指令值；磁通指令值生成部，其輸入來自扭矩指令值生成部的扭矩指令值，生成第1磁通指令值；弱磁場磁通指令值生成部，其根據(jù)基本磁通指令值和檢測速度或估計速度生成弱磁場控制時的第2磁通指令值；磁通指令值選擇部，其選擇第1磁通指令值、第2磁通指令值和基本磁通指令值中的任一方；以及扭矩電流指令值生成部，其根據(jù)由磁通指令值選擇部選擇的第1磁通指令值、第2磁通指令值和基本磁通指令值中的任一方和扭矩指令值，生成扭矩電流指令值。第3感應電動機的控制裝置(對應于權利要求3)，其特征在于，在上述結構中，優(yōu)選的是，該控制裝置具有限制第1磁通指令值的上限和下限的限制器。第4感應電動機的控制裝置(對應于權利要求4)，其特征在于，在上述結構中，優(yōu)選的是，基本磁通指令值是根據(jù)感應電動機的勵磁電流獲得的。第5感應電動機的控制裝置(對應于權利要求5)，其特征在于，在上述結構中， 優(yōu)選的是，磁通指令值生成部具有電流指令值運算部，其生成最大扭矩動作點的電流指令值；以及磁通指令換算部，其根據(jù)由電流指令值運算部生成的電流指令值和互電感生成第 1磁通指令值。第1感應電動機的控制方法(對應于權利要求6)，該感應電動機被實施矢量控制， 其特征在于，該控制方法具有扭矩指令值生成步驟，根據(jù)感應電動機的檢測速度或估計速度和速度指令值生成扭矩指令值；以及磁通指令值生成步驟，輸入在扭矩指令值生成步驟獲得的扭矩指令值，根據(jù)額定扭矩和額定電流生成用于在最大扭矩動作點進行驅(qū)動的磁通指令值。第2感應電動機的控制方法(對應于權利要求7)，該感應電動機被實施矢量控制， 其特征在于，該控制方法具有扭矩指令值生成步驟，根據(jù)感應電動機的檢測速度或估計速度和速度指令值生成扭矩指令值；磁通指令值生成步驟，輸入在扭矩指令值生成步驟獲得的扭矩指令值，生成第1磁通指令值；弱磁場磁通指令值生成步驟，根據(jù)基本磁通指令值和檢測速度或估計速度生成弱磁場控制時的第2磁通指令值；磁通指令值選擇步驟，選擇第1 磁通指令值、第2磁通指令值和基本磁通指令值中的任一方；以及扭矩電流指令值生成步驟，根據(jù)由磁通指令值選擇步驟選擇的第1磁通指令值、第2磁通指令值和基本磁通指令值中的任一方和扭矩指令值，生成扭矩電流指令值。第3感應電動機的控制方法(對應于權利要求8)，其特征在于，在上述方法中，優(yōu)選的是，具有限制第1磁通指令值的上限和下限的限制步驟。第4感應電動機的控制方法(對應于權利要求9)，其特征在于，在上述方法中，優(yōu)選的是，基本磁通指令值是根據(jù)感應電動機的勵磁電流獲得的。第5感應電動機的控制方法(對應于權利要求10)，其特征在于，在上述方法中，優(yōu)選的是，磁通指令值生成步驟具有電流指令值運算步驟，生成最大扭矩動作點的電流指令值；和磁通指令換算步驟，根據(jù)由電流指令值運算步驟生成的電流指令值和互電感生成第 1磁通指令值。根據(jù)本發(fā)明，由于具有磁通指令值生成部，該磁通指令值生成部輸入來自扭矩指令值生成部的扭矩指令值，根據(jù)額定扭矩和額定電流生成用于在最大扭矩動作點進行驅(qū)動的磁通指令值，因而可根據(jù)電動機所要求的扭矩指令實時運算成為最大扭矩動作的磁通指令，不進行復雜的增益調(diào)整，可改善輕負載時的效率。并且，由于利用磁通指令值選擇部選擇第1磁通指令值、第2磁通指令值和基本磁通指令值中的任一方，因而可實現(xiàn)的是，即使改變磁通指令，控制也不會不穩(wěn)定。由此，可提供即使在輕負載狀態(tài)下也能維持最大扭矩動作點、可防止損失增大的感應電動機的控制裝置或控制方法。


圖1是示出本發(fā)明的本實施方式涉及的感應電動機的控制裝置的結構的框圖。圖2是本發(fā)明的本實施方式涉及的感應電動機的控制裝置中的低損失控制器的框圖。圖3是示出感應電動機的最大扭矩動作點的圖。圖4是示出磁通指令值的限制范圍的圖。圖5是示出弱磁場控制中的磁通指令值的圖。圖6是示出速度區(qū)域中的磁通指令值可變范圍的圖。圖7是示出現(xiàn)有的感應電動機的控制裝置的結構的框圖。標號說明10 感應電動機的控制裝置；11 扭矩指令值生成部；12 磁通指令值生成部；13 扭矩電流指令值生成部；14 低損失控制器；15 限制器；16 磁通指令選擇器；17 弱磁場磁通指令值運算器；18 磁通指令選擇器控制部；101 三相交流電源；102 二極管整流電路；103 平滑電路；104 反相電路；105 =PWM選通信號生成器；106 感應電動機；107 脈沖發(fā)生器(PG)傳感器；108 電流傳感器；109 三相/ 二相坐標轉(zhuǎn)換器；100 感應電動機的控制裝置；110 二相/dq坐標轉(zhuǎn)換器；111 磁通估計器；112 速度估計器；113 反饋速度切換器；114 滑動運算器；115 積分器；116 磁通PI控制器；117 磁通電流PI控制器；118 速度PI控制器；119 扭矩電流PI控制器；120 :dq/二相坐標轉(zhuǎn)換器；121 二相/三相坐標轉(zhuǎn)換器。
具體實施例方式以下，根據(jù)

本發(fā)明的優(yōu)選實施方式(實施例)。圖1是示出本發(fā)明的本實施方式涉及的感應電動機的控制裝置的結構的框圖?；镜目蚪Y構具有與圖7所示的現(xiàn)有的控制裝置100相同的結構要素，然而作為本發(fā)明的特征的用于進行低損失控制的框被追加給圖7的結構而作了變更。所以，對與圖7所示的現(xiàn)有的控制裝置100相同的構成要素附上相同標號，省略說明。圖1所示的感應電動機的控制裝置10(以下稱為控制裝置10)是與三相交流電源101和感應電動機(IM) 106連接、且控制感應電動機106的控制裝置，并具有二極管整流電路102，平滑電路103，反相電路104，PWM選通信號生成器105，脈沖發(fā)生器(PG)傳感器107，電流傳感器108，三相/ 二相坐標轉(zhuǎn)換器109，二相/dq坐標轉(zhuǎn)換器110，磁通估計器111，速度估計器112，反饋速度切換器113，滑動運算器114，積分器115，磁通PI控制器 116，磁通電流PI控制器117，扭矩電流PI控制器119，dq/ 二相坐標轉(zhuǎn)換器120，以及二相 /三相坐標轉(zhuǎn)換器121。并且，作為本發(fā)明的特征結構，具有具有扭矩指令值生成部11、磁通指令值生成部12和扭矩電流指令值生成部13的低損失控制器14 ；限制器15 ；磁通指令選擇器16 ；弱磁場磁通指令值運算器17 ；以及磁通指令選擇器控制部18。磁通指令選擇器16和磁通指令選擇器控制部18構成磁通指令值選擇部。在現(xiàn)有的感應電動機的矢量控制中，如圖7所示，速度控制的PI控制器118和磁通控制的PI控制器116是獨立的，磁通PI控制器116、速度PI控制器118的輸出為磁通分量(d軸)、扭矩分量(q)軸的電流指令值Id^it；。在本發(fā)明中，從扭矩指令值生成部11和低損失控制器14的磁通指令值生成部12運算第1磁通指令值Φ/?？刂蒲b置10以速度指令值；為目標，使用反相電路104來驅(qū)動感應電動機 106。另外，反相電路104的功能由電源開關元件來實現(xiàn)，而以下所述的各功能由采用 CPU (Central Processing Unit，中央處理單元)、ROM (Read Only Memory，只讀存儲器)、 RAM (Random Access Memory，隨機存取存儲器)等構成的計算機、以及存儲在R0M、RAM等內(nèi)的程序來實現(xiàn)?？刂蒲b置10利用偏差運算部19運算速度指令值ω:和由速度估計器112所估計的速度估計值ωω~或者由脈沖發(fā)生器傳感器107所檢測的速度ωω(檢測速度)之間的偏差Δ ωω，所獲得的偏差Δ ωm被輸入到扭矩指令值生成部11。扭矩指令值生成部11根據(jù)所輸入的偏差Δ ω m生成扭矩指令值Tm* (扭矩指令值生成步驟)。由扭矩指令值生成部11 所生成的扭矩指令值Tm*被輸入到低損失控制器14。如后詳述，低損失控制器14根據(jù)所輸入的扭矩指令值ΤΛ利用磁通指令值生成部 12生成成為最大扭矩動作點的磁通指令值Φ dl0%將其輸出到限制器15 (磁通指令值生成步驟)。并且，低損失控制器14利用扭矩電流指令值生成部13，根據(jù)扭矩指令值Tm*和由磁通指令選擇器16所選擇的磁通指令值ΦΛ輸出扭矩電流指令值(扭矩電流指令值生成步
驟)ο限制器15對磁通指令值；設置上限和下限限制，輸出磁通指令值限制步驟)。關于上限，由于在額定負載狀態(tài)下的最大效率點與現(xiàn)有的矢量控制大致相同，因而以(1)式所示的根據(jù)勵磁電流Itl求出的基本磁通指令值進行限制。Φ d0* = (3/2) XLmXI0......(1)φ/ 基本磁通指令值，Lffl 互電感，I0 勵磁電流并且，關于下限，只要根據(jù)感應電動機的特性，特別是互電感Lm的大小決定即可， 例如，以大致基本磁通指令值的25%進行限制。為了在超過感應電動機106的額定轉(zhuǎn)速的運轉(zhuǎn)區(qū)域內(nèi)進行弱磁場控制，弱磁場磁通指令值運算器17根據(jù)( 式運算第2磁通指令值Φ /并將其輸出(弱磁場磁通指令值生成步驟)。Φ/= (Nbase/Nref)Xctd0*......(2)φ d2* 第2磁通指令值，Nbase 額定轉(zhuǎn)速，Nref 轉(zhuǎn)速指令值，Φ d0* 基本磁通指令值磁通指令選擇器16選擇第1磁通指令值Φ /、第2磁通指令值Φ d2*和基本磁通指令值中的任一方(磁通指令值選擇步驟)。該選擇控制由磁通指令選擇器控制部18 進行。磁通指令選擇器控制部18根據(jù)速度指令值ω/和由速度估計器112所估計的速度估計值ωω~或者由脈沖發(fā)生器傳感器107所檢測的速度ωω，判斷感應電動機106是否是加減速中。在感應電動機106的加減速中，扭矩容易變動，控制容易不穩(wěn)定，因而將磁通指令選擇器16與端子16a連接，以便以基本磁通指令值Ctdc；進行控制。另外，穩(wěn)定狀態(tài)和加減速狀態(tài)是根據(jù)速度指令值ω:和速度ωω或速度估計值ωω~之差是否在一定范圍內(nèi)來進行判別。并且，磁通指令選擇器控制部18判斷感應電動機106是否是超過額定轉(zhuǎn)速的運轉(zhuǎn)區(qū)域。在感應電動機106是超過額定轉(zhuǎn)速的運轉(zhuǎn)區(qū)域的情況下，由于成為穩(wěn)定輸出控制，因而進行根據(jù)( 式運算第2磁通指令值Φ /來控制的弱磁場控制，因此將磁通指令選擇器 16與端子1 連接。而且，磁通指令選擇器控制部18根據(jù)速度指令值ω/和由速度估計器112所估計的速度估計值ωω~或者由脈沖發(fā)生器傳感器107所檢測的速度ωω，判斷是否是最低轉(zhuǎn)速閾值以下。在即使是低速區(qū)域、磁通指令值Φ/也小的情況下，特別是，在進行無速度傳感器的控制的情況下，控制容易不穩(wěn)定，因而通過切換到基本磁通指令值Φd(；，可從低速區(qū)域到高速區(qū)域進行穩(wěn)定的控制。另外，低速側的最低轉(zhuǎn)速閾值可以針對各感應電動機設定不同的值。然后，磁通指令選擇器控制部18在除了上述情況以外，將磁通指令選擇器16與端子16c連接，輸出第1磁通指令值Φ/?？刂蒲b置10如上所述，利用偏差運算部122運算由磁通指令選擇器16所選擇的磁通指令值Φ/和由磁通估計器111所估計的磁通估計值Φ/之間的偏差Δ ΦΛ，所獲得的偏差Δ 被輸入到磁通PI控制器116。磁通PI控制器116根據(jù)所輸入的偏差Acjid 生成磁通電流指令值I/。然后，利用偏差運算部123運算磁通電流指令值I/和從二相/dq 坐標轉(zhuǎn)換器110所輸出的d軸的磁通電流id之間的偏差Δ Id，所獲得的偏差Δ “被輸入到磁通電流PI控制器117。磁通電流PI控制器117根據(jù)所輸入的偏差AId生成d軸電壓指令V。
另一方面，控制裝置10利用偏差運算部125運算從低損失控制器14所輸出的扭矩電流指令值I/和從二相/dq坐標轉(zhuǎn)換器110所輸出的q軸的扭矩電流i,之間的偏差 Δ I,，所獲得的偏差Δ Iti被輸入到扭矩電流PI控制器119。扭矩電流PI控制器119根據(jù)所輸入的偏差Δ Itl生成q軸電壓指令V:。從磁通電流PI控制器117所輸出的d軸電壓指令V/、和從扭矩電流PI控制器119 所輸出的q軸電壓指令V/被輸入到dq/ 二相坐標轉(zhuǎn)換器120。dq/ 二相坐標轉(zhuǎn)換器120根據(jù)d軸電壓指令V/、q軸電壓指令V:、和從積分器115所輸出的相位角θ，對d軸電壓指令 V/和q軸電壓指令V:進行坐標轉(zhuǎn)換，輸出α軸、β軸的二相電壓指令V/、V/。二相電壓指令V/、V/被輸入到二相/三相坐標轉(zhuǎn)換器121。二相/三相坐標轉(zhuǎn)換器121根據(jù)所輸入的二相電壓指令V/、V/進行二相/三相坐標轉(zhuǎn)換，生成U相、V相、W相的三相電壓指令 Vu*>V；>Vw*ο所生成的三相電壓指令Vu*、Vv*、Vw*被輸入到P麗(Pulse Width Modulation，脈寬調(diào)制)選通信號生成器105。PWM選通信號生成器105通過PWM控制，根據(jù)三相電壓指令 νΛνΛν/控制反相電路104的輸出電壓。圖2是低損失控制器14的框結構圖。低損失控制器14具有磁通指令值生成部12 和扭矩電流指令值生成部13。磁通指令值生成部12具有濾波器20、限制器21、電流指令運算部22以及(3/2)Lm運算部23。扭矩電流指令值生成部13具有(1/ΚΤ(Φ/)) ·Τ:運算部 Μ。磁通指令值生成部12在濾波器20對扭矩指令值生成部11的輸出即扭矩指令值T1；進行濾波處理，之后在扭矩指令值小的情況下，利用限制器21以預定的值，例如10%實施限制，在電流指令運算部22求出最大扭矩動作點的電流指令值(電流指令值運算步驟)，然后，在(3A)Lm運算部(磁通指令換算增益模塊)23乘以互電感并輸出磁通指令值(磁通指令換算步驟)。另一方面，扭矩電流指令值生成部13根據(jù)扭矩指令值Tm*和由磁通指令選擇器16所選擇的磁通指令值Φ/，在(1/ΚΤ(Φ/)) ·Τ:運算部(逆扭矩系數(shù)模塊)24 乘以逆扭矩系數(shù)1/KT進行換算，輸出扭矩電流指令值1:(扭矩電流指令值生成步驟)。然后，以下參照圖3說明通過使低損失控制器14采用圖2的結構而成為低損失運轉(zhuǎn)的原因。矢量控制時的扭矩、磁通、一次電流的關系分別由(3)式和⑷式表示。Tffl= (pLffl/Lr)i^d = KTi^d ......(3)Φ, = (Lm/(l+xrs))id......(4)(3)式和(4)式的變量表示以下的值。Tm 扭矩，(j5d 磁通，id 磁通電流，iq 扭矩電流，Lm 互電感，Lr 二次電感，τ r 二次時間常數(shù)，P 電動機極對數(shù)，Kt 扭矩系數(shù)，s 拉普拉斯算子(微分算子)這里，當根據(jù)電流矢量的有效值I使用(5)式約束磁通電流id和扭矩電流i,的關系時，將C3)式和(4)式代入( 式，扭矩可變?yōu)?6)式。(不過假定在穩(wěn)定狀態(tài)中拉普拉斯算子s = 0)。I = (id2+iq2)172......(5)Tffl = KTLffliqid=KTLfflid (I2-id2)1/2 ......(6)因此，如(6)式所示，扭矩Tm成為磁通電流id的函數(shù)。(5)式在以圖3所示的q 軸、d軸為坐標的圖中，由半徑I的電流限制圓C1表示。并且，(6)式由扭矩恒定曲線T表示。與電流限制圓C1相切的扭矩恒定曲線T為最大扭矩曲線Tmax，電流限制圓C1和最大扭矩曲線Tmax的切點A為最大扭矩動作點。因此，通過以磁通電流id對(6)式進行微分來求出成為0的磁通電流id，可計算針對磁通電流id的扭矩的最大點。其結果，當磁通電流id滿足(8)式的條件時，扭矩取最大值。dTm/did = K1Lffl ((I2-id2) 1/2-id2/ (I2-id2)1/2) =0 ......(7)id = I/21/2......(8)(8)式意味著，當達到作為電流矢量的有效值的I的1/2"2，S卩，在與圖3所示的q 軸形成的角45度的直線上出現(xiàn)電流矢量時，可在最大扭矩動作點進行驅(qū)動。因此，為了在最大扭矩動作點進行驅(qū)動，針對扭矩指令值生成部11的輸出即扭矩指令值ΤΛ根據(jù)額定扭矩Tmn和額定電流In，利用(9)式運算與扭矩指令值T1;相當?shù)碾娏魇噶康拇笮。(圖2的電流指令運算部22的運算)I= (TfflVTmn) (In/21/2)......(9)而且，為了運算磁通指令值Φ/，將根據(jù)(10)式轉(zhuǎn)換后的結果用作磁通指令值 Φ 。(圖2的磁通指令換算增益模塊23的運算)Φ 10* = (3/2) Lm · I ......(10)并且，扭矩電流指令值It；是如(11)所示通過將扭矩指令值Tm*乘以扭矩系數(shù)& 的倒數(shù)來求出。(圖2的逆扭矩系數(shù)模塊M的運算)I； = (1/Kr) · Τ；......(11)這里，Kr= Kt Φ/下面，說明在控制裝置10中進行的控制穩(wěn)定性的提高對策。在本來矢量控制中， 在將磁通指令保持恒定的狀態(tài)下進行控制是基本的，在使磁通指令變化的情況下，照原樣應用則控制變得不穩(wěn)定。因此，在本實施方式中，針對以下說明的對策來實施，以使控制不會變得不穩(wěn)定。首先，作為對策1，說明扭矩指令值I 的濾波處理。由于本來磁通為恒定值而使控制穩(wěn)定，因而當扭矩指令值T1;頻繁變化時，磁通指令值Φ/也變動而不穩(wěn)定。并且，由于磁通指令值Φ/無需以快的響應進行變化，因而對用于運算磁通指令值Φ/的扭矩指令值T1; 進行在圖2的濾波器20所示的濾波處理。而且，由于也存在這樣的情況，即在無負載時扭矩指令以10%左右的值變動而使控制變得不穩(wěn)定，因而在扭矩指令小的情況下，通過以例如10%實施限制，使控制進一步穩(wěn)定。該對策1由低損失控制器14的限制器21來實現(xiàn)。下面，作為對策2，將磁通指令值Φ/的上限和下限限制設定如下。在使磁通指令值可變的情況下，如圖4所示，對磁通指令值設定上限和下限限制。關于上限，由于在額定負載狀態(tài)下的最大效率點與現(xiàn)有的矢量控制大致相同，因而以(1)式所示的根據(jù)勵磁電流求出的基本磁通指令值Φ d(；進行限制。并且，關于下限，只要根據(jù)感應電動機的特性，特別是互電感！^的大小決定即可，例如，以大致基本磁通指令值Ctdc；的25%進行限制。該對策 2由控制裝置10的限制器15來實現(xiàn)。而且，作為對策3，將感應電動機的加減速中的磁通指令值Φ/設定如下。在電動機的加減速中，扭矩容易變動，控制容易不穩(wěn)定，因而加減速中的磁通指令值Φ/不可變， 以(1)式所示的基本磁通指令值Φ /進行控制。另外，穩(wěn)定狀態(tài)和加減速狀態(tài)是根據(jù)針對指令頻率、反相電路輸出頻率是否是一定范圍內(nèi)來進行判別。該對策3由通過由控制裝置 10的磁通指令選擇器16進行的磁通指令值的切換(向端子16a的切換)來實現(xiàn)的。并且，作為對策4，將基于弱磁場控制的磁通指令值Φ /設定如下。由于在超過感應電動機的額定轉(zhuǎn)速的運轉(zhuǎn)范圍內(nèi)為穩(wěn)定輸出控制，因而進行根據(jù)( 式運算磁通指令值 Φ/來控制的弱磁場控制。此時，盡管磁通指令值Φ/為圖5所示的特性，然而當在低損失控制中使磁通指令值Φ/進一步可變時，在弱磁場控制區(qū)域內(nèi)的控制變得不穩(wěn)定，因而在弱磁場控制時，切換到使用基本磁通指令值Φ d(；、額定轉(zhuǎn)速Nbase和轉(zhuǎn)速指令值在⑵式中運算出的磁通指令值。這是通過這樣來進行通過將圖2的磁通指令選擇器16切換到端子16b來切換到來自弱磁場磁通指令值運算器17的輸出。另一方面，在即使是低速區(qū)域、磁通指令值Φ/也小的情況下，特別是，在進行無速度傳感器的控制的情況下，控制容易不穩(wěn)定，因而如圖6所示通過切換到基本磁通指令值Φd(；，可從低速區(qū)域到高速區(qū)域進行穩(wěn)定的控制。另外，低速側的最低轉(zhuǎn)速閾值可以針對各感應電動機設定不同的值。該對策4是通過由控制裝置10的磁通指令選擇器16進行的磁通指令值的切換(向端子16a的切換)來實現(xiàn)的。如以上說明那樣，通過根據(jù)感應電動機所要求的扭矩指令值T1；求出磁通指令值 φ/，在任何負載狀態(tài)下都能在最大扭矩動作點進行控制。并且，只要決定扭矩指令值τ:， 就唯一決定磁通指令值ΦΛ因而不需要麻煩的增益調(diào)整。另一方面，針對由于磁通指令值 φ；變動而發(fā)生的控制的不穩(wěn)定性，利用扭矩指令值T1;的濾波處理、磁通指令值Φ；的限制處理、磁通指令值Φ/的切換序列等的功能采取對策，實現(xiàn)穩(wěn)定的控制。另外，在本實施方式中，設有反饋速度切換器113，可選擇是使用速度估計值ωω~、 還是使用由脈沖發(fā)生器傳感器107所檢測的速度ωω作為反饋使用的速度信號來進行切換，然而本發(fā)明也可以應用在以下控制裝置中的任一方中，即，構成為不設有反饋速度切換器113、且使用速度估計值ωω~作為反饋使用的速度信號的控制裝置，或者構成為使用由脈沖發(fā)生器傳感器107所檢測的速度ωω作為反饋使用的速度信號的控制裝置。關于在以上實施方式中所說明的結構、形狀、大小和配置關系，只不過在可理解和實施本發(fā)明的程度上作了概略示出，并且關于數(shù)值和各結構的組成(材質(zhì))等，只不過是例示。因此，本發(fā)明不限定于所說明的實施方式，只要不背離權利要求書所示的技術思想范圍，就能變更為各種方式。本發(fā)明涉及的感應電動機的控制裝置和控制方法可用作控制感應電動機的驅(qū)動的裝置和方法。
權利要求
1.一種感應電動機的控制裝置，該感應電動機被實施矢量控制，該控制裝置的特征在于，該控制裝置具有扭矩指令值生成部，其根據(jù)所述感應電動機的檢測速度或估計速度和速度指令值生成扭矩指令值；以及磁通指令值生成部，其輸入來自所述扭矩指令值生成部的所述扭矩指令值，根據(jù)額定扭矩和額定電流生成用于在最大扭矩動作點進行驅(qū)動的磁通指令值。
2.—種感應電動機的控制裝置，該感應電動機被實施矢量控制，該控制裝置的特征在于，該控制裝置具有扭矩指令值生成部，其根據(jù)所述感應電動機的檢測速度或估計速度和速度指令值生成扭矩指令值；磁通指令值生成部，其輸入來自所述扭矩指令值生成部的所述扭矩指令值，生成第1 磁通指令值；弱磁場磁通指令值生成部，其根據(jù)基本磁通指令值和所述檢測速度或所述估計速度生成弱磁場控制時的第2磁通指令值；磁通指令值選擇部，其選擇所述第1磁通指令值、所述第2磁通指令值和所述基本磁通指令值中的任一方；以及扭矩電流指令值生成部，其根據(jù)由所述磁通指令值選擇部選擇的所述第1磁通指令值、所述第2磁通指令值和所述基本磁通指令值中的任一方和所述扭矩指令值，生成扭矩電流指令值。
3.根據(jù)權利要求2所述的感應電動機的控制裝置，其特征在于，該控制裝置具有限制所述第1磁通指令值的上限和下限的限制器。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的感應電動機的控制裝置，其特征在于，所述基本磁通指令值是根據(jù)所述感應電動機的勵磁電流獲得的。
5.根據(jù)權利要求2 4中的任一項所述的感應電動機的控制裝置，其特征在于，所述磁通指令值生成部具有電流指令值運算部，其生成最大扭矩動作點的電流指令值；以及磁通指令換算部，其根據(jù)由所述電流指令值運算部生成的所述電流指令值和互電感生成所述第1磁通指令值。
6.一種感應電動機的控制方法，該感應電動機被實施矢量控制，該控制方法的特征在于，該控制方法具有扭矩指令值生成步驟，根據(jù)所述感應電動機的檢測速度或估計速度和速度指令值生成扭矩指令值；以及磁通指令值生成步驟，輸入在所述扭矩指令值生成步驟獲得的所述扭矩指令值，根據(jù)額定扭矩和額定電流生成用于在最大扭矩動作點進行驅(qū)動的磁通指令值。
7.—種感應電動機的控制方法，該感應電動機被實施矢量控制，該控制方法的特征在于，該控制方法具有扭矩指令值生成步驟，根據(jù)所述感應電動機的檢測速度或估計速度和速度指令值生成扭矩指令值；磁通指令值生成步驟，輸入在所述扭矩指令值生成步驟獲得的所述扭矩指令值，生成第1磁通指令值；弱磁場磁通指令值生成步驟，根據(jù)基本磁通指令值和所述檢測速度或所述估計速度生成弱磁場控制時的第2磁通指令值；磁通指令值選擇步驟，選擇所述第1磁通指令值、所述第2磁通指令值和所述基本磁通指令值中的任一方；以及扭矩電流指令值生成步驟，根據(jù)由所述磁通指令值選擇步驟選擇的所述第1磁通指令值、所述第2磁通指令值和所述基本磁通指令值中的任一方和所述扭矩指令值，生成扭矩電流指令值。
8.根據(jù)權利要求7所述的感應電動機的控制方法，其特征在于，該控制方法具有限制所述第1磁通指令值的上限和下限的限制步驟。
9.根據(jù)權利要求7或8所述的感應電動機的控制方法，其特征在于，所述基本磁通指令值是根據(jù)所述感應電動機的勵磁電流獲得的。
10.根據(jù)權利要求7 9中的任一項所述的感應電動機的控制方法，其特征在于，所述磁通指令值生成步驟具有電流指令值運算步驟，生成最大扭矩動作點的電流指令值；以及磁通指令換算步驟，根據(jù)由所述電流指令值運算步驟生成的所述電流指令值和互電感生成所述第1磁通指令值。
全文摘要
本發(fā)明提供一種即使在輕負載狀態(tài)下也不會偏離最大扭矩動作點且不會增大損失的感應電動機的控制裝置或控制方法。感應電動機的控制裝置(10)是被實施矢量控制的感應電動機(106)的控制裝置(10)，該控制裝置(10)具有扭矩指令值生成部(11)，其根據(jù)感應電動機(106)的檢測速度(ωm)或估計速度(ωm^)和速度指令值(ωm*)生成扭矩指令值(Tm*)；以及磁通指令值生成部(12)，其輸入來自扭矩指令值生成部(11)的扭矩指令值(Tm*)，根據(jù)額定扭矩(Tmn)和額定電流(In)生成用于在最大扭矩動作點進行驅(qū)動的磁通指令值(φd*)。
文檔編號H02P21/14GK102201777SQ20111004243
公開日2011年9月28日 申請日期2011年2月22日 優(yōu)先權日2010年3月26日
發(fā)明者中島洋一郎 申請人:三墾電氣株式會社