專利名稱：感應電動機的速度控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及將輸入的交流電源利用PWM逆變器變換為所希望頻率、電壓的交流電向感應電動機供電，并且在該電動機上不使用速度傳感器地對該電動機進行變速控制的感應電動機速度控制裝置，特別是在PWM逆變器的起動、或所述交流電源的瞬間停電恢復之際使該逆變器的重新起動動作高可靠性地進行的感應電動機的速度控制裝置。
這種感應電動機的速度控制方法公知的有日本專利特開平8-130882號公報所示的專利。

圖18是表示以申述公報為依據(jù)的該發(fā)明的已有例的感應電動機的速度控制裝置的結構方框圖。
在圖18中，1是感應電動機，2是PWM逆變器，3是電流檢測手段，10是速度控制裝置，在該速度控制裝置10具備以已有的技術做成的速度控制系統(tǒng)11、磁通控制系統(tǒng)12、電流控制系統(tǒng)13、2相3相變換手段14、3相2相變換手段15，此外還有用于使PWM逆變器2起動，或用于在PWM逆變器2的輸入即未圖示的交流電源瞬間停電恢復時使PWM逆變器2重新起動的信號發(fā)生手段16、加法器17a、17b、磁通推定手段18，以及頻率運算手段19。
在圖18所示的速度控制裝置10中，以角頻率ω2旋轉著的感應電動機1的基本方程式在固定坐標軸(α軸、β軸)上表示為式(1)所示。
eα＝s×φαeβ＝s×φβ0＝-R2iα+(s+1/T2)φα+ω2φβ0＝-R2iβ+(s+1/T2)φβ-ω2φα ......(1)其中eα，eβ為感應電動機1的感應電壓的α軸、β軸分量，iα、iβ是固有電動機1的初級電流的α軸、β軸分量，φα、φβ是固有電動機1的磁通的α軸、β軸分量。又R2是感應電動機1的次級電阻換算為初級側的電阻的換算值，T2是感應電動機1的次級側的時間常數(shù)，s是拉普拉斯變換的微分算符。
將上式(1)變成方框圖，表示如圖19，根據(jù)該圖，φα、φβ可以分別表示為式(2)、式(3)所示。
φα＝(R2(s+1/T2)iα-ω2R2iβ)÷((s+1/T2)2+(ω2)2)
......(2)φβ＝(R2(s+1/T2)iβ+ω2R2iα)÷((s+1/T2)2+(ω2)2)......(3)在式(2)、式(3)中，在利用PWM逆變器1變換為所希望頻率、電壓的交流電向感應電動機供電，一邊對該電動機進行變速控制的通常的運行中，由于(1/T2)2＜＜(ω2)2成立，以角頻率ω2旋轉著的感應電動機1的磁通的振動頻率為ω2。
也就是說，如果利用信號發(fā)生手段16與加法器17a、17b向以角頻率ω2旋轉著的感應電動機1供給包含ω2頻率分量的初級電流，則可以使感應電動機1產(chǎn)生頻率為ω2的旋轉磁場。
從而，可以以電流檢測手段3檢測感應電動機1的初級電流，利用3相2相變換手段15將這些檢測值iu、iw變換為固定坐標軸(α軸、β軸)分量(iα、iβ)，在磁通推定手段18對這些變換值進行式(2)、式(3)的運算，求φα、φβ，在頻率運算手段19從φα、φβ得到角頻率ω2，以其作為轉速信息(f)。
也就是說，圖18所示的速度控制裝置10在使PWM逆變器2起動時，或是使PWM逆變器2輸入的未圖示的交流電源瞬間停電恢復時使PWM逆變器2重新起動時，首先，使信號發(fā)生手段16在規(guī)定的時間里動作，這時根據(jù)頻率運算手段19得到的轉速信息(f)使PWM逆變器2起動，以此使PWM逆變器2在起動時避免發(fā)生過載等不良情況。
采用圖18所示的已有的速度控制裝置10，則可以利用信號發(fā)生手段16與加法器17a、17b提供包含上述ω2的頻率成份的初級電流，在這時利用磁通推定手段18與頻率運算手段19得到感應電動機1的轉速信息，因此電流控制系統(tǒng)必須能夠快速響應，而使這一電流控制系統(tǒng)13以電腦實現(xiàn)該功能則需要昂貴的高速度的電腦，而且在利用快速傅利葉變換(FFT)得到轉速信息時需要復雜的運算處理。
而且，在原理上感應電動機的磁通的振動頻率與該電動機旋轉時的角頻率相同，但是該磁通振動時的振幅以該電動機的次級側的時間常數(shù)(T2)衰減，因此特別是在所述電動機以低速旋轉時，磁通振動的振幅衰減相對變快，有時難于得到所述轉速信息。
本發(fā)明的目的在于解決上述問題，提高可以使用廉價的電腦，以簡單的運算處理，即使在所述電動機以低速旋轉時也能夠得到該電動機的轉速信息的感應電動機速度控制裝置。
第1發(fā)明是利用PWM逆變器將輸入的交流電源變換為所希望頻率、電壓的交流電向感應電動機供電，同時對該電動機進行變速控制的感應電動機的速度控制裝置，其特征在于，在速度控制裝置上增加自激振蕩用的電壓發(fā)生手段與轉速運算手段，根據(jù)所述電壓發(fā)生手段輸出的、固定坐標軸上的正交的2軸(α軸、β軸)的各電壓指令值，通過所述速度控制裝置的PWM逆變器向感應電動機提供電壓，以此電壓使該電動機的初級電流自激振蕩，利用轉速運算手段檢測出所述電動機自激振蕩的初級電流的α軸成份和β軸成份中的某一方的頻率或是兩者的頻率，從該檢測值計算該電動機的轉速信息，根據(jù)該計算出的轉速信息使PWM逆變器起動，或在所述交流電源的瞬間停電恢復之際使該逆變器重新起動動作。
第2發(fā)明是上述第1發(fā)明，具備如下特征，即在所述轉速運算手段輸入所述電動機自激振蕩的初級電流的α軸成份和β軸成份分別通過高通濾波器的成份。
第3發(fā)明是所述感應電動機的速度控制裝置，其特征在于，在速度控制裝置上增加自激振蕩用的電壓發(fā)生手段、轉速運算手段和起動相位運算手段，根據(jù)所述電壓發(fā)生手段輸出的、固定坐標軸上的正交的2軸(α軸、β軸)的各電壓指令值，通過所述速度控制裝置的PWM逆變器向感應電動機提供電壓，以此電壓使該電動機的初級電流自激振蕩，利用轉速運算手段檢測出所述電動機自激振蕩的初級電流的α軸成份和β軸成份中的某一方的頻率或是兩者的頻率，從該檢測值計算該電動機的轉速信息，起動相位運算手段根據(jù)根據(jù)所述初級電流的α軸成份和β軸成份的某一方或兩者，以及所述轉速信息，計算PWM逆變器的起動時刻或起動相位信息，根據(jù)該計算出的起動時刻或起動相位信息以及所述轉速信息使PWM逆變器起動或在所述交流電源瞬間停電恢復之際使該逆變器重新起動。
第4發(fā)明是上述第3發(fā)明，具備如下特征，即在所述轉速運算手段與所述起動相位運算手段輸入所述電動機自激振蕩的初級電流的α軸成份和β軸成份分別通過高通濾波器的成份。
第5發(fā)明是所述感應電動機的速度控制裝置，其特征在于，在速度控制裝置上增加自激振蕩用的電壓發(fā)生手段、轉速運算手段和旋轉方向判別手段，根據(jù)所述電壓發(fā)生手段輸出的、固定坐標軸上的正交的2軸(α軸、β軸)的各電壓指令值，通過所述速度控制裝置的PWM逆變器向感應電動機提供電壓，以此電壓使該電動機的初級電流自激振蕩，利用轉速運算手段檢測出所述電動機自激振蕩的初級電流的α軸成份和β軸成份中的某一方的頻率或是兩者的頻率，從該檢測值計算該電動機的轉速信息，旋轉方向判別手段根據(jù)所述α軸成份的電流與β軸成份的電流的相位關系判別所述電動機的旋轉方向，根據(jù)所述轉速信息和旋轉方向使PWM逆變器起動，或在所述交流電源瞬間停電恢復之際使該逆變器重新起動。
第6發(fā)明是上述第5發(fā)明，具備如下特征，即在所述轉速運算手段與所述旋轉方向判別手段輸入所述電動機自激振蕩的初級電流的α軸成份和β軸成份分別通過高通濾波器的成份。
第7發(fā)明是所述感應電動機的速度控制裝置，其特征在于，在速度控制裝置上增加自激振蕩用的電壓發(fā)生手段、轉速運算手段、旋轉方向判別手段及起動相位運算手段，根據(jù)所述電壓發(fā)生手段輸出的、固定坐標軸上的正交的2軸(α軸、β軸)的各電壓指令值，通過所述速度控制裝置的PWM逆變器向感應電動機提供電壓，以此電壓使該電動機的初級電流自激振蕩，利用轉速運算手段檢測出所述電動機自激振蕩的初級電流的α軸成份和β軸成份中的某一方的頻率或是兩者的頻率，從該檢測值計算該電動機的轉速信息，旋轉方向判別手段根據(jù)所述α軸成份的電流與β軸成份的電流的相位關系判別所述電動機的旋轉方向，起動相位運算手段根據(jù)所述初級電流的α軸成份和β軸成份的某一方或兩者，以及所述轉速信息，計算PWM逆變器的起動時刻或起動相位信息，根據(jù)該計算出的起動時刻或起動相位信息、所述轉速信息以及旋轉方向使PWM逆變器起動或在所述交流電源瞬間停電恢復之際使該逆變器重新起動。
第8發(fā)明是上述第7發(fā)明，具備如下特征，即在所述轉速運算手段與旋轉方向判別手段以及起動相位運算手段輸入所述電動機自激振蕩的初級電流的α軸成份和β軸成份分別通過高通濾波器的成份。
第9發(fā)明是所述感應電動機的速度控制裝置，其特征在于，在速度控制裝置上增加自激振蕩用的電壓發(fā)生手段與轉速運算手段，根據(jù)所述電壓發(fā)生手段輸出的、固定坐標軸上的正交的2軸(α軸、β軸)的各電壓指令值，通過所述速度控制裝置的PWM逆變器向感應電動機提供電壓，以此電壓使該電動機的初級電流自激振蕩，利用轉速運算手段檢測出在所述電壓發(fā)生手段內(nèi)部的α軸運算值和β軸運算值中的某一方的頻率或是兩者的頻率，從該檢測值計算該電動機的轉速信息，根據(jù)該計算出的轉速信息使PWM逆變器起動，或在所述交流電源瞬間停電恢復之際使該逆變器重新起動。
第10發(fā)明是上述第9發(fā)明，具備如下特征，即在所述電壓發(fā)生手段到所述轉速運算手段的途中插入設置高通濾波器。
第11發(fā)明是所述感應電動機的速度控制裝置，其特征在于，在速度控制裝置上增加自激振蕩用的電壓發(fā)生手段、轉速運算手段及起動相位運算手段，根據(jù)所述電壓發(fā)生手段輸出的、固定坐標軸上的正交的2軸(α軸、β軸)的各電壓指令值，通過所述速度控制裝置的PWM逆變器向感應電動機提供電壓，以此電壓使該電動機的初級電流自激振蕩，利用轉速運算手段檢測出在所述電壓發(fā)生手段內(nèi)部的α軸運算值和β軸運算值中的某一方的頻率或是兩者的頻率，從該檢測值計算該電動機的轉速信息，起動相位運算手段根據(jù)所述α軸運算值和β軸運算值的某一方或兩者，以及所述轉速信息，計算PWM逆變器的起動時刻或起動相位信息，根據(jù)該計算出的起動時刻或起動相位信息，以及所述轉速信息使PWM逆變器起動或在所述交流電源瞬間停電恢復之際使該逆變器重新起動。
第12發(fā)明是上述第11發(fā)明，具備如下特征，即在所述電壓發(fā)生手段到所述轉速運算手段及起動相位運算手段的途中插入設置高通濾波器。
第13發(fā)明是所述感應電動機的速度控制裝置，其特征在于，在速度控制裝置上增加自激振蕩用的電壓發(fā)生手段、轉速運算手段及旋轉方向判別手段，根據(jù)所述電壓發(fā)生手段輸出的、固定坐標軸上的正交的2軸(α軸、β軸)的各電壓指令值，通過所述速度控制裝置的PWM逆變器向感應電動機提供電壓，以此電壓使該電動機的初級電流自激振蕩，利用轉速運算手段檢測出在所述電壓發(fā)生手段內(nèi)部的α軸運算值和β軸運算值中的某一方的頻率或是兩者的頻率，從該檢測值計算該電動機的轉速信息，利用旋轉方向判別手段根據(jù)所述α軸運算值和β軸運算值的相位關系判別所述電動機的旋轉方向，根據(jù)所述轉速信息及旋轉方向使PWM逆變器起動，或在所述交流電源瞬間停電恢復之際使該逆變器重新起動。
第14發(fā)明是上述第13發(fā)明，具備如下特征，即在所述電壓發(fā)生手段到所述轉速運算手段及旋轉方向判別手段的途中插入設置高通濾波器。
第15發(fā)明是所述感應電動機的速度控制裝置，其特征在于，在速度控制裝置上增加自激振蕩用的電壓發(fā)生手段、轉速運算手段、旋轉方向判別手段及起動相位運算手段，根據(jù)所述電壓發(fā)生手段輸出的、固定坐標軸上的正交的2軸(α軸、β軸)的各電壓指令值，通過所述速度控制裝置的PWM逆變器向感應電動機提供電壓，以此電壓使該電動機的初級電流自激振蕩，利用轉速運算手段檢測出在所述電壓發(fā)生手段內(nèi)部的α軸運算值和β軸運算值中的某一方的頻率或是兩者的頻率，從該檢測值計算該電動機的轉速信息，利用旋轉方向判別手段根據(jù)所述α軸運算值和β軸運算值的相位關系判別所述電動機的旋轉方向，起動相位運算手段根據(jù)所述α軸運算值和β軸運算值的某一方或兩者，以及所述轉速信息，計算PWM逆變器的起動時刻或起動相位信息，根據(jù)該計算出的起動時刻或起動相位信息，以及所述轉速信息與所述旋轉方向使PWM逆變器起動或在所述交流電源瞬間停電恢復之際使該逆變器重新起動。
第16發(fā)明是上述第15發(fā)明，具備如下特征，即在所述電壓發(fā)生手段到所述轉速運算手段、旋轉方向判別手段及起動相位運算手段的途中插入設置高通濾波器。
第17發(fā)明是上述第1～16發(fā)明中的某一個，具備如下特征，即其結構具有下述功能即所述電壓發(fā)生手段用第1加法器求通過第1感應電動機模型從所述α軸的電壓指令值得到的電壓與所述感應電動機的初級電流的α軸分量乘以第1反饋增益得到的電壓的差，以第1限幅器對第1加法器的輸出進行限制，以該被限制的輸出作為所述α軸的電壓指令值，用第2加法器求通過第2感應電動機模型從所述β軸的電壓指令值得到的電壓與所述感應電動機的初級電流的β軸分量乘以第2反饋增益得到的電壓的差，以第2限幅器對第2加法器的輸出進行限制，以該被限制的輸出作為所述β軸的電壓指令值，在所述第1加法器或第2加法器中的某一個上再加上初期電壓發(fā)生電路的輸出。
第18發(fā)明是上述第1～16發(fā)明中的某一個，具備如下特征，即其結構具有下述功能所述電壓發(fā)生手段利用第1限幅器對通過輸入所述α軸的電壓指令值和所述感應電動機的初級電流的α軸分量的第1感應電動機模型得到的電壓進行限制，以第1加法器求該被限制的電壓與所述初級電流的α軸分量乘以第1反饋增益得到的電壓的差，以該差值作為所述α軸的電壓指令值，用第2限幅器對通過輸入所述β軸的電壓指令值與所述感應電動機的初級電流的β軸分量的第2感應電動機模型得到的電壓進行限制，以第2加法器求該被限制的電壓與所述初級電流的β軸分量乘以第2反饋增益得到的電壓的差，以該差值作為所述β軸的電壓指令值，在從所述第1感應電動機模型到第1限幅器的途中或從所述第2感應電動機模型到第2限幅器的途中的某一條路徑上插入設置對所述感應電動機模型的輸出和初期電壓發(fā)生電路的輸出進行加法運算的第3加法器。
第19發(fā)明是上述第1～16發(fā)明中的某一個，具備如下特征，即其結構具有下述功能所述電壓發(fā)生手段利用第1限幅器對通過第1感應電動機模型從第1加法器的輸出得到的電壓進行限制，以第1加法器求該被限制的電壓與所述初級電流的α軸分量乘以第1反饋增益得到的電壓的差，以第2加法器將第1加法器的輸出與所述初級電流的α軸分量跟所述感應電動機的初級電阻有關的α軸補償電壓相加，以該計算值作為所述α軸的電壓指令值，利用第2限幅器對通過第2感應電動機模型從第3加法器得到的電壓進行限制，以第3加法器求該被限制的電壓與所述初級電流的β軸分量乘以第2反饋增益得到的電壓的差，以第4加法器將第3加法器的輸出與所述初級電流的β軸分量跟所述感應電動機的初級電阻有關的β軸補償電壓相加，以該計算值作為所述β軸的電壓指令值，在從所述第1感應電動機模型到第1限幅器的途中或從所述第2感應電動機模型到第2限幅器的途中的某一條路徑上插入設置對所述感應電動機模型的輸出和初期電壓發(fā)生電路的輸出進行加法運算的第5加法器。
第20發(fā)明是上述第1～16發(fā)明中的某一個，具備如下特征，其結構具有下述功能所述電壓發(fā)生手段利用第1限幅器對通過第1感應電動機模型得到的值進行限制，以第1加法器求該被限制的值與所述初級電流的α軸分量的差，以第1電流控制器對該差值進行調整運算，以第2加法器將第1電流控制器的輸出與所述初級電流的α軸分量跟所述感應電動機的初級電阻有關的α軸補償電壓相加，以該相加得到的值作為所述α軸的電壓指令值，利用第2限幅器對通過第2感應電動機模型從第2電流控制器的輸出得到的值進行限制，以第3加法器求該被限制的值與所述初級電流的β軸分量的差，以第2電流控制器調整計算該差值，以第4加法器將第2電流控制器的輸出與所述初級電流的β軸分量跟所述感應電動機的初級電阻有關的β軸補償電壓相加，以該相加的計算值作為所述β軸的電壓指令值，在所述第1加法器或第3加法器中的任一方再加上初期電壓發(fā)生電路的輸出。
第21發(fā)明是上述第17～20發(fā)明中的某一個，具備如下特征，即所述初期電壓發(fā)生電路的輸出是階梯狀波形或脈沖狀波形的電壓。
本發(fā)明是著眼于下述作用而作出的發(fā)明。
也就是具有這樣的特性，即以ω2旋轉的感應電動機的阻抗在PWM逆變器提供給該電動機的電壓的角頻率為所述ω2時為最大。
從而，如果恰當?shù)卦O定所述電壓發(fā)生手段的電路結構及其電路常數(shù)，以由該電壓發(fā)生手段、PWM逆變器、感應電動機等構成的一個回路形成自激振蕩電路的功能，則該自激振蕩電路如圖9所示以上述角頻率ω2(＝2πf)持續(xù)振蕩，利用所述轉速運算手段對這時的感應電動機的初級電流的α軸成份(參照圖9(1))或β軸成份(參照圖9(2))的頻率進行計測，以此得到該電動機的轉速信息，而且其振幅也如圖9所示不衰減，因此即使在該電動機低速旋轉的情況下也能夠可靠地計算出所述轉速信息。而且可以利用所述旋轉方向判別手段檢測出這時的感應電動機的初級電流的α軸成份(參照圖9(1))與β軸成份(參照圖9(2))的相位關系，以此可以判別該電動機的旋轉方向。
圖1是表示本發(fā)明第1實施形態(tài)的感應電動機的速度控制裝置的電路圖。
圖2是表示本發(fā)明第2實施形態(tài)的感應電動機的速度控制裝置的電路圖。
圖3是本發(fā)明的感應電動機的速度控制裝置的部分電路的詳細結構圖。
圖4是本發(fā)明的感應電動機的速度控制裝置的部分電路的詳細結構圖。
圖5是本發(fā)明的感應電動機的速度控制裝置的部分電路的詳細結構圖。
圖6是本發(fā)明的感應電動機的速度控制裝置的部分電路的詳細結構圖。
圖7是表示本發(fā)明第3實施形態(tài)的感應電動機的速度控制裝置的電路圖。
圖8是表示本發(fā)明第4實施形態(tài)的感應電動機的速度控制裝置的電路圖。
圖9是說明本發(fā)明的作用的波形圖。
圖10是表示本發(fā)明第5實施形態(tài)的感應電動機的速度控制裝置的電路圖。
圖11是表示本發(fā)明第6實施形態(tài)的感應電動機的速度控制裝置的電路圖。
圖12是表示本發(fā)明第7實施形態(tài)的感應電動機的速度控制裝置的電路圖。
圖13是表示本發(fā)明第8實施形態(tài)的感應電動機的速度控制裝置的電路圖。
圖14是表示本發(fā)明第9實施形態(tài)的感應電動機的速度控制裝置的電路圖。
圖15是表示本發(fā)明第10實施形態(tài)的感應電動機的速度控制裝置的電路圖。
圖16是表示本發(fā)明第11實施形態(tài)的感應電動機的速度控制裝置的電路圖。
圖17是表示本發(fā)明第12實施形態(tài)的感應電動機的速度控制裝置的電路圖。
圖18是表示已有的感應電動機的速度控制裝置的電路結構圖。
圖19是說明圖18的動作的方框圖。
圖1是表示本發(fā)明第1實施形態(tài)的感應電動機的速度控制裝置的電路結構圖。與圖18所示的已有例的電路具有相同功能的部分標以相同的符號。
也就是說，在圖1所示的速度控制裝置20、30、40、50中分別具有速度控制系統(tǒng)11、磁通控制系統(tǒng)12、電流控制系統(tǒng)13、2相3相變換手段14、3相2相變換手段15，此外還有用于使PWM逆變器2起動，或用于在PWM逆變器2的輸入即未圖示的交流電源瞬間停電恢復時使PWM逆變器2重新起動而在規(guī)定的時間里動作的電壓發(fā)生手段21、31、41、51中的任一個、加法器22、23、轉速運算手段24、旋轉方向判別手段25，以及乘法器26。
在圖1所示的各速度控制裝置20、30、40、50，由電壓發(fā)生手段21、31、41、51中的任一個、2相3相變換手段14、PWM逆變器2、感應電動機1、電流檢測手段3，以及3相2相變換手段15構成的1個回路形成自激振蕩電路的功能，則該自激振蕩電路的角頻率為ω2(＝2πf)，持續(xù)進行圖9所示的振蕩動作，作為這時的3相2相變換手段15的輸出的感應電動機1的初級電流的α軸分量(參照圖9(1))或β軸分量(參照圖9(2))的頻率，使用轉速運算手段24測定，以此得出感應電動機1的旋轉速度信息(f)，又，其振幅亦如圖9所示不衰減，因此即使在感應電動機1低速旋轉時也能夠可靠地計算旋轉速度信息(f)。
還有，上述振蕩動作中的所述α軸分量及β軸分量之間的相位關系由旋轉方向判別手段25檢測，在如圖9(2)實線所示的波形時，感應電動機1正向旋轉，在如圖9(2)虛線所示的波形時，感應電動機1反向旋轉，該方向極性與由轉速運算手段24得到的轉速信息用乘法器相乘，得到帶有符號的旋轉速度信息。
圖2是表示本發(fā)明第2實施形態(tài)的感應電動機的速度控制裝置的電路結構圖，與圖1所示的實施形態(tài)的電路具有相同功能的部分標以相同的符號。
也就是說，圖2所示的各速度控制裝置60、70、80、90分別具有速度控制系統(tǒng)11、磁通控制系統(tǒng)12、電流控制系統(tǒng)13、2相3相變換手段14、3相2相變換手段15，此外還有用于使PWM逆變器2起動，或用于在PWM逆變器2的輸入即未圖示的交流電源瞬間停電恢復時使PWM逆變器2重新起動而在規(guī)定的時間里動作的電壓發(fā)生手段21、31、41、51中的任一個、加法器22、23、轉速運算手段24、旋轉方向判別手段25、乘法器26，以及高通濾波器61。
在圖2中，從3相2相變換手段15的輸出通向轉速運算手段24、旋轉方向判別手段25的路徑上插入設置高通濾波器61，以此去除作為3相2相變換手段15的輸出的感應電動機1的初級電流的α、β軸分量(iα、iβ)中所包含的偏移(offset)成份，謀求提高轉速運算手段24及旋轉方向判別手段25的動作可靠性。
下面對圖1或圖2所示的各電壓發(fā)生手段21、31、41、51進行詳細說明。
圖3是電壓發(fā)生手段21的電路結構圖。
該電壓發(fā)生手段21具有如下所述的結構，即用作為第1加法器的加法器21b求通過作為第1感應電動機模型的感應電動機模型21a從作為電壓發(fā)生手段21的輸出的α軸的電壓指令值v1α*得到的電壓與作為3相2相變換手段15的輸出的、感應電動機1的初級電流的α軸分量(iα)乘以第1反饋增益K21得到的電壓之差，用作為第1限幅器的限幅器21c對加法器21b的輸出進行限制，以該被限制的輸出作為α軸的電壓指令值v1α*，同樣，用作為第2加法器的加法器21e求通過作為第2感應電動機模型的感應電動機模型21d從作為電壓發(fā)生手段21的輸出的β軸的電壓指令值v1β*得到的電壓與作為3相2相變換手段15的輸出的、感應電動機1的初級電流的β軸分量(iβ)乘以第2反饋增益K22得到的電壓之差，用作為第2限幅器的限幅器21f對加法器21e的輸出進行限制，以該被限制的輸出作為β軸的電壓指令值v1β*，又，在加法器21b再加上初期電壓發(fā)生電路21g的輸出。
在圖3所示的感應電動機模型21a、21d中進行著下述式(4)所示的運算。
V0＝GFVI+(KF/sLM)VI......(4)其中V0為該感應電動機模型的輸出，VI是該感應電動機模型的輸入，GF是低通濾波器，KF是積分增益，LM是感應電動機1的勵磁電感，s是拉普拉斯變換的微分算符。
在圖3中，初期電壓發(fā)生電路21g輸出階梯狀波形或脈沖波形的電壓，以此激起在由電壓發(fā)生手段21、2相3相變換手段14、PWM逆變器2、感應電動機1、電流檢測手段3及3相2相變換手段15構成的一個回路的自激振蕩，利用調整各限幅器21c、21f的限制值與反饋增益K21、K22的方法，可以使上述自激振蕩繼續(xù)下去。
還有，在圖3所示的電壓發(fā)生手段21中，初期電壓發(fā)生電路21g的輸出也可以輸入加法器21e而不輸入加法器21b，而且也可以省略限幅器21c、21f。
圖4是電壓發(fā)生手段31的電路結構圖。
該電壓發(fā)生手段31具有如下所述結構，即利用作為第1限幅器的限幅器31c，對通過輸入作為電壓發(fā)生手段31的輸出的α軸的電壓指令值v1α*與作為3相2相變換手段15的輸出的感應電動機1的初級電流的α軸分量(iα)的、作為第1感應電動機模型的感應電動機模型31a得到的電壓經(jīng)過作為第3加法器的加法器31b得到的值進行限制，用作為第1加法器的加法器31d求該被限制的電壓與所述iα乘以第1反饋增益K31得到的電壓的差值，以該差值作為α軸的電壓指令值v1α*，同樣利用作為第2限幅器的限幅器31f，對通過輸入作為電壓發(fā)生手段31的輸出的β軸的電壓指令值v1β*與作為3相2相變換手段15的輸出的感應電動機1的初級電流的β軸分量(iβ)的、作為第2感應電動機模型的感應電動機模型31e得到的電壓進行限制，用作為第2加法器的加法器31g求該被限制的電壓與所述iβ乘以第2反饋增益K32得到的電壓的差值，以該差值作為β軸的電壓指令值v1β*，又在加法器31b再加上初期電壓發(fā)生電路31h的輸出。
在圖4所示的感應電動機模型31a、31e進行下述式(5)所示的運算。
V0＝GFVI+(KF/sLM)VI-R1II......(5)其中V0為該感應電動機模型的輸出，VI、II是該感應電動機模型的輸入，GF是低通濾波器，KF是積分增益，LM是感應電動機1的勵磁電感，R1是感應電動機1的初級電阻，s是拉普拉斯變換的微分算符。
在圖4中，從初期電壓發(fā)生電路31h輸出階梯波形或脈沖波形的電壓，以此使電壓發(fā)生手段31、2相3相變換手段14、PWM逆變器2、感應電動機1、電流檢測手段3，以及3相2相變換手段15構成的1個回路激起自激振蕩，利用調整各限幅器31c、31f的限制值與反饋增益K31、K32的方法，可以使上述自激振蕩繼續(xù)下去。
還有，在圖4所示的電壓發(fā)生手段31中，初期電壓發(fā)生電路31h的輸出也可以向β軸的電壓指令值一側輸入以取代向α軸的電壓指令值一側的輸入，而且也可以省略限幅器31c、31f。
圖5是電壓發(fā)生手段41的電路結構圖。
該電壓發(fā)生手段41具有如下所述結構，即利用作為第1限幅器的限幅器41d，對通過作為第1感應電動機模型的感應電動機模型41b從作為第1加法器的加法器41a的輸出得到的電壓的、通過作為第5加法器的加法器41c的值加以限制，用加法器41a求該被限制的電壓與作為3相2相變換手段15的輸出的感應電動機1的初級電流的α軸成份(iα)乘以第1反饋增益K41得到的電壓的差值，以作為第2加法器的加法器41e將加法器41a的輸出與所述iα跟感應電動機的初級電阻R1有關的α軸補償電壓相加，以該相加值作為α軸的電壓指令值v1α*，同樣利用作為第2限幅器的限幅器41h，對通過作為第2感應電動機模型的感應電動機模型41g從作為第3加法器的加法器41f得到的電壓進行限制，用加法器41f求該被限制的電壓與作為3相2相變換手段15的輸出的感應電動機1的初級電流的β軸成份(iβ)乘以第2反饋增益K42得到的電壓的差值，以作為第4加法器的加法器41k將加法器41f的輸出與所述iβ跟感應電動機的初級電阻R1有關的β軸補償電壓相加，以該相加值作為β軸的電壓指令值v1β*，又在加法器41c再加上初期電壓發(fā)生電路31m的輸出。
在圖5所示的感應電動機模型41b、41g進行下述式(6)所示的運算。
V0＝GFVI+(KF/sLM)VI......(6)其中V0為該感應電動機模型的輸出，VI是該感應電動機模型的輸入，GF是低通濾波器，KF是積分增益，LM是感應電動機1的勵磁電感，s是拉普拉斯變換的微分算符。
在圖5中，從初期電壓發(fā)生電路31m輸出階梯波形或脈沖波形的電壓，以此使電壓發(fā)生手段41、2相3相變換手段14、PWM逆變器2、感應電動機1、電流檢測手段3，以及3相2相變換手段15構成的1個回路激起自激振蕩，利用調整各限幅器41d、41h的限制值與反饋增益K41、K42的方法，可以使上述自激振蕩繼續(xù)下去。
還有，在圖5所示的電壓發(fā)生手段41中，初期電壓發(fā)生電路41m的輸出也可以向β軸的電壓指令值一側的輸入，代替向α軸的電壓指令值一側輸入，而且也可以省略限幅器41d、41h。
圖6是電壓發(fā)生手段51的電路結構圖。
該電壓發(fā)生手段51具有如下所述結構，即利用作為第1限幅器的限幅器51c，對通過作為第1感應電動機模型的感應電動機模型51b從作為第1電流控制器的電流控制器51a的輸出得到的值加以限制，用作為第1加法器的加法器51d求該被限制的值與作為3相2相變換手段15的輸出的感應電動機1的初級電流的α軸成份(iα)的差值，以電流控制器51a對該差值進行調節(jié)、計算，以作為第2加法器的加法器51e將電流控制器51a的輸出與所述iα跟感應電動機的初級電阻R1有關的α軸補償電壓相加，以該相加值作為α軸的電壓指令值v1α*，同樣利用作為第2限幅器的限幅器51h，對通過作為第2感應電動機模型的感應電動機模型51g從作為第2電流控制器的電流控制器51f的輸出得到的值進行限制，用作為第3加法器的加法器51k求該被限制的值與作為3相2相變換手段15的輸出的感應電動機1的初級電流的β軸成份(iβ)差值，以電流控制器51f調節(jié)、計算該差值，以作為第4加法器的加法器51m將電流控制器51f的輸出與所述iβ跟感應電動機的初級電阻R1有關的β軸補償電壓相加，以該相加值作為β軸的電壓指令值v1β*，又在加法器51d再加上初期電壓發(fā)生電路51n的輸出。
在圖6所示的感應電動機模型51b、51g進行下述式(7)所示的運算。
V0＝(KF/sLM)VI......(7)其中V0為該感應電動機模型的輸出，VI是該感應電動機模型的輸入，KF是積分增益，LM是感應電動機1的勵磁電感，s是拉普拉斯變換的微分算符。
在圖6中，從初期電壓發(fā)生電路51n輸出階梯波形或脈沖波形的電壓，以此使電壓發(fā)生手段51、2相3相變換手段14、PWM逆變器2、感應電動機1、電流檢測手段3，以及3相2相變換手段15構成的1個回路激起自激振蕩，利用調整各限幅器51c、51h的限制值的方法，可以使上述自激振蕩繼續(xù)下去。
還有，在圖6所示的電壓發(fā)生手段51中，初期電壓發(fā)生電路51n的輸出也可以向加法器51k輸入，代替向加法器51d輸入，而且也可以省略限幅器51c、51h。
圖7是表示本發(fā)明第3實施形態(tài)的感應電動機的速度控制裝置的電路結構圖，與圖1所示的第1實施形態(tài)的電路具有相同的功能的部分標以相同的符號。
也就是說，圖7所示的速度控制裝置20a、30a、40a、50a分別具有速度控制系統(tǒng)11、磁通控制系統(tǒng)12、電流控制系統(tǒng)13、2相3相變換手段14、3相2相變換手段15，此外還有用于使PWM逆變器2起動，或用于在PWM逆變器2的輸入即未圖示的交流電源瞬間停電恢復時使PWM逆變器2重新起動而在規(guī)定的時間里動作的電壓發(fā)生手段21、31、41、51中的任一個、加法器22、23、與圖1所示的轉速運算手段24具有相同的功能的轉速運算手段24a、與圖1所示的旋轉方向判別手段25具有相同的功能的旋轉方向判別手段25a，以及乘法器26。
在圖7所示的各速度控制裝置20a、30a、40a、50a，由電壓發(fā)生手段21、31、41、51中的任一個、2相3相變換手段14、PWM逆變器2、感應電動機1、電流檢測手段3，以及3相2相變換手段15構成的1個回路形成自激振蕩電路的功能，則該自激振蕩電路的角頻率為ω2(＝2πf)，持續(xù)進行圖9所示的振蕩動作，這時電壓發(fā)生手段21、31、41、51中的任一個的上述式(4)～式(7)各式的右邊的積分項的所述α軸及β軸的運算結果為與圖9相同的波形，以轉速運算手段24a計測這些運算結果的頻率，以此得出感應電動機1的限制速度信息(f)，又由于其幅度不衰減，因此即使在感應電動機1低速旋轉時也能夠可靠地計算旋轉速度信息(f)。
還有，上述振蕩動作中的所述運算結果的相位關系由旋轉方向判別手段25a檢測，該方向極性與由轉速運算手段24a得到的轉速信息用乘法器26相乘，以此得到帶有符號的旋轉速度信息。
圖8是表示本發(fā)明第4實施形態(tài)的感應電動機的速度控制裝置的電路結構圖，與圖7所示的第3實施形態(tài)的電路具有相同功能的部分標以相同的符號。
也就是說，圖8所示的各速度控制裝置60a、70a、80a、90a分別具有速度控制系統(tǒng)11、磁通控制系統(tǒng)12、電流控制系統(tǒng)13、2相3相變換手段14、3相2相變換手段15，此外還有用于使PWM逆變器2起動，或用于在PWM逆變器2的輸入即未圖示的交流電源瞬間停電恢復時使PWM逆變器2重新起動而在規(guī)定的時間里動作的電壓發(fā)生手段21、31、41、51中的任一個、加法器22、23、轉速運算手段24a、旋轉方向判別手段25a、乘法器26，以及高通濾波器61a。
在圖8中，從任何一個電壓發(fā)生手段21、31、41、51的輸出利用插入設置在通向轉速運算手段24a、旋轉方向判別手段25a的路徑上的高通濾波器61a，去除所述電壓發(fā)生手段內(nèi)部的所述α軸及β軸的運算項中包含的偏移(offset)成份，謀求提高轉速運算手段24a及旋轉方向判別手段25a的動作可靠性。
圖10是表示本發(fā)明第5實施形態(tài)的感應電動機的速度控制裝置的電路結構圖。與圖1所示的第1實施形態(tài)的電路具有相同的功能的部分標以相同的符號。
亦即，圖10所示的各速度控制裝置20b、30b、40b、50b分別具有速度控制系統(tǒng)11、磁通控制系統(tǒng)12、電流控制系統(tǒng)13、2相3相變換手段14、3相2相變換手段15、電壓發(fā)生手段21、31、41、51中的任一個、加法器22、23、轉速運算手段24、旋轉方向判別手段25、乘法器26，以及起動相位運算手段27。
在圖10中，為了使PWM逆變器2起動，或在PWM逆變器2的輸入即未圖示的交流電源瞬間停電恢復時使PWM逆變器2重新起動，首先使所述電壓發(fā)生手段中的任一個在規(guī)定的時間里動作，求這時的感應電動機1的轉速信息(f)。
接著，根據(jù)起動相位運算手段27求得的轉速信息(f)，計算相對于剛起動時的PWM逆變器2的預定的電壓指令值(vU*、vV*、vW*)的相位關系的、感應電動機1的初級電流的α軸分量(iα)的零交叉點起的時限，經(jīng)過該時限后輸出起動時刻信號。
也就是說，發(fā)出給PWM逆變器2的起動指令，并且在所述起動時刻信號輸出的時刻實際上使PWM逆變器2起動，借助于此，可以對感應電動機1提供與PWM逆變器2起動前瞬間感應電動機1的旋轉有大致同步的頻率、相位的3相電壓，可以使PWM逆變器2的起動沒有沖擊。
還有，圖10所示的電路結構中，感應電動機1的初級電流的α軸分量輸入起動相位運算手段27進行計算，但是也可以把感應電動機1的初級電流的β軸分量輸入進行計算。
圖11是表示本發(fā)明第6實施形態(tài)的感應電動機的速度控制裝置的電路結構圖。與圖2所示的第2實施形態(tài)的電路具有相同的功能的部分標以相同的符號。
亦即，圖11所示的各速度控制裝置60b、70b、80b、90b分別具有速度控制系統(tǒng)11、磁通控制系統(tǒng)12、電流控制系統(tǒng)13、2相3相變換手段14、3相2相變換手段15、電壓發(fā)生手段21、31、41、51中的任一個、加法器22、23、轉速運算手段24、旋轉方向判別手段25、乘法器26、高通濾波器61以及起動相位運算手段27a。
在圖11中，為了使PWM逆變器2起動，或在PWM逆變器2的輸入即未圖示的交流電源瞬間停電恢復時使PWM逆變器2重新起動，首先使所述電壓發(fā)生手段中的任一個在規(guī)定的時間里動作，求這時的感應電動機1的轉速信息(f)。
接著，根據(jù)起動相位運算手段27a求得的轉速信息(f)，計算相對于剛起動時的PWM逆變器2的預定的電壓指令值(vU*、vV*、vW*)的相位關系的、通過高通濾波器61感應電動機1的初級電流的α軸分量(iα)的零交叉點起的高通濾波器61的延遲時間修正的時限，經(jīng)過該時限后輸出起動時刻信號。
也就是說，發(fā)出給PWM逆變器2的起動指令，并且在所述起動時刻信號輸出的時刻實際上使PWM逆變器2起動，借助于此，可以向感應電動機1提供與PWM逆變器2起動前瞬間感應電動機1的旋轉有大致同步的頻率、相位的3相電壓，可以使PWM逆變器2的起動沒有沖擊。
還有，圖11所示的電路結構中，感應電動機1的初級電流的α軸分量通過高通濾波器61的值輸入起動相位運算手段27a，但是也可以把感應電動機1的初級電流的β軸分量通過高通濾波器61的值輸入進行計算。
圖12是表示本發(fā)明第7實施形態(tài)的感應電動機的速度控制裝置的電路結構圖。與圖7所示的第3實施形態(tài)的電路具有相同的功能的部分標以相同的符號。
亦即，圖12所示的各速度控制裝置20c、30c、40c、50c分別具有速度控制系統(tǒng)11、磁通控制系統(tǒng)12、電流控制系統(tǒng)13、2相3相變換手段14、3相2相變換手段15、電壓發(fā)生手段21、31、41、51中的任一個、加法器22、23、轉速運算手段24a、旋轉方向判別手段25a、乘法器26，以及起動相位運算手段27b。
在圖12中，為了使PWM逆變器2起動，或在PWM逆變器2的輸入即未圖示的交流電源瞬間停電恢復時使PWM逆變器2重新起動，首先使所述電壓發(fā)生手段中的任一個在規(guī)定的時間里動作，求這時的感應電動機1的轉速信息(f)。
接著，起動相位運算手段27b根據(jù)求得的轉速信息(f)，計算相對于剛起動時的PWM逆變器2的預定的電壓指令值(vU*、vV*、vW*)的相位關系的、所述電壓發(fā)生手段的任一個的，以上述各式(4)～(7)的右邊的積分運算項為依據(jù)的波形的零交叉點起的時限，經(jīng)過該時限后輸出起動時刻信號。
也就是說，發(fā)出給PWM逆變器2的起動指令，并且在所述起動時刻信號輸出的時刻實際上使PWM逆變器2起動，借助于此，可以向感應電動機1提供與PWM逆變器2起動前瞬間感應電動機1的旋轉有大致同步的頻率、相位的3相電壓，可以使PWM逆變器2的起動沒有沖擊。
還有，圖12所示的電路結構中，起動相位運算手段27b輸入所述電壓發(fā)生手段的任一個的α軸積分項的波形進行計算，但是也可以輸入β軸積分項的波形進行計算。
圖13是表示本發(fā)明第8實施形態(tài)的感應電動機的速度控制裝置的電路結構圖。與圖8所示的第4實施形態(tài)的電路具有相同的功能的部分標以相同的符號。
亦即，圖13所示的各速度控制裝置60c、70c、80c、90c分別具有速度控制系統(tǒng)11、磁通控制系統(tǒng)12、電流控制系統(tǒng)13、2相3相變換手段14、3相2相變換手段15、電壓發(fā)生手段21、31、41、51中的任一個、加法器22、23、轉速運算手段24a、旋轉方向判別手段25a、乘法器26、高通濾波器61a，以及起動相位運算手段27c。
在圖13中，為了使PWM逆變器2起動，或在PWM逆變器2的輸入即未圖示的交流電源瞬間停電恢復時使PWM逆變器2重新起動，首先使所述電壓發(fā)生手段中的任一個在規(guī)定的時間里動作，求這時的感應電動機1的轉速信息(f)。
接著，起動相位運算手段27c根據(jù)求得的轉速信息(f)，計算相對于剛起動時的PWM逆變器2的預定的電壓指令值(vU*、vV*、vW*)的相位關系的、所述電壓發(fā)生手段的任一個的，以上述各式(4)～(7)的右邊的積分運算項為依據(jù)的波形的通過高通濾波器61a的零交叉點起的高通濾波器61a的延遲時間修正的時限，經(jīng)過該時限后輸出起動時刻信號。
也就是說，發(fā)出給PWM逆變器2的起動指令，并且在所述起動時刻信號輸出的時刻實際上使PWM逆變器2起動，借助于此，可以向感應電動機1提供與PWM逆變器2起動前瞬間感應電動機1的旋轉有大致同步的頻率、相位的3相電壓，可以使PWM逆變器2的起動沒有沖擊。
還有，圖13所示的電路結構中，起動相位運算手段27c輸入所述電壓發(fā)生手段的任一個的α軸積分項的通過高通濾波器61a的波形，但是也可以輸入β軸積分項的通過高通濾波器61a的波形進行計算。
圖14是表示本發(fā)明第9實施形態(tài)的感應電動機的速度控制裝置的電路結構圖。與圖1所示的第1實施形態(tài)的電路具有相同的功能的部分標以相同的符號。
亦即，圖14所示的各速度控制裝置20d、30d、40d、50d分別具有速度控制系統(tǒng)11、磁通控制系統(tǒng)12、電流控制系統(tǒng)13、2相3相變換手段14、3相2相變換手段15、電壓發(fā)生手段21、31、41、51中的任一個、加法器22、23、轉速運算手段24、旋轉方向判別手段25、乘法器26、以及起動相位運算手段28。
在圖14中，為了使PWM逆變器2起動，或在PWM逆變器2的輸入即未圖示的交流電源瞬間停電恢復時使PWM逆變器2重新起動，首先使所述電壓發(fā)生手段中的任一個在規(guī)定的時間里動作，求這時的感應電動機1的轉速信息(f)。
接著，起動相位運算手段28根據(jù)求得的轉速信息(f)，計算每一次從感應電動機1的初級電流的α軸分量(iα)與β軸分量(iβ)得到的起動相位信息(θ1，θ1＝tan-1(iβ/iα))。
也就是說，一旦發(fā)出給PWM逆變器2的起動指令，就以基于所述θ1的各電壓指令值(vU*、vV*、vW*)的相位關系使PWM逆變器2起動，借助于此，可以向感應電動機1提供與PWM逆變器2起動前瞬間感應電動機1的旋轉有大致同步的頻率、相位的3相電壓，可以使PWM逆變器2的起動沒有沖擊。
圖15是表示本發(fā)明第10實施形態(tài)的感應電動機的速度控制裝置的電路結構圖。與圖2所示的第2實施形態(tài)的電路具有相同的功能的部分標以相同的符號。
亦即，圖15所示的各速度控制裝置60d、70d、80d、90d分別具有速度控制系統(tǒng)11、磁通控制系統(tǒng)12、電流控制系統(tǒng)13、2相3相變換手段14、3相2相變換手段15、電壓發(fā)生手段21、31、41、51中的任一個、加法器22、23、轉速運算手段24、旋轉方向判別手段25、乘法器26、高通濾波器61，以及起動相位運算手段28a。
在圖15中，為了使PWM逆變器2起動，或在PWM逆變器2的輸入即未圖示的交流電源瞬間停電恢復時使PWM逆變器2重新起動，首先使所述電壓發(fā)生手段中的任一個在規(guī)定的時間里動作，求這時的感應電動機1的轉速信息(f)。
接著，起動相位運算手段28a根據(jù)求得的轉速信息(f)，計算每一次從感應電動機1的初級電流的α軸分量的通過高通濾波器61的值(iαF)與β軸分量的通過高通濾波器61的值(iβF)得到的相位(θ2，θ2＝tan-1(iβF/iαF))。相對于該θ2計算修正高通濾波器61的相位延遲的起動相位信息θ2F。
也就是說，一旦發(fā)出給PWM逆變器2的起動指令，就以基于所述θ2F的各電壓指令值(vU*、vV*、vW*)的相位關系使PWM逆變器2起動，借助于此，可以向感應電動機1提供與PWM逆變器2起動前瞬間感應電動機1的旋轉有大致同步的頻率、相位的3相電壓，可以使PWM逆變器2的起動沒有沖擊。
圖16是表示本發(fā)明第11實施形態(tài)的感應電動機的速度控制裝置的電路結構圖。與圖7所示的第3實施形態(tài)的電路具有相同的功能的部分標以相同的符號。
亦即，圖16所示的各速度控制裝置20e、30e、40e、50e分別具有速度控制系統(tǒng)11、磁通控制系統(tǒng)12、電流控制系統(tǒng)13、2相3相變換手段14、3相2相變換手段15、電壓發(fā)生手段21、31、41、51中的任一個、加法器22、23、轉速運算手段24a、旋轉方向判別手段25a、乘法器26，以及起動相位運算手段28b。
在圖16中，為了使PWM逆變器2起動，或在PWM逆變器2的輸入即未圖示的交流電源瞬間停電恢復時使PWM逆變器2重新起動，首先使所述電壓發(fā)生手段中的任一個在規(guī)定的時間里動作，求這時的感應電動機1的轉速信息(f)。
接著，起動相位運算手段28b根據(jù)求得的轉速信息(f)，計算電壓發(fā)生手段21、31、41、51中的任一個的、每一次從上述各式(4)～(7)的右邊的積分項的值的α軸分量(vα)與β軸分量(vβ)得到的起動相位信息(θ3，θ3＝tan-1(vβ/vα))。
也就是說，一旦發(fā)出給PWM逆變器2的起動指令，就以基于所述θ3的各電壓指令值(vU*、vV*、vW*)的相位關系使PWM逆變器2起動，借助于此，可以向感應電動機1提供與PWM逆變器2起動前瞬間感應電動機1的旋轉有大致同步的頻率、相位的3相電壓，可以使PWM逆變器2的起動沒有沖擊。
圖17是表示本發(fā)明第12實施形態(tài)的感應電動機的速度控制裝置的電路結構圖。與圖8所示的第4實施形態(tài)的電路具有相同的功能的部分標以相同的符號。
亦即，圖17所示的各速度控制裝置60e、70e、80e、90e分別具有速度控制系統(tǒng)11、磁通控制系統(tǒng)12、電流控制系統(tǒng)13、2相3相變換手段14、3相2相變換手段15、電壓發(fā)生手段21、31、41、51中的任一個、加法器22、23、轉速運算手段24a、旋轉方向判別手段25a、乘法器26、高通濾波器61a，以及起動相位運算手段28c。
在圖17中，為了使PWM逆變器2起動，或在PWM逆變器2的輸入即未圖示的交流電源瞬間停電恢復時使PWM逆變器2重新起動，首先使所述電壓發(fā)生手段中的任一個在規(guī)定的時間里動作，求這時的感應電動機1的轉速信息(f)。
接著，起動相位運算手段28c根據(jù)求得的轉速信息(f)，計算每一次從電壓發(fā)生手段21、31、41、51中的任一項的上述各式(4)～(7)的右邊的積分項的通過高通濾波器61a的值的α軸分量(vαF)與β軸分量(vβF)得到的相位(θ4，θ4＝tan-1(vβF/vαF))，相對于該θ4計算修正高通濾波器61a的相位延遲的起動相位信息θ4F。
也就是說，一旦發(fā)出給PWM逆變器2的起動指令，就以基于所述θ4F的各電壓指令值(vU*、vV*、vW*)的相位關系使PWM逆變器2起動，借助于此，可以向感應電動機1提供與PWM逆變器2起動前瞬間感應電動機1的旋轉有大致同步的頻率、相位的3相電壓，可以使PWM逆變器2的起動沒有沖擊。
采用本發(fā)明，在向感應電動機供電的PWM逆變器起動時或重新起動時，以包含任意頻率成份的電壓作為初期電壓，激發(fā)起自激振蕩，以此使得即使在該電動機低速旋轉時也能夠可靠地檢測出該電動機的轉速信息和旋轉方向，可以避免PWM逆變器超負載和緊急停機。而且在進行這種運算時還可以不使用高速微電腦，因此能夠提供廉價的速度控制裝置，
權利要求
1.一種感應電動機的速度控制裝置，利用PWM逆變器將輸入的交流電源變換為所希望頻率、電壓的交流電向感應電動機供電，同時對該電動機進行變速控制，其特征在于，在速度控制裝置上附加自激振蕩用的電壓發(fā)生手段與轉速運算手段，根據(jù)所述電壓發(fā)生手段輸出的、固定坐標軸上正交的2軸(α軸、β軸)的各電壓指令值，通過所述速度控制裝置的PWM逆變器向感應電動機提供電壓，以此電壓使該電動機的初級電流自激振蕩，利用轉速運算手段檢測出所述電動機自激振蕩的初級電流的α軸成份和β軸成份中的任一方的頻率或是兩者的頻率，從該檢測值計算該電動機的轉速信息，根據(jù)該計算出的轉速信息使PWM逆變器起動，或在所述交流電源的瞬間停電恢復之際使該逆變器重新起動。
2.根據(jù)權利要求1所述的感應電動機的速度控制裝置，其特征在于，向所述轉速運算手段輸入所述電動機自激振蕩的初級電流的α軸成份和β軸成份分別通過高通濾波器的成份。
3.一種感應電動機的速度控制裝置，利用PWM逆變器將輸入的交流電源變換為所希望頻率、電壓的交流電向感應電動機供電，同時對該電動機進行變速控制，其特征在于，在速度控制裝置上附加自激振蕩用的電壓發(fā)生手段、轉速運算手段和起動相位運算手段，根據(jù)所述電壓發(fā)生手段輸出的、固定坐標軸上正交的2軸(α軸、β軸)的各電壓指令值，通過所述速度控制裝置的PWM逆變器向感應電動機提供電壓，以此電壓使該電動機的初級電流自激振蕩，利用轉速運算手段檢測出所述電動機自激振蕩的初級電流的α軸成份和β軸成份中的任一方的頻率或是兩者的頻率，從該檢測值計算該電動機的轉速信息，起動相位運算手段根據(jù)所述初級電流的α軸成份和β軸成份的任一方或兩者，以及所述轉速信息，計算PWM逆變器的起動時刻或起動相位信息，根據(jù)該計算出的起動時刻或起動相位信息以及所述轉速信息使PWM逆變器起動，或在所述交流電源瞬間停電恢復之際使該逆變器重新起動。
4.根據(jù)權利要求3所述的感應電動機的速度控制裝置，其特征在于，向所述轉速運算手段與所述起動相位運算手段輸入所述電動機自激振蕩的初級電流的α軸成份和β軸成份分別通過高通濾波器的成份。
5.一種感應電動機的速度控制裝置，利用PWM逆變器將輸入的交流電源變換為所希望頻率、電壓的交流電向感應電動機供電，同時對該電動機進行變速控制，其特征在于，在速度控制裝置上附加自激振蕩用的電壓發(fā)生手段、轉速運算手段和旋轉方向判別手段，根據(jù)所述電壓發(fā)生手段輸出的、固定坐標軸上正交的2軸(α軸、β軸)的各電壓指令值，通過所述速度控制裝置的PWM逆變器向感應電動機提供電壓，以此電壓使該電動機的初級電流自激振蕩，利用轉速運算手段檢測出所述電動機自激振蕩的初級電流的α軸成份和β軸成份中的任一方的頻率或是兩者的頻率，從該檢測值計算該電動機的轉速信息，旋轉方向判別手段根據(jù)所述α軸成份的電流與β軸成份的電流的相位關系判別所述電動機的旋轉方向，根據(jù)所述轉速信息和旋轉方向使PWM逆變器起動，或在所述交流電源瞬間停電恢復之際使該逆變器重新起動。
6.根據(jù)權利要求5所述的感應電動機的速度控制裝置，其特征在于，向所述轉速運算手段與所述旋轉方向判別手段輸入所述電動機自激振蕩的初級電流的α軸成份和β軸成份分別通過高通濾波器的成份。
7.一種感應電動機的速度控制裝置，利用PWM逆變器將輸入的交流電源變換為所希望頻率、電壓的交流電向感應電動機供電，同時對該電動機進行變速控制，其特征在于，在速度控制裝置上附加自激振蕩用的電壓發(fā)生手段、轉速運算手段、旋轉方向判別手段及起動相位運算手段，根據(jù)所述電壓發(fā)生手段輸出的、固定坐標軸上正交的2軸(α軸、β軸)的各電壓指令值，通過所述速度控制裝置的PWM逆變器向感應電動機提供電壓，以此電壓使該電動機的初級電流自激振蕩，利用轉速運算手段檢測出所述電動機自激振蕩的初級電流的α軸成份和β軸成份中的任一方的頻率或是兩者的頻率，從該檢測值計算該電動機的轉速信息，旋轉方向判別手段根據(jù)所述α軸成份的電流與β軸成份的電流的相位關系判別所述電動機的旋轉方向，起動相位運算手段根據(jù)所述初級電流的α軸成份和β軸成份的任一方或兩者，以及所述轉速信息，計算PWM逆變器的起動時刻或起動相位信息，根據(jù)該計算出的起動時刻或起動相位信息、所述轉速信息以及旋轉方向使PWM逆變器起動，或在所述交流電源瞬間停電恢復之際使該逆變器重新起動。
8.根據(jù)權利要求7所述的感應電動機的速度控制裝置，其特征在于，向所述轉速運算手段與旋轉方向判別手段以及起動相位運算手段輸入所述電動機自激振蕩的初級電流的α軸成份和β軸成份分別通過高通濾波器的成份。
9.一種感應電動機的速度控制裝置，利用PWM逆變器將輸入的交流電源變換為所希望頻率、電壓的交流電向感應電動機供電，同時對該電動機進行變速控制，其特征在于，在速度控制裝置上附加自激振蕩用的電壓發(fā)生手段與轉速運算手段，根據(jù)所述電壓發(fā)生手段輸出的、固定坐標軸上正交的2軸(α軸、β軸)的各電壓指令值，通過所述速度控制裝置的PWM逆變器向感應電動機提供電壓，以此電壓使該電動機的初級電流自激振蕩，利用轉速運算手段檢測出在所述電壓發(fā)生手段內(nèi)部的α軸運算值和β軸運算值中的任一方的頻率或是兩者的頻率，從該檢測值計算該電動機的轉速信息，根據(jù)該計算出的轉速信息使PWM逆變器起動，或在所述交流電源瞬間停電恢復之際使該逆變器重新起動。
10.根據(jù)權利要求9所述的感應電動機的速度控制裝置，其特征在于，在所述電壓發(fā)生手段到所述轉速運算手段的途中插入設置高通濾波器。
11.一種感應電動機的速度控制裝置，利用PWM逆變器將輸入的交流電源變換為所希望頻率、電壓的交流電向感應電動機供電，同時對該電動機進行變速控制，其特征在于，在速度控制裝置上附加自激振蕩用的電壓發(fā)生手段、轉速運算手段及起動相位運算手段，根據(jù)所述電壓發(fā)生手段輸出的、固定坐標軸上正交的2軸(α軸、β軸)的各電壓指令值，通過所述速度控制裝置的PWM逆變器向感應電動機提供電壓，以此電壓使該電動機的初級電流自激振蕩，利用轉速運算手段檢測出在所述電壓發(fā)生手段內(nèi)部的α軸運算值和β軸運算值中的任一方的頻率或是兩者的頻率，從該檢測值計算該電動機的轉速信息，起動相位運算手段根據(jù)所述α軸運算值和β軸運算值的任一方或兩者，以及所述轉速信息計算PWM逆變器的起動時刻或起動相位信息，根據(jù)該計算出的起動時刻或起動相位信息，以及所述轉速信息使PWM逆變器起動，或在所述交流電源瞬間停電恢復之際使該逆變器重新起動。
12.根據(jù)權利要求11所述的感應電動機的速度控制裝置，其特征在于，在所述電壓發(fā)生手段到所述轉速運算手段及起動相位運算手段的途中插入設置高通濾波器。
13.一種感應電動機的速度控制裝置，利用PWM逆變器將輸入的交流電源變換為所希望頻率、電壓的交流電向感應電動機供電，同時對該電動機進行變速控制，其特征在于，在速度控制裝置上附加自激振蕩用的電壓發(fā)生手段、轉速運算手段及旋轉方向判別手段，根據(jù)所述電壓發(fā)生手段輸出的、固定坐標軸上正交的2軸(α軸、β軸)的各電壓指令值，通過所述速度控制裝置的PWM逆變器向感應電動機提供電壓，以此電壓使該電動機的初級電流自激振蕩，利用轉速運算手段檢測出在所述電壓發(fā)生手段內(nèi)部的α軸運算值和β軸運算值中的任一方的頻率或是兩者的頻率，從該檢測值計算該電動機的轉速信息，利用旋轉方向判別手段根據(jù)所述α軸運算值和β軸運算值的相位關系判別所述電動機的旋轉方向，根據(jù)所述轉速信息及旋轉方向使PWM逆變器起動，或在所述交流電源瞬間停電恢復之際使該逆變器重新起動。
14.根據(jù)權利要求13所述的感應電動機的速度控制裝置，其特征在于，在所述電壓發(fā)生手段到所述轉速運算手段及旋轉方向判別手段的途中插入設置高通濾波器。
15.一種感應電動機的速度控制裝置，利用PWM逆變器將輸入的交流電源變換為所希望頻率、電壓的交流電向感應電動機供電，同時對該電動機進行變速控制，其特征在于，在速度控制裝置上附加自激振蕩用的電壓發(fā)生手段、轉速運算手段、旋轉方向判別手段及起動相位運算手段，根據(jù)所述電壓發(fā)生手段輸出的、固定坐標軸上正交的2軸(α軸、β軸)的各電壓指令值，通過所述速度控制裝置的PWM逆變器向感應電動機提供電壓，以此電壓使該電動機的初級電流自激振蕩，利用轉速運算手段檢測出在所述電壓發(fā)生手段內(nèi)部的α軸運算值和β軸運算值中的任一方的頻率或是兩者的頻率，從該檢測值計算該電動機的轉速信息，利用旋轉方向判別手段根據(jù)所述α軸運算值和β軸運算值的相位關系判別所述電動機的旋轉方向，起動相位運算手段根據(jù)所述α軸運算值和β軸運算值的任一方或兩者，以及所述轉速信息，計算PWM逆變器的起動時刻或起動相位信息，根據(jù)該計算出的起動時刻或起動相位信息，以及所述轉速信息與所述旋轉方向使PWM逆變器起動，或在所述交流電源瞬間停電恢復之際使該逆變器重新起動。
16.根據(jù)權利要求15所述的感應電動機的速度控制裝置，其特征在于，在所述電壓發(fā)生手段到所述轉速運算手段、旋轉方向判別手段及起動相位運算手段的途中插入設置高通濾波器。
17.根據(jù)權利要求1～16中的任一項所述的感應電動機的速度控制裝置，其特征在于，其結構具有如下所述功能所述電壓發(fā)生手段用第1加法器求通過第1感應電動機模型從所述α軸的電壓指令值得到的電壓與所述感應電動機的初級電流的α軸分量乘以第1反饋增益得到的電壓的差值，以第1限幅器對第1加法器的輸出進行限制，以該被限制的輸出作為所述α軸的電壓指令值，用第2加法器求通過第2感應電動機模型從所述β軸的電壓指令值得到的電壓與所述感應電動機的初級電流的β軸分量乘以第2反饋增益得到的電壓的差值，以第2限幅器對第2加法器的輸出進行限制，以該被限制的輸出作為所述β軸的電壓指令值，在所述第1加法器或第2加法器中的任一個上再加上初期電壓發(fā)生電路的輸出。
18.根據(jù)權利要求1～16中的任一項所述的感應電動機的速度控制裝置，其特征在于，其結構具有如下所述功能所述電壓發(fā)生手段利用第1限幅器對通過輸入所述α軸的電壓指令值和所述感應電動機的初級電流的α軸分量的第1感應電動機模型得到的電壓進行限制，以第1加法器求該被限制的電壓與所述初級電流的α軸分量乘以第1反饋增益得到的電壓的差值，以該差值作為所述α軸的電壓指令值，用第2限幅器對通過輸入所述β軸的電壓指令值與所述感應電動機的初級電流的β軸分量的第2感應電動機模型得到的電壓進行限制，以第2加法器求該被限制的電壓與所述初級電流的β軸分量乘以第2反饋增益得到的電壓的差值，以該差值作為所述β軸的電壓指令值，在從所述第1感應電動機模型到第1限幅器的途中，或從所述第2感應電動機模型到第2限幅器的途中的任一條路徑上插入設置對所述感應電動機模型的輸出和初期電壓發(fā)生電路的輸出進行加法運算的第3加法器。
19.根據(jù)權利要求1～16中的任一項所述的感應電動機的速度控制裝置，其特征在于，即其結構具有如下所述功能所述電壓發(fā)生手段利用第1限幅器對通過第1感應電動機模型從第1加法器的輸出得到的電壓進行限制，以第1加法器求該被限制的電壓與所述初級電流的α軸分量乘以第1反饋增益得到的電壓的差值，以第2加法器將第1加法器的輸出與所述初級電流的α軸分量跟所述感應電動機的初級電阻有關的α軸補償電壓相加，以該相加值作為所述α軸的電壓指令值，利用第2限幅器對通過第2感應電動機模型從第3加法器的輸出得到的電壓進行限制，以第3加法器求該被限制的電壓與所述初級電流的β軸分量乘以第2反饋增益得到的電壓的差值，以第4加法器將第3加法器的輸出與所述初級電流的β軸分量跟所述感應電動機的初級電阻有關的β軸補償電壓相加，以該相加值作為所述β軸的電壓指令值，在從所述第1感應電動機模型到第1限幅器的途中或從所述第2感應電動機模型到第2限幅器的途中的任一條路徑上插入設置對所述感應電動機模型的輸出和初期電壓發(fā)生電路的輸出進行加法運算的第5加法器。
20.根據(jù)權利要求1～16中的任一項所述的感應電動機的速度控制裝置，其特征在于，其結構具有如下所述功能所述電壓發(fā)生手段利用第1限幅器對通過第1感應電動機模型從第1電流控制器的輸出得到的值進行限制，以第1加法器求該被限制的值與所述初級電流的α軸分量的差值，以第1電流控制器對該差值進行調整運算，以第2加法器將第1電流控制器的輸出與所述初級電流的α軸分量跟所述感應電動機的初級電阻有關的α軸補償電壓相加，以該相加值作為所述α軸的電壓指令值，利用第2限幅器對通過第2感應電動機模型從第2電流控制器的輸出得到的值進行限制，以第3加法器求該被限制的值與所述初級電流的β軸分量的差值，以第2電流控制器調整計算該差值，以第4加法器將第2電流控制器的輸出與所述初級電流的β軸分量跟所述感應電動機的初級電阻有關的β軸補償電壓相加，以該相加的計算值作為所述β軸的電壓指令值，在所述第1加法器或第3加法器中的任一方再加上初期電壓發(fā)生電路的輸出。
21.根據(jù)權利要求17～20中的任一項所述的感應電動機的速度控制裝置，其特征在于，所述初期電壓發(fā)生電路的輸出是階梯狀波形或脈沖狀波形的電壓。
全文摘要
本發(fā)明提供使向感應電動機供電的PWM逆變器的起動或瞬間停電恢復時重新起動可靠進行的速度控制裝置。附加有任一電壓發(fā)生手段、加法器22、23、轉速運算手段、旋轉方向判別手段、乘法器,起動時或重新起動的規(guī)定的時間里使電壓發(fā)生手段動作,以使包含該電壓發(fā)生手段、感應電動機、PWM逆變器的控制系統(tǒng)自激振蕩,用轉速運算手段與旋轉方向判別手段從這時的固定坐標軸α、β軸分量的感應電動機的初級電流取得感應電動機的旋轉方向與旋轉速度信息,據(jù)此使PWM逆變器起動。
文檔編號H02P1/26GK1231541SQ9910075
公開日1999年10月13日 申請日期1999年2月15日 優(yōu)先權日1998年4月3日
發(fā)明者伊東淳一, 海田英俊, 米澤裕之 申請人:富士電機株式會社