专利名称：感应电动机的速度控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及将输入的交流电源利用PWM逆变器变换为所希望频率、电压的交流电向感应电动机供电，并且在该电动机上不使用速度传感器地对该电动机进行变速控制的感应电动机速度控制装置，特别是在PWM逆变器的起动、或所述交流电源的瞬间停电恢复之际使该逆变器的重新起动动作高可靠性地进行的感应电动机的速度控制装置。
这种感应电动机的速度控制方法公知的有日本专利特开平8-130882号公报所示的专利。
图18是表示以申述公报为依据的该发明的已有例的感应电动机的速度控制装置的结构方框图。
在图18中，1是感应电动机，2是PWM逆变器，3是电流检测手段，10是速度控制装置，在该速度控制装置10具备以已有的技术做成的速度控制系统11、磁通控制系统12、电流控制系统13、2相3相变换手段14、3相2相变换手段15，此外还有用于使PWM逆变器2起动，或用于在PWM逆变器2的输入即未图示的交流电源瞬间停电恢复时使PWM逆变器2重新起动的信号发生手段16、加法器17a、17b、磁通推定手段18，以及频率运算手段19。
在图18所示的速度控制装置10中，以角频率ω2旋转着的感应电动机1的基本方程式在固定坐标轴(α轴、β轴)上表示为式(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为感应电动机1的感应电压的α轴、β轴分量，iα、iβ是固有电动机1的初级电流的α轴、β轴分量，φα、φβ是固有电动机1的磁通的α轴、β轴分量。又R2是感应电动机1的次级电阻换算为初级侧的电阻的换算值，T2是感应电动机1的次级侧的时间常数，s是拉普拉斯变换的微分算符。
将上式(1)变成方框图，表示如图19，根据该图，φα、φβ可以分别表示为式(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逆变器1变换为所希望频率、电压的交流电向感应电动机供电，一边对该电动机进行变速控制的通常的运行中，由于(1/T2)2＜＜(ω2)2成立，以角频率ω2旋转着的感应电动机1的磁通的振动频率为ω2。
也就是说，如果利用信号发生手段16与加法器17a、17b向以角频率ω2旋转着的感应电动机1供给包含ω2频率分量的初级电流，则可以使感应电动机1产生频率为ω2的旋转磁场。
从而，可以以电流检测手段3检测感应电动机1的初级电流，利用3相2相变换手段15将这些检测值iu、iw变换为固定坐标轴(α轴、β轴)分量(iα、iβ)，在磁通推定手段18对这些变换值进行式(2)、式(3)的运算，求φα、φβ，在频率运算手段19从φα、φβ得到角频率ω2，以其作为转速信息(f)。
也就是说，图18所示的速度控制装置10在使PWM逆变器2起动时，或是使PWM逆变器2输入的未图示的交流电源瞬间停电恢复时使PWM逆变器2重新起动时，首先，使信号发生手段16在规定的时间里动作，这时根据频率运算手段19得到的转速信息(f)使PWM逆变器2起动，以此使PWM逆变器2在起动时避免发生过载等不良情况。
采用图18所示的已有的速度控制装置10，则可以利用信号发生手段16与加法器17a、17b提供包含上述ω2的频率成份的初级电流，在这时利用磁通推定手段18与频率运算手段19得到感应电动机1的转速信息，因此电流控制系统必须能够快速响应，而使这一电流控制系统13以电脑实现该功能则需要昂贵的高速度的电脑，而且在利用快速傅利叶变换(FFT)得到转速信息时需要复杂的运算处理。
而且，在原理上感应电动机的磁通的振动频率与该电动机旋转时的角频率相同，但是该磁通振动时的振幅以该电动机的次级侧的时间常数(T2)衰减，因此特别是在所述电动机以低速旋转时，磁通振动的振幅衰减相对变快，有时难于得到所述转速信息。
本发明的目的在于解决上述问题，提高可以使用廉价的电脑，以简单的运算处理，即使在所述电动机以低速旋转时也能够得到该电动机的转速信息的感应电动机速度控制装置。
第1发明是利用PWM逆变器将输入的交流电源变换为所希望频率、电压的交流电向感应电动机供电，同时对该电动机进行变速控制的感应电动机的速度控制装置，其特征在于，在速度控制装置上增加自激振荡用的电压发生手段与转速运算手段，根据所述电压发生手段输出的、固定坐标轴上的正交的2轴(α轴、β轴)的各电压指令值，通过所述速度控制装置的PWM逆变器向感应电动机提供电压，以此电压使该电动机的初级电流自激振荡，利用转速运算手段检测出所述电动机自激振荡的初级电流的α轴成份和β轴成份中的某一方的频率或是两者的频率，从该检测值计算该电动机的转速信息，根据该计算出的转速信息使PWM逆变器起动，或在所述交流电源的瞬间停电恢复之际使该逆变器重新起动动作。
第2发明是上述第1发明，具备如下特征，即在所述转速运算手段输入所述电动机自激振荡的初级电流的α轴成份和β轴成份分别通过高通滤波器的成份。
第3发明是所述感应电动机的速度控制装置，其特征在于，在速度控制装置上增加自激振荡用的电压发生手段、转速运算手段和起动相位运算手段，根据所述电压发生手段输出的、固定坐标轴上的正交的2轴(α轴、β轴)的各电压指令值，通过所述速度控制装置的PWM逆变器向感应电动机提供电压，以此电压使该电动机的初级电流自激振荡，利用转速运算手段检测出所述电动机自激振荡的初级电流的α轴成份和β轴成份中的某一方的频率或是两者的频率，从该检测值计算该电动机的转速信息，起动相位运算手段根据根据所述初级电流的α轴成份和β轴成份的某一方或两者，以及所述转速信息，计算PWM逆变器的起动时刻或起动相位信息，根据该计算出的起动时刻或起动相位信息以及所述转速信息使PWM逆变器起动或在所述交流电源瞬间停电恢复之际使该逆变器重新起动。
第4发明是上述第3发明，具备如下特征，即在所述转速运算手段与所述起动相位运算手段输入所述电动机自激振荡的初级电流的α轴成份和β轴成份分别通过高通滤波器的成份。
第5发明是所述感应电动机的速度控制装置，其特征在于，在速度控制装置上增加自激振荡用的电压发生手段、转速运算手段和旋转方向判别手段，根据所述电压发生手段输出的、固定坐标轴上的正交的2轴(α轴、β轴)的各电压指令值，通过所述速度控制装置的PWM逆变器向感应电动机提供电压，以此电压使该电动机的初级电流自激振荡，利用转速运算手段检测出所述电动机自激振荡的初级电流的α轴成份和β轴成份中的某一方的频率或是两者的频率，从该检测值计算该电动机的转速信息，旋转方向判别手段根据所述α轴成份的电流与β轴成份的电流的相位关系判别所述电动机的旋转方向，根据所述转速信息和旋转方向使PWM逆变器起动，或在所述交流电源瞬间停电恢复之际使该逆变器重新起动。
第6发明是上述第5发明，具备如下特征，即在所述转速运算手段与所述旋转方向判别手段输入所述电动机自激振荡的初级电流的α轴成份和β轴成份分别通过高通滤波器的成份。
第7发明是所述感应电动机的速度控制装置，其特征在于，在速度控制装置上增加自激振荡用的电压发生手段、转速运算手段、旋转方向判别手段及起动相位运算手段，根据所述电压发生手段输出的、固定坐标轴上的正交的2轴(α轴、β轴)的各电压指令值，通过所述速度控制装置的PWM逆变器向感应电动机提供电压，以此电压使该电动机的初级电流自激振荡，利用转速运算手段检测出所述电动机自激振荡的初级电流的α轴成份和β轴成份中的某一方的频率或是两者的频率，从该检测值计算该电动机的转速信息，旋转方向判别手段根据所述α轴成份的电流与β轴成份的电流的相位关系判别所述电动机的旋转方向，起动相位运算手段根据所述初级电流的α轴成份和β轴成份的某一方或两者，以及所述转速信息，计算PWM逆变器的起动时刻或起动相位信息，根据该计算出的起动时刻或起动相位信息、所述转速信息以及旋转方向使PWM逆变器起动或在所述交流电源瞬间停电恢复之际使该逆变器重新起动。
第8发明是上述第7发明，具备如下特征，即在所述转速运算手段与旋转方向判别手段以及起动相位运算手段输入所述电动机自激振荡的初级电流的α轴成份和β轴成份分别通过高通滤波器的成份。
第9发明是所述感应电动机的速度控制装置，其特征在于，在速度控制装置上增加自激振荡用的电压发生手段与转速运算手段，根据所述电压发生手段输出的、固定坐标轴上的正交的2轴(α轴、β轴)的各电压指令值，通过所述速度控制装置的PWM逆变器向感应电动机提供电压，以此电压使该电动机的初级电流自激振荡，利用转速运算手段检测出在所述电压发生手段内部的α轴运算值和β轴运算值中的某一方的频率或是两者的频率，从该检测值计算该电动机的转速信息，根据该计算出的转速信息使PWM逆变器起动，或在所述交流电源瞬间停电恢复之际使该逆变器重新起动。
第10发明是上述第9发明，具备如下特征，即在所述电压发生手段到所述转速运算手段的途中插入设置高通滤波器。
第11发明是所述感应电动机的速度控制装置，其特征在于，在速度控制装置上增加自激振荡用的电压发生手段、转速运算手段及起动相位运算手段，根据所述电压发生手段输出的、固定坐标轴上的正交的2轴(α轴、β轴)的各电压指令值，通过所述速度控制装置的PWM逆变器向感应电动机提供电压，以此电压使该电动机的初级电流自激振荡，利用转速运算手段检测出在所述电压发生手段内部的α轴运算值和β轴运算值中的某一方的频率或是两者的频率，从该检测值计算该电动机的转速信息，起动相位运算手段根据所述α轴运算值和β轴运算值的某一方或两者，以及所述转速信息，计算PWM逆变器的起动时刻或起动相位信息，根据该计算出的起动时刻或起动相位信息，以及所述转速信息使PWM逆变器起动或在所述交流电源瞬间停电恢复之际使该逆变器重新起动。
第12发明是上述第11发明，具备如下特征，即在所述电压发生手段到所述转速运算手段及起动相位运算手段的途中插入设置高通滤波器。
第13发明是所述感应电动机的速度控制装置，其特征在于，在速度控制装置上增加自激振荡用的电压发生手段、转速运算手段及旋转方向判别手段，根据所述电压发生手段输出的、固定坐标轴上的正交的2轴(α轴、β轴)的各电压指令值，通过所述速度控制装置的PWM逆变器向感应电动机提供电压，以此电压使该电动机的初级电流自激振荡，利用转速运算手段检测出在所述电压发生手段内部的α轴运算值和β轴运算值中的某一方的频率或是两者的频率，从该检测值计算该电动机的转速信息，利用旋转方向判别手段根据所述α轴运算值和β轴运算值的相位关系判别所述电动机的旋转方向，根据所述转速信息及旋转方向使PWM逆变器起动，或在所述交流电源瞬间停电恢复之际使该逆变器重新起动。
第14发明是上述第13发明，具备如下特征，即在所述电压发生手段到所述转速运算手段及旋转方向判别手段的途中插入设置高通滤波器。
第15发明是所述感应电动机的速度控制装置，其特征在于，在速度控制装置上增加自激振荡用的电压发生手段、转速运算手段、旋转方向判别手段及起动相位运算手段，根据所述电压发生手段输出的、固定坐标轴上的正交的2轴(α轴、β轴)的各电压指令值，通过所述速度控制装置的PWM逆变器向感应电动机提供电压，以此电压使该电动机的初级电流自激振荡，利用转速运算手段检测出在所述电压发生手段内部的α轴运算值和β轴运算值中的某一方的频率或是两者的频率，从该检测值计算该电动机的转速信息，利用旋转方向判别手段根据所述α轴运算值和β轴运算值的相位关系判别所述电动机的旋转方向，起动相位运算手段根据所述α轴运算值和β轴运算值的某一方或两者，以及所述转速信息，计算PWM逆变器的起动时刻或起动相位信息，根据该计算出的起动时刻或起动相位信息，以及所述转速信息与所述旋转方向使PWM逆变器起动或在所述交流电源瞬间停电恢复之际使该逆变器重新起动。
第16发明是上述第15发明，具备如下特征，即在所述电压发生手段到所述转速运算手段、旋转方向判别手段及起动相位运算手段的途中插入设置高通滤波器。
第17发明是上述第1～16发明中的某一个，具备如下特征，即其结构具有下述功能即所述电压发生手段用第1加法器求通过第1感应电动机模型从所述α轴的电压指令值得到的电压与所述感应电动机的初级电流的α轴分量乘以第1反馈增益得到的电压的差，以第1限幅器对第1加法器的输出进行限制，以该被限制的输出作为所述α轴的电压指令值，用第2加法器求通过第2感应电动机模型从所述β轴的电压指令值得到的电压与所述感应电动机的初级电流的β轴分量乘以第2反馈增益得到的电压的差，以第2限幅器对第2加法器的输出进行限制，以该被限制的输出作为所述β轴的电压指令值，在所述第1加法器或第2加法器中的某一个上再加上初期电压发生电路的输出。
第18发明是上述第1～16发明中的某一个，具备如下特征，即其结构具有下述功能所述电压发生手段利用第1限幅器对通过输入所述α轴的电压指令值和所述感应电动机的初级电流的α轴分量的第1感应电动机模型得到的电压进行限制，以第1加法器求该被限制的电压与所述初级电流的α轴分量乘以第1反馈增益得到的电压的差，以该差值作为所述α轴的电压指令值，用第2限幅器对通过输入所述β轴的电压指令值与所述感应电动机的初级电流的β轴分量的第2感应电动机模型得到的电压进行限制，以第2加法器求该被限制的电压与所述初级电流的β轴分量乘以第2反馈增益得到的电压的差，以该差值作为所述β轴的电压指令值，在从所述第1感应电动机模型到第1限幅器的途中或从所述第2感应电动机模型到第2限幅器的途中的某一条路径上插入设置对所述感应电动机模型的输出和初期电压发生电路的输出进行加法运算的第3加法器。
第19发明是上述第1～16发明中的某一个，具备如下特征，即其结构具有下述功能所述电压发生手段利用第1限幅器对通过第1感应电动机模型从第1加法器的输出得到的电压进行限制，以第1加法器求该被限制的电压与所述初级电流的α轴分量乘以第1反馈增益得到的电压的差，以第2加法器将第1加法器的输出与所述初级电流的α轴分量跟所述感应电动机的初级电阻有关的α轴补偿电压相加，以该计算值作为所述α轴的电压指令值，利用第2限幅器对通过第2感应电动机模型从第3加法器得到的电压进行限制，以第3加法器求该被限制的电压与所述初级电流的β轴分量乘以第2反馈增益得到的电压的差，以第4加法器将第3加法器的输出与所述初级电流的β轴分量跟所述感应电动机的初级电阻有关的β轴补偿电压相加，以该计算值作为所述β轴的电压指令值，在从所述第1感应电动机模型到第1限幅器的途中或从所述第2感应电动机模型到第2限幅器的途中的某一条路径上插入设置对所述感应电动机模型的输出和初期电压发生电路的输出进行加法运算的第5加法器。
第20发明是上述第1～16发明中的某一个，具备如下特征，其结构具有下述功能所述电压发生手段利用第1限幅器对通过第1感应电动机模型得到的值进行限制，以第1加法器求该被限制的值与所述初级电流的α轴分量的差，以第1电流控制器对该差值进行调整运算，以第2加法器将第1电流控制器的输出与所述初级电流的α轴分量跟所述感应电动机的初级电阻有关的α轴补偿电压相加，以该相加得到的值作为所述α轴的电压指令值，利用第2限幅器对通过第2感应电动机模型从第2电流控制器的输出得到的值进行限制，以第3加法器求该被限制的值与所述初级电流的β轴分量的差，以第2电流控制器调整计算该差值，以第4加法器将第2电流控制器的输出与所述初级电流的β轴分量跟所述感应电动机的初级电阻有关的β轴补偿电压相加，以该相加的计算值作为所述β轴的电压指令值，在所述第1加法器或第3加法器中的任一方再加上初期电压发生电路的输出。
第21发明是上述第17～20发明中的某一个，具备如下特征，即所述初期电压发生电路的输出是阶梯状波形或脉冲状波形的电压。
本发明是着眼于下述作用而作出的发明。
也就是具有这样的特性，即以ω2旋转的感应电动机的阻抗在PWM逆变器提供给该电动机的电压的角频率为所述ω2时为最大。
从而，如果恰当地设定所述电压发生手段的电路结构及其电路常数，以由该电压发生手段、PWM逆变器、感应电动机等构成的一个回路形成自激振荡电路的功能，则该自激振荡电路如图9所示以上述角频率ω2(＝2πf)持续振荡，利用所述转速运算手段对这时的感应电动机的初级电流的α轴成份(参照图9(1))或β轴成份(参照图9(2))的频率进行计测，以此得到该电动机的转速信息，而且其振幅也如图9所示不衰减，因此即使在该电动机低速旋转的情况下也能够可靠地计算出所述转速信息。而且可以利用所述旋转方向判别手段检测出这时的感应电动机的初级电流的α轴成份(参照图9(1))与β轴成份(参照图9(2))的相位关系，以此可以判别该电动机的旋转方向。
图1是表示本发明第1实施形态的感应电动机的速度控制装置的电路图。
图2是表示本发明第2实施形态的感应电动机的速度控制装置的电路图。
图3是本发明的感应电动机的速度控制装置的部分电路的详细结构图。
图4是本发明的感应电动机的速度控制装置的部分电路的详细结构图。
图5是本发明的感应电动机的速度控制装置的部分电路的详细结构图。
图6是本发明的感应电动机的速度控制装置的部分电路的详细结构图。
图7是表示本发明第3实施形态的感应电动机的速度控制装置的电路图。
图8是表示本发明第4实施形态的感应电动机的速度控制装置的电路图。
图9是说明本发明的作用的波形图。
图10是表示本发明第5实施形态的感应电动机的速度控制装置的电路图。
图11是表示本发明第6实施形态的感应电动机的速度控制装置的电路图。
图12是表示本发明第7实施形态的感应电动机的速度控制装置的电路图。
图13是表示本发明第8实施形态的感应电动机的速度控制装置的电路图。
图14是表示本发明第9实施形态的感应电动机的速度控制装置的电路图。
图15是表示本发明第10实施形态的感应电动机的速度控制装置的电路图。
图16是表示本发明第11实施形态的感应电动机的速度控制装置的电路图。
图17是表示本发明第12实施形态的感应电动机的速度控制装置的电路图。
图18是表示已有的感应电动机的速度控制装置的电路结构图。
图19是说明图18的动作的方框图。
图1是表示本发明第1实施形态的感应电动机的速度控制装置的电路结构图。与图18所示的已有例的电路具有相同功能的部分标以相同的符号。
也就是说，在图1所示的速度控制装置20、30、40、50中分别具有速度控制系统11、磁通控制系统12、电流控制系统13、2相3相变换手段14、3相2相变换手段15，此外还有用于使PWM逆变器2起动，或用于在PWM逆变器2的输入即未图示的交流电源瞬间停电恢复时使PWM逆变器2重新起动而在规定的时间里动作的电压发生手段21、31、41、51中的任一个、加法器22、23、转速运算手段24、旋转方向判别手段25，以及乘法器26。
在图1所示的各速度控制装置20、30、40、50，由电压发生手段21、31、41、51中的任一个、2相3相变换手段14、PWM逆变器2、感应电动机1、电流检测手段3，以及3相2相变换手段15构成的1个回路形成自激振荡电路的功能，则该自激振荡电路的角频率为ω2(＝2πf)，持续进行图9所示的振荡动作，作为这时的3相2相变换手段15的输出的感应电动机1的初级电流的α轴分量(参照图9(1))或β轴分量(参照图9(2))的频率，使用转速运算手段24测定，以此得出感应电动机1的旋转速度信息(f)，又，其振幅亦如图9所示不衰减，因此即使在感应电动机1低速旋转时也能够可靠地计算旋转速度信息(f)。
还有，上述振荡动作中的所述α轴分量及β轴分量之间的相位关系由旋转方向判别手段25检测，在如图9(2)实线所示的波形时，感应电动机1正向旋转，在如图9(2)虚线所示的波形时，感应电动机1反向旋转，该方向极性与由转速运算手段24得到的转速信息用乘法器相乘，得到带有符号的旋转速度信息。
图2是表示本发明第2实施形态的感应电动机的速度控制装置的电路结构图，与图1所示的实施形态的电路具有相同功能的部分标以相同的符号。
也就是说，图2所示的各速度控制装置60、70、80、90分别具有速度控制系统11、磁通控制系统12、电流控制系统13、2相3相变换手段14、3相2相变换手段15，此外还有用于使PWM逆变器2起动，或用于在PWM逆变器2的输入即未图示的交流电源瞬间停电恢复时使PWM逆变器2重新起动而在规定的时间里动作的电压发生手段21、31、41、51中的任一个、加法器22、23、转速运算手段24、旋转方向判别手段25、乘法器26，以及高通滤波器61。
在图2中，从3相2相变换手段15的输出通向转速运算手段24、旋转方向判别手段25的路径上插入设置高通滤波器61，以此去除作为3相2相变换手段15的输出的感应电动机1的初级电流的α、β轴分量(iα、iβ)中所包含的偏移(offset)成份，谋求提高转速运算手段24及旋转方向判别手段25的动作可靠性。
下面对图1或图2所示的各电压发生手段21、31、41、51进行详细说明。
图3是电压发生手段21的电路结构图。
该电压发生手段21具有如下所述的结构，即用作为第1加法器的加法器21b求通过作为第1感应电动机模型的感应电动机模型21a从作为电压发生手段21的输出的α轴的电压指令值v1α*得到的电压与作为3相2相变换手段15的输出的、感应电动机1的初级电流的α轴分量(iα)乘以第1反馈增益K21得到的电压之差，用作为第1限幅器的限幅器21c对加法器21b的输出进行限制，以该被限制的输出作为α轴的电压指令值v1α*，同样，用作为第2加法器的加法器21e求通过作为第2感应电动机模型的感应电动机模型21d从作为电压发生手段21的输出的β轴的电压指令值v1β*得到的电压与作为3相2相变换手段15的输出的、感应电动机1的初级电流的β轴分量(iβ)乘以第2反馈增益K22得到的电压之差，用作为第2限幅器的限幅器21f对加法器21e的输出进行限制，以该被限制的输出作为β轴的电压指令值v1β*，又，在加法器21b再加上初期电压发生电路21g的输出。
在图3所示的感应电动机模型21a、21d中进行着下述式(4)所示的运算。
V0＝GFVI+(KF/sLM)VI......(4)其中V0为该感应电动机模型的输出，VI是该感应电动机模型的输入，GF是低通滤波器，KF是积分增益，LM是感应电动机1的励磁电感，s是拉普拉斯变换的微分算符。
在图3中，初期电压发生电路21g输出阶梯状波形或脉冲波形的电压，以此激起在由电压发生手段21、2相3相变换手段14、PWM逆变器2、感应电动机1、电流检测手段3及3相2相变换手段15构成的一个回路的自激振荡，利用调整各限幅器21c、21f的限制值与反馈增益K21、K22的方法，可以使上述自激振荡继续下去。
还有，在图3所示的电压发生手段21中，初期电压发生电路21g的输出也可以输入加法器21e而不输入加法器21b，而且也可以省略限幅器21c、21f。
图4是电压发生手段31的电路结构图。
该电压发生手段31具有如下所述结构，即利用作为第1限幅器的限幅器31c，对通过输入作为电压发生手段31的输出的α轴的电压指令值v1α*与作为3相2相变换手段15的输出的感应电动机1的初级电流的α轴分量(iα)的、作为第1感应电动机模型的感应电动机模型31a得到的电压经过作为第3加法器的加法器31b得到的值进行限制，用作为第1加法器的加法器31d求该被限制的电压与所述iα乘以第1反馈增益K31得到的电压的差值，以该差值作为α轴的电压指令值v1α*，同样利用作为第2限幅器的限幅器31f，对通过输入作为电压发生手段31的输出的β轴的电压指令值v1β*与作为3相2相变换手段15的输出的感应电动机1的初级电流的β轴分量(iβ)的、作为第2感应电动机模型的感应电动机模型31e得到的电压进行限制，用作为第2加法器的加法器31g求该被限制的电压与所述iβ乘以第2反馈增益K32得到的电压的差值，以该差值作为β轴的电压指令值v1β*，又在加法器31b再加上初期电压发生电路31h的输出。
在图4所示的感应电动机模型31a、31e进行下述式(5)所示的运算。
V0＝GFVI+(KF/sLM)VI-R1II......(5)其中V0为该感应电动机模型的输出，VI、II是该感应电动机模型的输入，GF是低通滤波器，KF是积分增益，LM是感应电动机1的励磁电感，R1是感应电动机1的初级电阻，s是拉普拉斯变换的微分算符。
在图4中，从初期电压发生电路31h输出阶梯波形或脉冲波形的电压，以此使电压发生手段31、2相3相变换手段14、PWM逆变器2、感应电动机1、电流检测手段3，以及3相2相变换手段15构成的1个回路激起自激振荡，利用调整各限幅器31c、31f的限制值与反馈增益K31、K32的方法，可以使上述自激振荡继续下去。
还有，在图4所示的电压发生手段31中，初期电压发生电路31h的输出也可以向β轴的电压指令值一侧输入以取代向α轴的电压指令值一侧的输入，而且也可以省略限幅器31c、31f。
图5是电压发生手段41的电路结构图。
该电压发生手段41具有如下所述结构，即利用作为第1限幅器的限幅器41d，对通过作为第1感应电动机模型的感应电动机模型41b从作为第1加法器的加法器41a的输出得到的电压的、通过作为第5加法器的加法器41c的值加以限制，用加法器41a求该被限制的电压与作为3相2相变换手段15的输出的感应电动机1的初级电流的α轴成份(iα)乘以第1反馈增益K41得到的电压的差值，以作为第2加法器的加法器41e将加法器41a的输出与所述iα跟感应电动机的初级电阻R1有关的α轴补偿电压相加，以该相加值作为α轴的电压指令值v1α*，同样利用作为第2限幅器的限幅器41h，对通过作为第2感应电动机模型的感应电动机模型41g从作为第3加法器的加法器41f得到的电压进行限制，用加法器41f求该被限制的电压与作为3相2相变换手段15的输出的感应电动机1的初级电流的β轴成份(iβ)乘以第2反馈增益K42得到的电压的差值，以作为第4加法器的加法器41k将加法器41f的输出与所述iβ跟感应电动机的初级电阻R1有关的β轴补偿电压相加，以该相加值作为β轴的电压指令值v1β*，又在加法器41c再加上初期电压发生电路31m的输出。
在图5所示的感应电动机模型41b、41g进行下述式(6)所示的运算。
V0＝GFVI+(KF/sLM)VI......(6)其中V0为该感应电动机模型的输出，VI是该感应电动机模型的输入，GF是低通滤波器，KF是积分增益，LM是感应电动机1的励磁电感，s是拉普拉斯变换的微分算符。
在图5中，从初期电压发生电路31m输出阶梯波形或脉冲波形的电压，以此使电压发生手段41、2相3相变换手段14、PWM逆变器2、感应电动机1、电流检测手段3，以及3相2相变换手段15构成的1个回路激起自激振荡，利用调整各限幅器41d、41h的限制值与反馈增益K41、K42的方法，可以使上述自激振荡继续下去。
还有，在图5所示的电压发生手段41中，初期电压发生电路41m的输出也可以向β轴的电压指令值一侧的输入，代替向α轴的电压指令值一侧输入，而且也可以省略限幅器41d、41h。
图6是电压发生手段51的电路结构图。
该电压发生手段51具有如下所述结构，即利用作为第1限幅器的限幅器51c，对通过作为第1感应电动机模型的感应电动机模型51b从作为第1电流控制器的电流控制器51a的输出得到的值加以限制，用作为第1加法器的加法器51d求该被限制的值与作为3相2相变换手段15的输出的感应电动机1的初级电流的α轴成份(iα)的差值，以电流控制器51a对该差值进行调节、计算，以作为第2加法器的加法器51e将电流控制器51a的输出与所述iα跟感应电动机的初级电阻R1有关的α轴补偿电压相加，以该相加值作为α轴的电压指令值v1α*，同样利用作为第2限幅器的限幅器51h，对通过作为第2感应电动机模型的感应电动机模型51g从作为第2电流控制器的电流控制器51f的输出得到的值进行限制，用作为第3加法器的加法器51k求该被限制的值与作为3相2相变换手段15的输出的感应电动机1的初级电流的β轴成份(iβ)差值，以电流控制器51f调节、计算该差值，以作为第4加法器的加法器51m将电流控制器51f的输出与所述iβ跟感应电动机的初级电阻R1有关的β轴补偿电压相加，以该相加值作为β轴的电压指令值v1β*，又在加法器51d再加上初期电压发生电路51n的输出。
在图6所示的感应电动机模型51b、51g进行下述式(7)所示的运算。
V0＝(KF/sLM)VI......(7)其中V0为该感应电动机模型的输出，VI是该感应电动机模型的输入，KF是积分增益，LM是感应电动机1的励磁电感，s是拉普拉斯变换的微分算符。
在图6中，从初期电压发生电路51n输出阶梯波形或脉冲波形的电压，以此使电压发生手段51、2相3相变换手段14、PWM逆变器2、感应电动机1、电流检测手段3，以及3相2相变换手段15构成的1个回路激起自激振荡，利用调整各限幅器51c、51h的限制值的方法，可以使上述自激振荡继续下去。
还有，在图6所示的电压发生手段51中，初期电压发生电路51n的输出也可以向加法器51k输入，代替向加法器51d输入，而且也可以省略限幅器51c、51h。
图7是表示本发明第3实施形态的感应电动机的速度控制装置的电路结构图，与图1所示的第1实施形态的电路具有相同的功能的部分标以相同的符号。
也就是说，图7所示的速度控制装置20a、30a、40a、50a分别具有速度控制系统11、磁通控制系统12、电流控制系统13、2相3相变换手段14、3相2相变换手段15，此外还有用于使PWM逆变器2起动，或用于在PWM逆变器2的输入即未图示的交流电源瞬间停电恢复时使PWM逆变器2重新起动而在规定的时间里动作的电压发生手段21、31、41、51中的任一个、加法器22、23、与图1所示的转速运算手段24具有相同的功能的转速运算手段24a、与图1所示的旋转方向判别手段25具有相同的功能的旋转方向判别手段25a，以及乘法器26。
在图7所示的各速度控制装置20a、30a、40a、50a，由电压发生手段21、31、41、51中的任一个、2相3相变换手段14、PWM逆变器2、感应电动机1、电流检测手段3，以及3相2相变换手段15构成的1个回路形成自激振荡电路的功能，则该自激振荡电路的角频率为ω2(＝2πf)，持续进行图9所示的振荡动作，这时电压发生手段21、31、41、51中的任一个的上述式(4)～式(7)各式的右边的积分项的所述α轴及β轴的运算结果为与图9相同的波形，以转速运算手段24a计测这些运算结果的频率，以此得出感应电动机1的限制速度信息(f)，又由于其幅度不衰减，因此即使在感应电动机1低速旋转时也能够可靠地计算旋转速度信息(f)。
还有，上述振荡动作中的所述运算结果的相位关系由旋转方向判别手段25a检测，该方向极性与由转速运算手段24a得到的转速信息用乘法器26相乘，以此得到带有符号的旋转速度信息。
图8是表示本发明第4实施形态的感应电动机的速度控制装置的电路结构图，与图7所示的第3实施形态的电路具有相同功能的部分标以相同的符号。
也就是说，图8所示的各速度控制装置60a、70a、80a、90a分别具有速度控制系统11、磁通控制系统12、电流控制系统13、2相3相变换手段14、3相2相变换手段15，此外还有用于使PWM逆变器2起动，或用于在PWM逆变器2的输入即未图示的交流电源瞬间停电恢复时使PWM逆变器2重新起动而在规定的时间里动作的电压发生手段21、31、41、51中的任一个、加法器22、23、转速运算手段24a、旋转方向判别手段25a、乘法器26，以及高通滤波器61a。
在图8中，从任何一个电压发生手段21、31、41、51的输出利用插入设置在通向转速运算手段24a、旋转方向判别手段25a的路径上的高通滤波器61a，去除所述电压发生手段内部的所述α轴及β轴的运算项中包含的偏移(offset)成份，谋求提高转速运算手段24a及旋转方向判别手段25a的动作可靠性。
图10是表示本发明第5实施形态的感应电动机的速度控制装置的电路结构图。与图1所示的第1实施形态的电路具有相同的功能的部分标以相同的符号。
亦即，图10所示的各速度控制装置20b、30b、40b、50b分别具有速度控制系统11、磁通控制系统12、电流控制系统13、2相3相变换手段14、3相2相变换手段15、电压发生手段21、31、41、51中的任一个、加法器22、23、转速运算手段24、旋转方向判别手段25、乘法器26，以及起动相位运算手段27。
在图10中，为了使PWM逆变器2起动，或在PWM逆变器2的输入即未图示的交流电源瞬间停电恢复时使PWM逆变器2重新起动，首先使所述电压发生手段中的任一个在规定的时间里动作，求这时的感应电动机1的转速信息(f)。
接着，根据起动相位运算手段27求得的转速信息(f)，计算相对于刚起动时的PWM逆变器2的预定的电压指令值(vU*、vV*、vW*)的相位关系的、感应电动机1的初级电流的α轴分量(iα)的零交叉点起的时限，经过该时限后输出起动时刻信号。
也就是说，发出给PWM逆变器2的起动指令，并且在所述起动时刻信号输出的时刻实际上使PWM逆变器2起动，借助于此，可以对感应电动机1提供与PWM逆变器2起动前瞬间感应电动机1的旋转有大致同步的频率、相位的3相电压，可以使PWM逆变器2的起动没有冲击。
还有，图10所示的电路结构中，感应电动机1的初级电流的α轴分量输入起动相位运算手段27进行计算，但是也可以把感应电动机1的初级电流的β轴分量输入进行计算。
图11是表示本发明第6实施形态的感应电动机的速度控制装置的电路结构图。与图2所示的第2实施形态的电路具有相同的功能的部分标以相同的符号。
亦即，图11所示的各速度控制装置60b、70b、80b、90b分别具有速度控制系统11、磁通控制系统12、电流控制系统13、2相3相变换手段14、3相2相变换手段15、电压发生手段21、31、41、51中的任一个、加法器22、23、转速运算手段24、旋转方向判别手段25、乘法器26、高通滤波器61以及起动相位运算手段27a。
在图11中，为了使PWM逆变器2起动，或在PWM逆变器2的输入即未图示的交流电源瞬间停电恢复时使PWM逆变器2重新起动，首先使所述电压发生手段中的任一个在规定的时间里动作，求这时的感应电动机1的转速信息(f)。
接着，根据起动相位运算手段27a求得的转速信息(f)，计算相对于刚起动时的PWM逆变器2的预定的电压指令值(vU*、vV*、vW*)的相位关系的、通过高通滤波器61感应电动机1的初级电流的α轴分量(iα)的零交叉点起的高通滤波器61的延迟时间修正的时限，经过该时限后输出起动时刻信号。
也就是说，发出给PWM逆变器2的起动指令，并且在所述起动时刻信号输出的时刻实际上使PWM逆变器2起动，借助于此，可以向感应电动机1提供与PWM逆变器2起动前瞬间感应电动机1的旋转有大致同步的频率、相位的3相电压，可以使PWM逆变器2的起动没有冲击。
还有，图11所示的电路结构中，感应电动机1的初级电流的α轴分量通过高通滤波器61的值输入起动相位运算手段27a，但是也可以把感应电动机1的初级电流的β轴分量通过高通滤波器61的值输入进行计算。
图12是表示本发明第7实施形态的感应电动机的速度控制装置的电路结构图。与图7所示的第3实施形态的电路具有相同的功能的部分标以相同的符号。
亦即，图12所示的各速度控制装置20c、30c、40c、50c分别具有速度控制系统11、磁通控制系统12、电流控制系统13、2相3相变换手段14、3相2相变换手段15、电压发生手段21、31、41、51中的任一个、加法器22、23、转速运算手段24a、旋转方向判别手段25a、乘法器26，以及起动相位运算手段27b。
在图12中，为了使PWM逆变器2起动，或在PWM逆变器2的输入即未图示的交流电源瞬间停电恢复时使PWM逆变器2重新起动，首先使所述电压发生手段中的任一个在规定的时间里动作，求这时的感应电动机1的转速信息(f)。
接着，起动相位运算手段27b根据求得的转速信息(f)，计算相对于刚起动时的PWM逆变器2的预定的电压指令值(vU*、vV*、vW*)的相位关系的、所述电压发生手段的任一个的，以上述各式(4)～(7)的右边的积分运算项为依据的波形的零交叉点起的时限，经过该时限后输出起动时刻信号。
也就是说，发出给PWM逆变器2的起动指令，并且在所述起动时刻信号输出的时刻实际上使PWM逆变器2起动，借助于此，可以向感应电动机1提供与PWM逆变器2起动前瞬间感应电动机1的旋转有大致同步的频率、相位的3相电压，可以使PWM逆变器2的起动没有冲击。
还有，图12所示的电路结构中，起动相位运算手段27b输入所述电压发生手段的任一个的α轴积分项的波形进行计算，但是也可以输入β轴积分项的波形进行计算。
图13是表示本发明第8实施形态的感应电动机的速度控制装置的电路结构图。与图8所示的第4实施形态的电路具有相同的功能的部分标以相同的符号。
亦即，图13所示的各速度控制装置60c、70c、80c、90c分别具有速度控制系统11、磁通控制系统12、电流控制系统13、2相3相变换手段14、3相2相变换手段15、电压发生手段21、31、41、51中的任一个、加法器22、23、转速运算手段24a、旋转方向判别手段25a、乘法器26、高通滤波器61a，以及起动相位运算手段27c。
在图13中，为了使PWM逆变器2起动，或在PWM逆变器2的输入即未图示的交流电源瞬间停电恢复时使PWM逆变器2重新起动，首先使所述电压发生手段中的任一个在规定的时间里动作，求这时的感应电动机1的转速信息(f)。
接着，起动相位运算手段27c根据求得的转速信息(f)，计算相对于刚起动时的PWM逆变器2的预定的电压指令值(vU*、vV*、vW*)的相位关系的、所述电压发生手段的任一个的，以上述各式(4)～(7)的右边的积分运算项为依据的波形的通过高通滤波器61a的零交叉点起的高通滤波器61a的延迟时间修正的时限，经过该时限后输出起动时刻信号。
也就是说，发出给PWM逆变器2的起动指令，并且在所述起动时刻信号输出的时刻实际上使PWM逆变器2起动，借助于此，可以向感应电动机1提供与PWM逆变器2起动前瞬间感应电动机1的旋转有大致同步的频率、相位的3相电压，可以使PWM逆变器2的起动没有冲击。
还有，图13所示的电路结构中，起动相位运算手段27c输入所述电压发生手段的任一个的α轴积分项的通过高通滤波器61a的波形，但是也可以输入β轴积分项的通过高通滤波器61a的波形进行计算。
图14是表示本发明第9实施形态的感应电动机的速度控制装置的电路结构图。与图1所示的第1实施形态的电路具有相同的功能的部分标以相同的符号。
亦即，图14所示的各速度控制装置20d、30d、40d、50d分别具有速度控制系统11、磁通控制系统12、电流控制系统13、2相3相变换手段14、3相2相变换手段15、电压发生手段21、31、41、51中的任一个、加法器22、23、转速运算手段24、旋转方向判别手段25、乘法器26、以及起动相位运算手段28。
在图14中，为了使PWM逆变器2起动，或在PWM逆变器2的输入即未图示的交流电源瞬间停电恢复时使PWM逆变器2重新起动，首先使所述电压发生手段中的任一个在规定的时间里动作，求这时的感应电动机1的转速信息(f)。
接着，起动相位运算手段28根据求得的转速信息(f)，计算每一次从感应电动机1的初级电流的α轴分量(iα)与β轴分量(iβ)得到的起动相位信息(θ1，θ1＝tan-1(iβ/iα))。
也就是说，一旦发出给PWM逆变器2的起动指令，就以基于所述θ1的各电压指令值(vU*、vV*、vW*)的相位关系使PWM逆变器2起动，借助于此，可以向感应电动机1提供与PWM逆变器2起动前瞬间感应电动机1的旋转有大致同步的频率、相位的3相电压，可以使PWM逆变器2的起动没有冲击。
图15是表示本发明第10实施形态的感应电动机的速度控制装置的电路结构图。与图2所示的第2实施形态的电路具有相同的功能的部分标以相同的符号。
亦即，图15所示的各速度控制装置60d、70d、80d、90d分别具有速度控制系统11、磁通控制系统12、电流控制系统13、2相3相变换手段14、3相2相变换手段15、电压发生手段21、31、41、51中的任一个、加法器22、23、转速运算手段24、旋转方向判别手段25、乘法器26、高通滤波器61，以及起动相位运算手段28a。
在图15中，为了使PWM逆变器2起动，或在PWM逆变器2的输入即未图示的交流电源瞬间停电恢复时使PWM逆变器2重新起动，首先使所述电压发生手段中的任一个在规定的时间里动作，求这时的感应电动机1的转速信息(f)。
接着，起动相位运算手段28a根据求得的转速信息(f)，计算每一次从感应电动机1的初级电流的α轴分量的通过高通滤波器61的值(iαF)与β轴分量的通过高通滤波器61的值(iβF)得到的相位(θ2，θ2＝tan-1(iβF/iαF))。相对于该θ2计算修正高通滤波器61的相位延迟的起动相位信息θ2F。
也就是说，一旦发出给PWM逆变器2的起动指令，就以基于所述θ2F的各电压指令值(vU*、vV*、vW*)的相位关系使PWM逆变器2起动，借助于此，可以向感应电动机1提供与PWM逆变器2起动前瞬间感应电动机1的旋转有大致同步的频率、相位的3相电压，可以使PWM逆变器2的起动没有冲击。
图16是表示本发明第11实施形态的感应电动机的速度控制装置的电路结构图。与图7所示的第3实施形态的电路具有相同的功能的部分标以相同的符号。
亦即，图16所示的各速度控制装置20e、30e、40e、50e分别具有速度控制系统11、磁通控制系统12、电流控制系统13、2相3相变换手段14、3相2相变换手段15、电压发生手段21、31、41、51中的任一个、加法器22、23、转速运算手段24a、旋转方向判别手段25a、乘法器26，以及起动相位运算手段28b。
在图16中，为了使PWM逆变器2起动，或在PWM逆变器2的输入即未图示的交流电源瞬间停电恢复时使PWM逆变器2重新起动，首先使所述电压发生手段中的任一个在规定的时间里动作，求这时的感应电动机1的转速信息(f)。
接着，起动相位运算手段28b根据求得的转速信息(f)，计算电压发生手段21、31、41、51中的任一个的、每一次从上述各式(4)～(7)的右边的积分项的值的α轴分量(vα)与β轴分量(vβ)得到的起动相位信息(θ3，θ3＝tan-1(vβ/vα))。
也就是说，一旦发出给PWM逆变器2的起动指令，就以基于所述θ3的各电压指令值(vU*、vV*、vW*)的相位关系使PWM逆变器2起动，借助于此，可以向感应电动机1提供与PWM逆变器2起动前瞬间感应电动机1的旋转有大致同步的频率、相位的3相电压，可以使PWM逆变器2的起动没有冲击。
图17是表示本发明第12实施形态的感应电动机的速度控制装置的电路结构图。与图8所示的第4实施形态的电路具有相同的功能的部分标以相同的符号。
亦即，图17所示的各速度控制装置60e、70e、80e、90e分别具有速度控制系统11、磁通控制系统12、电流控制系统13、2相3相变换手段14、3相2相变换手段15、电压发生手段21、31、41、51中的任一个、加法器22、23、转速运算手段24a、旋转方向判别手段25a、乘法器26、高通滤波器61a，以及起动相位运算手段28c。
在图17中，为了使PWM逆变器2起动，或在PWM逆变器2的输入即未图示的交流电源瞬间停电恢复时使PWM逆变器2重新起动，首先使所述电压发生手段中的任一个在规定的时间里动作，求这时的感应电动机1的转速信息(f)。
接着，起动相位运算手段28c根据求得的转速信息(f)，计算每一次从电压发生手段21、31、41、51中的任一项的上述各式(4)～(7)的右边的积分项的通过高通滤波器61a的值的α轴分量(vαF)与β轴分量(vβF)得到的相位(θ4，θ4＝tan-1(vβF/vαF))，相对于该θ4计算修正高通滤波器61a的相位延迟的起动相位信息θ4F。
也就是说，一旦发出给PWM逆变器2的起动指令，就以基于所述θ4F的各电压指令值(vU*、vV*、vW*)的相位关系使PWM逆变器2起动，借助于此，可以向感应电动机1提供与PWM逆变器2起动前瞬间感应电动机1的旋转有大致同步的频率、相位的3相电压，可以使PWM逆变器2的起动没有冲击。
采用本发明，在向感应电动机供电的PWM逆变器起动时或重新起动时，以包含任意频率成份的电压作为初期电压，激发起自激振荡，以此使得即使在该电动机低速旋转时也能够可靠地检测出该电动机的转速信息和旋转方向，可以避免PWM逆变器超负载和紧急停机。而且在进行这种运算时还可以不使用高速微电脑，因此能够提供廉价的速度控制装置，
权利要求
1.一种感应电动机的速度控制装置，利用PWM逆变器将输入的交流电源变换为所希望频率、电压的交流电向感应电动机供电，同时对该电动机进行变速控制，其特征在于，在速度控制装置上附加自激振荡用的电压发生手段与转速运算手段，根据所述电压发生手段输出的、固定坐标轴上正交的2轴(α轴、β轴)的各电压指令值，通过所述速度控制装置的PWM逆变器向感应电动机提供电压，以此电压使该电动机的初级电流自激振荡，利用转速运算手段检测出所述电动机自激振荡的初级电流的α轴成份和β轴成份中的任一方的频率或是两者的频率，从该检测值计算该电动机的转速信息，根据该计算出的转速信息使PWM逆变器起动，或在所述交流电源的瞬间停电恢复之际使该逆变器重新起动。
2.根据权利要求1所述的感应电动机的速度控制装置，其特征在于，向所述转速运算手段输入所述电动机自激振荡的初级电流的α轴成份和β轴成份分别通过高通滤波器的成份。
3.一种感应电动机的速度控制装置，利用PWM逆变器将输入的交流电源变换为所希望频率、电压的交流电向感应电动机供电，同时对该电动机进行变速控制，其特征在于，在速度控制装置上附加自激振荡用的电压发生手段、转速运算手段和起动相位运算手段，根据所述电压发生手段输出的、固定坐标轴上正交的2轴(α轴、β轴)的各电压指令值，通过所述速度控制装置的PWM逆变器向感应电动机提供电压，以此电压使该电动机的初级电流自激振荡，利用转速运算手段检测出所述电动机自激振荡的初级电流的α轴成份和β轴成份中的任一方的频率或是两者的频率，从该检测值计算该电动机的转速信息，起动相位运算手段根据所述初级电流的α轴成份和β轴成份的任一方或两者，以及所述转速信息，计算PWM逆变器的起动时刻或起动相位信息，根据该计算出的起动时刻或起动相位信息以及所述转速信息使PWM逆变器起动，或在所述交流电源瞬间停电恢复之际使该逆变器重新起动。
4.根据权利要求3所述的感应电动机的速度控制装置，其特征在于，向所述转速运算手段与所述起动相位运算手段输入所述电动机自激振荡的初级电流的α轴成份和β轴成份分别通过高通滤波器的成份。
5.一种感应电动机的速度控制装置，利用PWM逆变器将输入的交流电源变换为所希望频率、电压的交流电向感应电动机供电，同时对该电动机进行变速控制，其特征在于，在速度控制装置上附加自激振荡用的电压发生手段、转速运算手段和旋转方向判别手段，根据所述电压发生手段输出的、固定坐标轴上正交的2轴(α轴、β轴)的各电压指令值，通过所述速度控制装置的PWM逆变器向感应电动机提供电压，以此电压使该电动机的初级电流自激振荡，利用转速运算手段检测出所述电动机自激振荡的初级电流的α轴成份和β轴成份中的任一方的频率或是两者的频率，从该检测值计算该电动机的转速信息，旋转方向判别手段根据所述α轴成份的电流与β轴成份的电流的相位关系判别所述电动机的旋转方向，根据所述转速信息和旋转方向使PWM逆变器起动，或在所述交流电源瞬间停电恢复之际使该逆变器重新起动。
6.根据权利要求5所述的感应电动机的速度控制装置，其特征在于，向所述转速运算手段与所述旋转方向判别手段输入所述电动机自激振荡的初级电流的α轴成份和β轴成份分别通过高通滤波器的成份。
7.一种感应电动机的速度控制装置，利用PWM逆变器将输入的交流电源变换为所希望频率、电压的交流电向感应电动机供电，同时对该电动机进行变速控制，其特征在于，在速度控制装置上附加自激振荡用的电压发生手段、转速运算手段、旋转方向判别手段及起动相位运算手段，根据所述电压发生手段输出的、固定坐标轴上正交的2轴(α轴、β轴)的各电压指令值，通过所述速度控制装置的PWM逆变器向感应电动机提供电压，以此电压使该电动机的初级电流自激振荡，利用转速运算手段检测出所述电动机自激振荡的初级电流的α轴成份和β轴成份中的任一方的频率或是两者的频率，从该检测值计算该电动机的转速信息，旋转方向判别手段根据所述α轴成份的电流与β轴成份的电流的相位关系判别所述电动机的旋转方向，起动相位运算手段根据所述初级电流的α轴成份和β轴成份的任一方或两者，以及所述转速信息，计算PWM逆变器的起动时刻或起动相位信息，根据该计算出的起动时刻或起动相位信息、所述转速信息以及旋转方向使PWM逆变器起动，或在所述交流电源瞬间停电恢复之际使该逆变器重新起动。
8.根据权利要求7所述的感应电动机的速度控制装置，其特征在于，向所述转速运算手段与旋转方向判别手段以及起动相位运算手段输入所述电动机自激振荡的初级电流的α轴成份和β轴成份分别通过高通滤波器的成份。
9.一种感应电动机的速度控制装置，利用PWM逆变器将输入的交流电源变换为所希望频率、电压的交流电向感应电动机供电，同时对该电动机进行变速控制，其特征在于，在速度控制装置上附加自激振荡用的电压发生手段与转速运算手段，根据所述电压发生手段输出的、固定坐标轴上正交的2轴(α轴、β轴)的各电压指令值，通过所述速度控制装置的PWM逆变器向感应电动机提供电压，以此电压使该电动机的初级电流自激振荡，利用转速运算手段检测出在所述电压发生手段内部的α轴运算值和β轴运算值中的任一方的频率或是两者的频率，从该检测值计算该电动机的转速信息，根据该计算出的转速信息使PWM逆变器起动，或在所述交流电源瞬间停电恢复之际使该逆变器重新起动。
10.根据权利要求9所述的感应电动机的速度控制装置，其特征在于，在所述电压发生手段到所述转速运算手段的途中插入设置高通滤波器。
11.一种感应电动机的速度控制装置，利用PWM逆变器将输入的交流电源变换为所希望频率、电压的交流电向感应电动机供电，同时对该电动机进行变速控制，其特征在于，在速度控制装置上附加自激振荡用的电压发生手段、转速运算手段及起动相位运算手段，根据所述电压发生手段输出的、固定坐标轴上正交的2轴(α轴、β轴)的各电压指令值，通过所述速度控制装置的PWM逆变器向感应电动机提供电压，以此电压使该电动机的初级电流自激振荡，利用转速运算手段检测出在所述电压发生手段内部的α轴运算值和β轴运算值中的任一方的频率或是两者的频率，从该检测值计算该电动机的转速信息，起动相位运算手段根据所述α轴运算值和β轴运算值的任一方或两者，以及所述转速信息计算PWM逆变器的起动时刻或起动相位信息，根据该计算出的起动时刻或起动相位信息，以及所述转速信息使PWM逆变器起动，或在所述交流电源瞬间停电恢复之际使该逆变器重新起动。
12.根据权利要求11所述的感应电动机的速度控制装置，其特征在于，在所述电压发生手段到所述转速运算手段及起动相位运算手段的途中插入设置高通滤波器。
13.一种感应电动机的速度控制装置，利用PWM逆变器将输入的交流电源变换为所希望频率、电压的交流电向感应电动机供电，同时对该电动机进行变速控制，其特征在于，在速度控制装置上附加自激振荡用的电压发生手段、转速运算手段及旋转方向判别手段，根据所述电压发生手段输出的、固定坐标轴上正交的2轴(α轴、β轴)的各电压指令值，通过所述速度控制装置的PWM逆变器向感应电动机提供电压，以此电压使该电动机的初级电流自激振荡，利用转速运算手段检测出在所述电压发生手段内部的α轴运算值和β轴运算值中的任一方的频率或是两者的频率，从该检测值计算该电动机的转速信息，利用旋转方向判别手段根据所述α轴运算值和β轴运算值的相位关系判别所述电动机的旋转方向，根据所述转速信息及旋转方向使PWM逆变器起动，或在所述交流电源瞬间停电恢复之际使该逆变器重新起动。
14.根据权利要求13所述的感应电动机的速度控制装置，其特征在于，在所述电压发生手段到所述转速运算手段及旋转方向判别手段的途中插入设置高通滤波器。
15.一种感应电动机的速度控制装置，利用PWM逆变器将输入的交流电源变换为所希望频率、电压的交流电向感应电动机供电，同时对该电动机进行变速控制，其特征在于，在速度控制装置上附加自激振荡用的电压发生手段、转速运算手段、旋转方向判别手段及起动相位运算手段，根据所述电压发生手段输出的、固定坐标轴上正交的2轴(α轴、β轴)的各电压指令值，通过所述速度控制装置的PWM逆变器向感应电动机提供电压，以此电压使该电动机的初级电流自激振荡，利用转速运算手段检测出在所述电压发生手段内部的α轴运算值和β轴运算值中的任一方的频率或是两者的频率，从该检测值计算该电动机的转速信息，利用旋转方向判别手段根据所述α轴运算值和β轴运算值的相位关系判别所述电动机的旋转方向，起动相位运算手段根据所述α轴运算值和β轴运算值的任一方或两者，以及所述转速信息，计算PWM逆变器的起动时刻或起动相位信息，根据该计算出的起动时刻或起动相位信息，以及所述转速信息与所述旋转方向使PWM逆变器起动，或在所述交流电源瞬间停电恢复之际使该逆变器重新起动。
16.根据权利要求15所述的感应电动机的速度控制装置，其特征在于，在所述电压发生手段到所述转速运算手段、旋转方向判别手段及起动相位运算手段的途中插入设置高通滤波器。
17.根据权利要求1～16中的任一项所述的感应电动机的速度控制装置，其特征在于，其结构具有如下所述功能所述电压发生手段用第1加法器求通过第1感应电动机模型从所述α轴的电压指令值得到的电压与所述感应电动机的初级电流的α轴分量乘以第1反馈增益得到的电压的差值，以第1限幅器对第1加法器的输出进行限制，以该被限制的输出作为所述α轴的电压指令值，用第2加法器求通过第2感应电动机模型从所述β轴的电压指令值得到的电压与所述感应电动机的初级电流的β轴分量乘以第2反馈增益得到的电压的差值，以第2限幅器对第2加法器的输出进行限制，以该被限制的输出作为所述β轴的电压指令值，在所述第1加法器或第2加法器中的任一个上再加上初期电压发生电路的输出。
18.根据权利要求1～16中的任一项所述的感应电动机的速度控制装置，其特征在于，其结构具有如下所述功能所述电压发生手段利用第1限幅器对通过输入所述α轴的电压指令值和所述感应电动机的初级电流的α轴分量的第1感应电动机模型得到的电压进行限制，以第1加法器求该被限制的电压与所述初级电流的α轴分量乘以第1反馈增益得到的电压的差值，以该差值作为所述α轴的电压指令值，用第2限幅器对通过输入所述β轴的电压指令值与所述感应电动机的初级电流的β轴分量的第2感应电动机模型得到的电压进行限制，以第2加法器求该被限制的电压与所述初级电流的β轴分量乘以第2反馈增益得到的电压的差值，以该差值作为所述β轴的电压指令值，在从所述第1感应电动机模型到第1限幅器的途中，或从所述第2感应电动机模型到第2限幅器的途中的任一条路径上插入设置对所述感应电动机模型的输出和初期电压发生电路的输出进行加法运算的第3加法器。
19.根据权利要求1～16中的任一项所述的感应电动机的速度控制装置，其特征在于，即其结构具有如下所述功能所述电压发生手段利用第1限幅器对通过第1感应电动机模型从第1加法器的输出得到的电压进行限制，以第1加法器求该被限制的电压与所述初级电流的α轴分量乘以第1反馈增益得到的电压的差值，以第2加法器将第1加法器的输出与所述初级电流的α轴分量跟所述感应电动机的初级电阻有关的α轴补偿电压相加，以该相加值作为所述α轴的电压指令值，利用第2限幅器对通过第2感应电动机模型从第3加法器的输出得到的电压进行限制，以第3加法器求该被限制的电压与所述初级电流的β轴分量乘以第2反馈增益得到的电压的差值，以第4加法器将第3加法器的输出与所述初级电流的β轴分量跟所述感应电动机的初级电阻有关的β轴补偿电压相加，以该相加值作为所述β轴的电压指令值，在从所述第1感应电动机模型到第1限幅器的途中或从所述第2感应电动机模型到第2限幅器的途中的任一条路径上插入设置对所述感应电动机模型的输出和初期电压发生电路的输出进行加法运算的第5加法器。
20.根据权利要求1～16中的任一项所述的感应电动机的速度控制装置，其特征在于，其结构具有如下所述功能所述电压发生手段利用第1限幅器对通过第1感应电动机模型从第1电流控制器的输出得到的值进行限制，以第1加法器求该被限制的值与所述初级电流的α轴分量的差值，以第1电流控制器对该差值进行调整运算，以第2加法器将第1电流控制器的输出与所述初级电流的α轴分量跟所述感应电动机的初级电阻有关的α轴补偿电压相加，以该相加值作为所述α轴的电压指令值，利用第2限幅器对通过第2感应电动机模型从第2电流控制器的输出得到的值进行限制，以第3加法器求该被限制的值与所述初级电流的β轴分量的差值，以第2电流控制器调整计算该差值，以第4加法器将第2电流控制器的输出与所述初级电流的β轴分量跟所述感应电动机的初级电阻有关的β轴补偿电压相加，以该相加的计算值作为所述β轴的电压指令值，在所述第1加法器或第3加法器中的任一方再加上初期电压发生电路的输出。
21.根据权利要求17～20中的任一项所述的感应电动机的速度控制装置，其特征在于，所述初期电压发生电路的输出是阶梯状波形或脉冲状波形的电压。
全文摘要
本发明提供使向感应电动机供电的PWM逆变器的起动或瞬间停电恢复时重新起动可靠进行的速度控制装置。附加有任一电压发生手段、加法器22、23、转速运算手段、旋转方向判别手段、乘法器,起动时或重新起动的规定的时间里使电压发生手段动作,以使包含该电压发生手段、感应电动机、PWM逆变器的控制系统自激振荡,用转速运算手段与旋转方向判别手段从这时的固定坐标轴α、β轴分量的感应电动机的初级电流取得感应电动机的旋转方向与旋转速度信息,据此使PWM逆变器起动。
文档编号H02P1/26GK1231541SQ9910075
公开日1999年10月13日 申请日期1999年2月15日 优先权日1998年4月3日
发明者伊东淳一, 海田英俊, 米泽裕之 申请人:富士电机株式会社