交流旋转机械的控制装置的制作方法

专利名称：交流旋转机械的控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用电力变换器控制交流旋转机械的交流旋转机械 的控制装置，特别涉及进行在自由转动状态等下起动交流旋转机械的 起动控制的交流旋转机械的控制装置。
背景技术：
在不使用交流旋转机械的旋转角速度检测器，而利用电力变换器 进行交流旋转机械的可变速控制的交流旋转机械的控制装置中，可以 省略旋转角速度检测器所需的价格以及布线。但是，由于未使用旋转 角速度检测器，所以在交流旋转机械处于自由转动状态、即电力变换 器停止电力变换动作，且交流旋转机械以任意旋转速度旋转的状态下 起动时，无法得知交流旋转机械的旋转速度，因此，在交流^走转机械 的转矩以及旋转速度中不会发生大的变动，而难以进行稳定的起动。
在日本特开昭63 - 77397号(专利文献l)中，公开出不4吏用旋 转角速度检测器，而起动感应电动机的起动方法。在该专利文献1中， 使用指令电力变换器的各相输出电压的开关状态信号、直流电压源的 电压检测值和电动机电流检测值来运算出电动机的瞬时磁通向量信 号以及瞬时发生转矩信号，并使用这些电动机的瞬时磁通向量信号和 瞬时发生转矩信号，发生3个控制标志。利用这些3个控制标志的组 合，指定电力变换器的开关状态，以发生使转矩响应最佳化的电压向 量，进行控制以使电动机的发生转矩追随指令值，并且进行控制以使 磁通向量描绘出近似的圆轨迹，感应电动机从自由转动状态^皮起动。 在该起动控制中，在将电力变换器中的交流电压的角频率设定成比在 正常运转时产生的最高角频率高之后，接通电力变换器的直流输入侧 的开闭器4，而进行同步引入。专利文献1:日本特开昭63 - 77397号公报

发明内容
在专利文献l中，根据感应电动机中的初级端子电压向量值、初 级端子电流向量和初级绕组电阻运算出感应电动才几的瞬时》兹通向量 信号，校正针对电力变换器的电压指令，以使该瞬时磁通向量信号保 持规定的值。但是，在感应电动机例如配置于室外的情况下，其温度 较大地变动，例如在严冬处于水点以下，并且在感应电动机的过负载 连续运转中，超过100。C。专利文献1的控制装置在该感应电动机的 温度变化下，校正针对电力变换器的电压指令而起动，以使感应电动 机的瞬时磁通向量信号保持期望的值，但伴随感应电动机的温度变 化，在流过感应电动坤几的交流相电流的振幅中也产生大的变化，存在 当起动时交流相电流变大的不合理情况，在最差的情况下，发生保护 功能动作的事态，而成为无法起动感应电动机的事态。另外，在专利 文献l的控制装置中，校正针对电力变换器的电压指令以使瞬时磁通 向量信号保持期望的值，所以由于校正的延迟，在起动时产生感应电 动机的输出转矩混乱，存在引起振动以及转速变动的不合理情况。
本发明提出 一种交流旋转机械的控制装置，可以改善这样的不合 理情况，而进行稳定的起动。
本发明的交流旋转机械的控制装置具备控制单元，根据电流指 令发生电压指令，根据该电压指令发生开关指令；电力变换器，发生 根据上述开关指令控制了振幅和角频率的交流输出电压；至少l个交 流旋转机械，与该电力变换器连接；以及电流检测器，根据从上述电 力变换器流过上述交流旋转机械的交流相电流输出检测电流，该交流 旋转机械的控制装置的特征在于，上述控制单元构成为进行包括针对 上述交流旋转机械的起动控制的控制，上述控制单元在上述起动控制 中，根据上述检测电流运算出与上述交流旋转机械的电阻降低对应的 电阻降低分量，根据从上述电压指令减去上述电阻降低信号而得到的 减法输出调节上述交流输出电压的角频率， 一并地，上述控制单元在上述起动控制中，调节上述交流输出电压的振幅，以使上述交流相电 流的振幅按照规定的函数而变化。
在本发明的交流旋转机械的控制装置中，控制单元在起动控制 中，根据检测电流运算出与交流旋转机械的电阻降低对应的电阻降低 分量，根据从电压指令减去电阻降低信号而得到的减法输出调节交流 输出电压的角频率，所以不会伴随用于校正针对电力变换器的电压指 令以使瞬时磁通向量信号保持期望的值的以往的控制装置那样的延 迟，而可以调节电力变换器的交流输出电压的角频率， 一并地，调节 电力变换器的交流输出电压的振幅以使从电力变换器流向交流旋转 机械的交流相电流的振幅按照规定的函数而变化，所以即使在交流旋 转机械的温度变化下，也可以抑制交流相电流的振幅的大的变化，而 稳定地起动交流旋转机械。


图1是示出本发明的交流旋转机械的控制装置的实施方式1的框图。
图2是示出实施方式1中的函数发生器和带通滤波器的输出波形 的波形图。
图3是示出本发明的交流旋转机械的控制装置的实施方式3的框图。
图4是示出本发明的交流旋转机械的控制装置的实施方式4的框图。
图5是示出本发明的交流旋转机械的控制装置的实施方式5的框图。
图6是示出本发明的交流旋转机械的控制装置的实施方式6的框图。
图7是示出本发明的交流旋转机械的控制装置的实施方式7的框图。
具体实施例方式
以下参照附图对本发明的几个实施方式进行i兌明。 实施方式1
图1是示出本发明的交流旋转机械的控制装置的实施方式1的框 图。本实施方式1的交流旋转机械的控制装置包括电力变换器1、交
流旋转机械2、电流检测器3、控制电路IO。电力变换器l例如是三 相电力变换器，进行直流电力与三相的交流电力的电力变换。电力变 换器1包括向直流电源相互并联连接的U、 V、 W的三相变^:电路。 U、 V、 W的各变换电路如公知，分别包括正侧和负侧的一对开关， 在各变换电路的一对开关之间，连接有三相的交流供给路径lu、 lv、 lw。
电力变换器1具体而言构成为可变电压可变频率型的三相电力
变换器。该电力变换器1从控制电路10接收开关指令Su*、 Sv*、 Sw*， 在将直流电力变换成三相交流电力时，根据该开关指令Su*、 Sv*、 Sw*,发生具有被控制的输出电压和被控制的角频率的三相交流电力。 开关指令S"、 Sv*、 SwA分别被供给到U、 V、 W相的变换电路，通 过被控制的相位接通、断开各变换电路的一对开关。
交流旋转机械2在实施方式1中是交流感应电才几21，具体而言， 是三相的感应电动才几，经由三相的交流供电路径lu、 lv、 lw与电力 变换器1连接。电流检测器3例如被配置于交流供电路径lu、 lv，根 据从电力变换器1流向交流感应电才几21的交流相电流、即U相电流 iu和V相电流iv，发生检测电流idet。该检测电流idet包含U相检 测电流iudet和V相电流分量ivdet。 U相电流分量iudet对应于流过 U相交流供电路径lu的U相电流iu， V相电流分量ivdet对应于流过 V相交流供电^径lv的V相电流iv。 在实施方式l中，由于交流旋 转机械2是交流感应电机21,所以在其起动期间从电力变换器1流向 交流感应电机21的交流相电 流iu、 iv、 iw 是针对交流感应电才几21的 励磁电流。
控制电路IO包括电压指令发生单元11、坐标变换器31、 32、相位信号发生单元40。电压指令发生单元11在包括所正交的d轴和q 轴的旋转二轴坐标上，发生电压指令W。该电压指令vA包括d轴电 压指令vc^和q轴电压指令vq气电压指令发生单元11包括起动电流 指令单元12、起动后的电流指令单元15、切换单元18、电流控制器 20。
起动电流指令单元12是在由控制电路10进4亍交流感应电机21 的起动控制时使用的。该起动控制是在电力变换器l停止电力变换动 作，且交流感应电机2I处于自由转动状态时，起动电力变换器1而开 始其电力变换动作，而由该电力变换器1起动交流感应电机21时使用 的。该起动控制是直到在交流感应电机21中产生电4区磁通①为止的 起动期间SP的期间中执行的。该起动期间SP具体而言是几10毫秒 至几百毫秒，在实施方式1中，例如设定成100毫秒、即100( msec)。 起动电流指令单元12在该起动期间SP中，发生起动电流指令il、
起动电流指令单元12包括函数发生器13和带通滤波器14，发 生起动电流指令il*。起动电流指令iP包括d轴起动电流指令k!l* 和q轴电流指令iqP。带通滤波器14与函数发生器13连接，发生d 轴起动电流指令idl、 q轴起动电流指令iqP在实施方式1中，例如 被设成零，iql* = 0。该q轴起动电流指令iqP-O是从外部提供的。
起动后的电流指令单元15通过在起动完成后对切换单元18进行 切换，而代替起动电流指令单元12。该起动后的电流指令单元15发 生起动后的电流指令i2*。该起动后的电流指令12*包括d轴电流指令 142*和q轴电流指令iq2*。电流指令电路15具有d轴电流指令器16 和比例增益乘法器17。 d轴电流指令器16发生起动后的d轴电流指 令id2^比例增益乘法器17接收转矩指令"，对该转矩指令"乘上 比率增益K，而发生q轴电流指令Iq2、 iq2* = T*xK
切换单元18在经过起动期间SP之后，从起动电流指令单元12 进行向起动后的电流指令单元15的切换。该切换单元18在起动期间 SP，从起动电流指令单元12向电流控制器20供给起动电流指令il* 而作为电流指令i、在经过了起动期间SP之后，从起动后的电流指令单元15向电流控制器20供给电流指令12*而作为电流指令i*。该 切换单元18包括d轴切换开关18d和q轴切换开关18q。 d轴切换开 关18d进行d轴起动电流指令idP与起动后的d轴电流指令id2A的切 换。q轴切换开关18q进行q轴起动电流指令iqP与起动后的q轴电 流指令iq2+的切换。这些切换开关18d、 18q是相互连动地切换的。 在起动期间SP中，切换开关18d选择d轴起动电流指令id",向电 流控制器20供给该d轴起动电流指令idP而作为d轴电流指令id*， 并且切换开关18q选择q轴起动电流指令iql*，向电流控制器20供 给该q轴起动电流指令iqP而作为q轴电流指令iq、在经过了起动 期间SP之后，切换开关18d、 18q都被切换，切换开关18d选择起动 后的d轴电流指令id2、向电流控制器20供给该d轴电流指令id2A 而作为d轴电流指令id、并且切换开关18q选择起动后的q轴电流 指令iq2、向电流控制器20供给该q轴电流指令iq2A而作为q轴电 流指令iq*。
图2 U)示出从起动电流指令单元12的函数发生器13输出的 阶梯状函数指令is^图2 (b)例示出据此从带通滤波器14输出的滤 波函数指令iP。在实施方式l中，输出滤波函数指令iP而作为d轴 起动电流指令idl、在图2(a) (b)中，横轴为公共的时间轴。函 数发生器31的阶梯状函数指令i"在时刻0.1 (秒)是上升的阶梯状 波形，但从带通滤波器14输出的滤波函数指令iP随着时间经过而减 少。在实施方式1中，将交流感应电才几2I的角频率的控制范围i殳为1~ 60 (Hz)，带通滤波器14的通过频带宽度也与其对应地设为1~60 (Hz)。
在未使用带通滤波器14时，向电流控制器20供给函数发生器 13的阶梯状函数指令18*而作为d轴起动电流指令idl、但例如在交 流4t转机械2是交流感应电机21，并起动该感应电才几21的情况下， 指令包括交流感应电机21的旋转角频率分量的电压以及电流即可，即 使供给了这些指令所需的频率以外的频率分量，也可以起动交流感应 电机2L在图2 (a)所示的函数发生器13的阶梯状函数指令is^中，关于所有的频带成为相等的振幅，但从带通滤波器14输出的滤波函 数指令iP仅抽取起动中所需的频带，所以与将函数发生器13的阶梯 状函数指令is+设为d轴起动电流指令idP相比，可以将电力变换器1 的电流振幅抑制得更小。
在电力变换器1的电流容量特性相对在短时间发生的电流宽大 的情况下，与将函数发生器13的阶梯状函数指令is^殳为d轴起动电 流指令idP相比，在将带通滤波器14的滤波函数指令iP设为d轴起 动电流指令idP时，可以提供更大的d轴起动电流指令idl、可以提 高从交流旋转机械2得到的检测电流idet的精度，且可以提高利用相 位信号发生电路40的角频率(o的运算精度。这样带通滤波器14生成 截断了无需的信号分量的滤波函数指令if、所以在起动期间SP中， 不供电起动中无需的浪费的电流指令分量，而可以高效地起动交流旋 转机械2。
另夕卜，函数发生器13设为发生阶梯状函数指令is、但也可以代 替阶梯状函数指令is、而发生利用了 M序列信号或随机数表的假噪 声信号。在该情况下，带通滤波器14也仅使起动中无需的频率分量 通过，而发生滤波函数指令if、所以不供给用于起动的浪费的电流分 量，而可以高效地进行起动。
坐标变换器31是从包括所正交的d轴和q轴的旋转二轴坐标向 三相时间坐标的坐标变换器，接收电压指令"，发生开关指令Su^ Sv*、 Sw*。该开关指令Su、 Sv*、 Sw^皮供给到电力变换器1。坐标 变换器32是从三相时间坐标向包括所正交的d轴和q轴的S走转二轴 坐标的坐标变换器，从电流检测器3接收检测电流idet，将其变换成 包括所正交的d轴和q轴的旋转二轴坐标上的检测电流i。该旋转二 轴坐标上的检测电流i包括d轴检测电流id和q轴检测电流iq。
d轴检测电流id和q轴检测电流iq都被供给到电压指令发生单 元11的电流控制器20。电流控制器20与d轴电流指令IdA和q轴电 流指令iqA—起，接收d轴检测电流id和q轴检测电流iq，以使d轴 检测电流id与d轴电流指令id女相等，并且使q轴检测电 流iq与.q轴电流指令iqA相等的方式，发生d轴电压指令vW和q轴电压指令 vq头。
如上所述在起动期间SP中，控制单元10 l吏用起动电流指令单 元12，根据该起动电流指令单元12的起动电流指令i(P发生电压指令 v*，根据该电压指令"，利用坐标变换器31发生开关指令Su、 Sv*、 Sw*，而起动电力变换器l。在该起动期间SP中，从电力变才灸器l流 向交流感应电才几21的交流相电 流iu、 iv、 iw 是针对交流感应电才几21 的励磁电流，该交流相电流iu、 iv、 iw的振幅是利用起动电流指令i* 决定的。在起动电流指令11*中，d轴起动电流指令idP被设为从带 通滤波器14输出的滤波函数指令if*，并且q轴电流指令iql"皮设成 零。
如果将交流相电流iu、 iv、 iw的振幅i殳为ia，则该振幅ia用下 式(1)来表示。
<formula>formula see original document page 12</formula> (1)
其中，a是常数。
在起动期间SP中，idl* = id*， #JLiql* = iq*-0,所以振幅ia 成为下式(2)。
<formula>formula see original document page 12</formula>( 2 )
换言之，交流相电流iu、 iv、 iw的振幅是按照式(2)利用d轴 起动电流指令iqP来决定的。在交流感应电机21等交流旋转机械2 例如配置于屋外的情况下，其温度较大地变动，例如在严冬处于冰点 以下，并且在交流旋转机械2的过负载连续运转中，超过100。C，所 以交流旋转机械2的电枢电阻R伴随该温度变换而较大地变动。但是， 在实施方式l中，在起动期间SP中，交流相电流iu、 iv、 iw的振幅 是利用d轴起动电流指令idP来决定的，并且由电流控制器20进行 电流控制，所以不受到交流旋转机械2的温度变化的影响。因此，在 起动期间SP中，该交流相电流iu、 iv、 iw的振幅不会伴随交流旋转 机械2的温度变换而较大地变化，不发生保护功能动作那样的事态， 而可以稳定地起动交流旋转才几械2。接下来对相位信号发生单元40进行说明。该相位信号发生单元 40包括交流旋转机械2的电阻降低运算单元41、减法单元43、积分 器45、除法器46、积分器47。电阻降低运算单元41包括d轴电阻降 低运算器41d和q轴电阻降低运算器41q。从坐标变换器32向d轴 电阻降低运算器41d供给d轴检测电流id，对该d轴检测电流id乘 上交流旋转机械2的电枢电阻R,而输出d轴电阻降低分量(Rxid)。 从坐标变换器32向q轴电阻降低运算器41q供给q轴检测电流iq， 对该q轴检测电流iq乘上交流旋转机械2的电枢电阻R，而输出q 轴电阻降低分量(Rxiq)。
减法单元43包括d轴减法器43d和q轴减法器43q。向d轴减 法器43d，从电流控制器20供给d轴电压指令vd、并且从d轴电阻 降低运算器41d供给d轴电阻降低分量(Rxid)。该d轴减法器43d 从d轴电压指令vd"咸去d轴电阻降低分量(Rxid),而输出这些减 法输出(vd*_Rxid)。向q轴乘法器43q，从电流控制器20供给q 轴电压指令vq*，并且从q轴电阻降低运算器41q供给q轴电阻降低 分量(Rxiq)。该q轴减法器43q从d轴电压指令vq"咸去q轴电阻 降《氐分量(Rxiq),而输出这些减法输出(vq*-Rxiq)。
从d轴减法器43d向积分器45供给减法输出(vd*-Rxid)。 积分器45对该积分输出(vd* - Rxid )进行积分，而输出积分输出①d。 该积分输出①d将交流旋转才几械2的电枢》兹通①分解成包括所正交的 d轴和q轴的4t转二轴坐标上的d轴分量①d和q轴分量①q,相当 于将该q轴分量①qi殳为零时的d轴分量①d。向除法器46，从q轴 减法器43q供给减法输出(vq*-Rxiq),并且从积分器45供给积分 输出Od。除法器46用减法输出(vq*-Rxiq)除以积分输出①d，而 发生除法输出w。即，该除法输出co用下式(3)来表示。
co = ( vq* — Rxiq ) /①d
=(vq"Rxiq) /( ( vd" Rxid )…(3)
该除法输出co相当于在将交流旋转机械2的电枢磁通①的q轴 分量①q设为零时，从电力变换器l输出的交流输出电压的角频率(O。从除法器46向积分器47供给除法输出co，对该除法输出co进 行积分，而发生相位信号e。该除法输出o相当于在将交流旋转机械 2的电枢磁通①的q轴分量①q设为零时，从电力变换器1输出的交 流输出电压的相位e。该相位信号e被供给到坐标变换器31、 32。坐 标变换器31利用该相位信号0将包括所正交的d、 q轴的旋转二轴坐 标上的电压指令vA变换成三相时间坐标上的开关指令Su、Sv、Sw、 并且坐标变换器32利用相位信号0将三相时间轴上的检测电流iudet、 ivdet变换成包括所正交的d、 q轴的旋转二轴坐标的d、 q轴上的检 测电;充id、 iq。
这样，在相位信号发生单元40中，根据由电流检测器3检测出 的检测电流idet运算出交流旋转机械2的d轴电阻降低分量(Rxid ) 以及q轴电阻降低分量(Rxiq),从d轴电压指令v(P以及q轴电压 指令vqA分别减去这些d轴电阻降低分量(Rxid)以及q轴电阻降低 分量(Rxiq)，并才艮据该减法输出(vd*-Rxid) 、 ( vq* - Rxiq ) 运算出流过交流旋转机械2的交流相电 流iu、 iv、 iw的角步贞率co， 所 以可以将从电力变换器1输出的交流输出电压的角频率调节成与流过 该交流万走转才几械的交流相电流iu 、 iv 、 iw的角频率 一致。
进而对由相位信号发生单元40运算的角频率co进行说明。在包 括所正交的d轴和q轴的旋转二轴坐标以任意的角频率to旋转的情况 下，交流旋转机械2的电枢磁通€>的d轴分量①d和q轴分量①q用 下式(4) (5)表示。
= ( vd* - Rxid + ox①q ) dt…(4 )
①q = H vq* - Rxiq + cox①d ) dt…(5 )
其中，vd*、 vq*是由电压指令发生单元11的电流控制器20发生 的旋转二轴坐标上的电压指令，id、 iq是由坐标变换器32将与流过 交流;效转4几械2的交流相电流iu、 iv对应的检测电流iudet、 ivdet变 换成旋转二轴坐标轴上的检测电流。
另外，交流旋转机械2的输出转矩Tm用下式(6)表示。
Tm = Pmx (①dxiq —①qxid )…(6)其中，Pm是交流旋转机械2的极对数。
在方走转二轴坐标的d轴方向与电枢》兹通①的方向一致的情况下， 电枢磁通①的q轴分量①q成为零，<J>q = 0。此处，如果向式(4) (5)分别代入①q-0，则得到下式(7) (8) (9)。 ①d-J (vd"Rxid) dt…(7) vq* - Rxiq - (ox①d = 0…(8) w= ( vq* - Rxiq ) H. ( 9 )
换言之，如果使包括所正交的d、 q轴的旋转二轴坐标与按照式 (7) (8) (9)运算出的角频率w同步地旋转，则可以使旋转二轴 坐标的d轴方向与电枢》兹通①的方向一致，可以将电枢》兹通①的q 轴分量①q设为零、即设为①q-0。
相位信号发生单元40按照该式(7) (8) (9)运算出角频率co。 d轴减法器43d运算式(7 )中的(vd* - Rxid ),积分器45运算用 式(7 )表示的电枢磁通①的d轴分量①d。 q轴减法器43q运算式(9 ) 中的(vq*-Rxiq),除法器47运算用式(9)表示的角频率co。相 位信号e是根据角频率co计算出，而对坐标变换器31、 32的坐标变 换进行控制的参数，所以其结果，包括所正交的d、 q轴的旋转二轴 坐标可以与按照式(9)运算出的角频率co同步地旋转，而使旋转二 轴坐标的d轴方向与电枢》兹通①的方向一致，可以将电枢》兹通<D的 q轴分量①q设为零、即设为①q-0。从电力变换器1输出的交流输 出电压的角频率被控制成与旋转二轴坐标的旋转角频率(0对应地与 该旋转二轴坐标的角频率相等，所以从该电力变换器l输出的交流输 出电压的角频率^皮调节成与流过交流旋转才几械的交流相电流iu、 iv、 iw的角频率一致。
另夕卜，在实施方式1中，与从电力变换器l输出的交流输出电压 的角频率的控制一并地，起动电流指令电路12在起动期间SP向电流 控制器20供给q轴起动电流指令iql* = 0而作为q轴电流指令iq*。 因此，在起动期间SP中，与①q —起iq论也被设成零。即iq* = 0， €>q =0。因此，在起动期间SP，式(6)的(Odxiq-①qxid)成为零，交流旋转机械2的输出转矩成为Tm、即被4呆持成Tm = 0。
如上所述在实施方式1中，旋转二轴坐标的角频率co是利用针 对坐标变换器31、 32的相位信号e而控制的，所以不会产生延迟， 而可以使从电力变换器l输出的交流输出电压的角频率与流过交流旋 转冲/L械2的交流相电流iu、 iv、 iw的角频率一致， 一并在起动期间 SP中，通过使交流旋转机械2的输出转矩Tm成为零，并起动处于自 由转动状态的交流旋转机械2，而可以防止交流旋转机械2的输出转 矩在起动期间SP变动的现象，可以抑制在交流旋转机械2中发生振 动以及转速变动的现象。在专利文献l的以往的控制装置中，根据角 频率(O，对电力变换器的输出电压的角频率进行校正，所以由于校正 延迟而发生轴偏移，但在实施方式l中，可以消除由于该校正延迟引 起的轴偏移，抑制振动以及转速变动而起动交流旋转机械2 。
另外，在实施方式l中，与交流旋转机械2的电枢电阻R无关 地，从起动电流指令电路12提供对电流控制器20供给的起动电流指 令il*，而决定交流相电流iu、 iv、 iw的振幅。因此，即^f吏交流錄j争 机械2的电枢电阻R根据交流旋转机械2的温度条件而变化，起动电 流指令i"也不会受到该电枢电阻R的影响。因此，在起动期间SP 中，即使该电枢电阻R根据交流旋转机械2的温度条件而变化，流过 交流旋转机械2的交流电流的振幅也不会变动，其结果，可以在起动 期间SP中回避过电流保护等保护功能动作那样的事态，而进行稳定 的起动。
另外，在实施方式l中，由起动电流指令电路12将起动期间SP 中的q轴起动电流指令iqlM呆持成零，并且将由电流控制器20发生 的q轴电压指令vqA的起动期间SP中的初始值设为零而进行起动。 在该情况下，在起动期间SP的开始时刻，成为iqP-0、 vq*-0。因 此，在起动期间SP的开始时刻，q轴减法器43q的减法输出(vq*-Rxiq)也成为零，除法器46的除法输出co也成为零。换言之，在起 动期间SP的开始时刻，角频率co成为零，该角频率(o随着起动期间 SP的经过而上升。在专利文献l的控制装置中，在起动期间的开始时刻，将电力变 换器的角频率设定成比电力变换器的正常运转时产生的最高角频率 高，所以在起动期间的开始时刻，电力变换器的角频率需要选择正或 负中的任意一个后，设定成最高角频率以上的频率，成为起动响应根 据交流旋转机械的旋转方向而不同的结果。在实施方式l中，在起动
期间SP的开始时刻，将电力变换器1的角频率o设为零而进行起动， 所以可以与交流旋转机械2的旋转方向无关地进行总是稳定的起动。
另外，在实施方式1中，在起动期间SP中，将q轴起动电流iqP 保持成零，但在起动期间SP中，即使将q轴起动电流指令iqlM呆持 成零以外的规定值，也可以得到同样的效果。在该情况下，电枢》兹通 ①的d轴分量①d伴随d轴起动电流指令idP的增加而从零增大，交 流-迭转机械2的输出转矩Tm随着电枢》兹通的d轴分量①d的增减而 增大。但是，在起动期间SP中，由于d轴起动电流指令idP从零增 大，所以成为交流旋转机械2的输出转矩Tm也从零增大的结果，可 以 一边抑制大的振动以及急剧的转速变动， 一边稳定地起动交流旋转 机械2。
实施方式2
在实施方式1中，在交流旋转机械2成为自由转动状态时，起动 交流旋转机械2，但在本实施方式2中，在无法判别交流旋转机械2 处于自由转动状态、还是处于停止状态时，起动交流旋转机械2。控 制电路10与实施方式1同样地构成，起动电力变换器l，并起动交流 旋转机械2。交流旋转机械2处于自由转动状态时的起动控制与实施 方式1相同，并且即使在交流旋转机械2处于停止状态的情况下，也 可以与其同样地进行稳定的起动。
在交流旋转机械2处于停止状态时，在起动期间SP的开始时刻， 交流旋转机械2的旋转角频率为零，由相位信号发生电路40运算的 角频率o)也成为零，但伴随电力变换器l被起动，交流旋转机械2的 电枢磁通①逐渐提高，而可以进行稳定的起动。
实施方式3图3是示出本发明的交流旋转机械的控制装置的实施方式2的框 图。在本实施方式3中，实施方式1中的控制单元10被置换成控制 单元IOA，在该控制单元10A中，实施方式1的起动电流指令单元 12被置换成起动电流指令单元12A。在该起动电流指令单元12A中， 带通滤波器14被去除，从函数发生器13通过切换单元18的d轴切 换开关18d向电流控制器20供给阶梯状函数指令18*而作为d轴起动 电流指令idl、其他与实施方式1或实施方式2同样地构成。
在本实施方式3中，无法利用带通滤波器14截断起动电流指令 1(11*的浪费的分量，但其他可以得到与实施方式1或2相同的效果。
实施方式4
图4是示出本发明的交流旋转机械的控制装置的实施方式4的框 图。在本实施方式4中，将同步电机2S用作交流旋转机械2。该同步 电机2S具体而言例如是三相同步电动机。
即使交流旋转机械2是同步电机2S，式(l) 式(9)也同样 地成立，所以在本实施方式4中，也基本上与实施方式1同样地进行 起动控制。在本实施方式4中，伴随使用同步电机2S,实施方式1 的控制单元10被置换成控制单元10B,在该控制单元10B中，实施 方式1的起动电流指令单元12被置换成起动电流指令单元12B。在 该起动电流指令单元12B中，将q轴起动电流指令iqP设为零，并且 d轴起动电流指令idP也设为零、即idP-O,通过切换单元18的d 轴切换开关18d向电流控制器20供给该idl*-0。 q轴起动电流指令 iql* = 0与实施方式1同样地通过切换单元的q轴切换开关18q而被 供给到电流控制器20。其他与实施方式1同样地构成。
在实施方式1中交流旋转机械2为感应电机21，为了起动该处 于自由转动状态的感应电机21,需要对感应电机21进行旋转角速度 分量的电压以及电流的供电，但在起动处于自由转动状态的同步电机 2S的情况下，由于在同步电机2S中发生起因于转子的感应电压，所 以无需从电力变换器l供给旋转角速度分量的电压以及电流，因此使 d轴起动电流指令idP成为零。在起动同步电机2S时，在该起动期间SP的开始时刻，在极其短时间内流过交流相电流iu、 iv、 iw以消 除在同步电机2S中发生的感应电压，所以相位信号发生单元40根据 该交流相电流iu、 iv、 iw与实施方式1同样地运算出角频率o,根据 该角频率co对电力变换器1的交流输出电压的角频率进行控制。在本 实施方式4中，通过使d轴起动电流指令idP成为零，无需对同步电 机2S供电无需的电流，而可以高效地起动同步电机2S。另外，q轴 起动电流指令iqP与实施方式1同样地设为零，但还可以设为零以外 的规定值。
实施方式5
图5是示出本发明的交流旋转机械的控制装置的实施方式5的框 图。在本实施方式5中，也与实施方式4同样地将同步电机2S用作 交流:旋转一几械2。
在实施方式5中，实施方式4中的控制单元10B^皮置换成控制 单元10C,在该控制单元10C中，实施方式4的起动电流指令单元 12B被置换成起动电流指令单元12C。在该起动电流指令单元12C中， 使用d轴起动电流指令器19，在起动期间SP中，d轴起动电流指令 idl+通过切换单元18的d轴切换开关18d被供给到电流控制器20。 向该d轴起动电流指令器19，供给设为d轴起动电流指令idP-O的 外部指令iO-O,并且从相位信号发生单元40的除法器46供给角频 率co。其他与实施方式4同样地构成。
d轴起动电流指令器19在来自除法器46的角频率co的绝对值小 于规定值coBASE的情况下，根据外部指令i0，将d轴起动电流指令 idP设为零、即设为idl* = 0。另外，d轴起动电流指令器13A在来 自除法器46的角频率co的绝对值为规定值o)BASE以上的情况下， 根据外部指令i0，将d轴起动电流指令idP设为(A-B/co)。
如果将其用式表示，则成为下式(10)。
idl* - 0 (|w|<coBASE时)
idl* - A - B/co ( KwBASE时)…(10 )
其中，A、 B为常数，oBASE = B/A。通过使用该d轴起动电流指令器19，在角频率co的绝对值小于 oBASE时，无需为了起动同步电机2S向同步电机2S供给浪费的电 流，而高效地起动同步电机2，并且在角频率co的绝对值为coBASE 以上时，将A-B/co作为负值，而进4亍弱磁通控制。可以防止电力变 换器l的电压饱和。另外，q轴起动电流指令iqP与实施方式1同样 地设为零，但还可以设为零以外的规定值。
实施方式6
图6是示出本发明的交流旋转机械的控制装置的实施方式6的框 图。在本实施方式6中，对电力变换器1并联连接了 2台交流旋转机 械，具体而言并联连接了 2台感应电才几211、 212。感应电机211、 212 是额定相互相等的三相感应电动机，例如搭载于电车上，而驱动电车。
感应电机211 、 212具有相互相等的电枢电阻R。该感应电机211 、 212由于相互并联地与电力变换器1连接，所以从电力变换器1观察 的合成电枢电阻成为(R/2)。在本实施方式6中，实施方式1中的 控制单元10被置换成控制单元IOD，在该控制单元10D中，实施方 式1的相位信号发生单元40被置换成相位信号发生单元40D。该相 位信号发生单元40D具有电阻降低运算电路41D,该电阻降低运算单 元41D具有d轴电阻降低运算器411d和q轴电阻降低运算器411q。 其他与实施方式1同样地构成。
d轴电阻降低运算器411d从坐标变换器32接收d轴检测电流id 的供给，对该d轴检测电流id乘上(R/2)，输出d轴电阻降低((R/2) xid}。 q轴电阻降低运算器411q从坐标变换器32接收q轴检测电流 iq的供给，对该q轴检测电流iq乘上(R/2),而输出q轴电阻降低 {(R/2)xiq}。根据这些d轴电阻降低和q轴电阻降低，d轴减法器 43d输出减法输出(v『-(R/2) xid}， q轴减法器43q输出减法输出 {vq*- (R/2)xiq}。另夕卜，积分器45由于输出积分输出f(v^ - (R/2) xid}dt，所以本实施方式6中的除法器46的除法输出(o成为下式(11 )。
o) = J{vd*- (R/2) xid}dt+{vq*_ (R/2) xid}... (11)
实施方式6的相位信号发生单元40D按照式(11)运算出角频率CO,电力变换器1的交流输出电压的角频率被控制成与该角频率CD
相等。在本实施方式6中，也可以与实施方式1同样地，稳定地起动 处于自由转动状态的2台感应电机211、 212。在与电力变换器l并联 地连接3台以上的感应电机的情况下，通过根据该连接台数来调节电 阻降低运算电路41D中的乘法系数，同样地，可以稳定地起动处于自 由转动状态的3台以上的感应电机。 实施方式7
图7是示出本发明的交流旋转机械的控制装置的实施方式7的框 图。在本实施方式7中，向电力变换器l相互并联地连接了 2台交流 旋转机械、具体而言相互并联连接了 2台同步电机2S1、 2S2。同步电 机2S1、 2S2例如是额定相互相等的三相同步电动机。伴随使用同步 电机2S1、 2S2，实施方式6的控制单元10D^皮置换成控制单元10E, 在该控制单元10E中，控制单元10D的起动电流指令单元12被置换 成起动电流指令单元12B。该起动电流指令单元12B与实施方式4相 同。其他与实施方式6同样地构成。
在起动处于自由转动状态的同步电机2S1、 2S2时，如果同步电 机2S1、 2S2的磁极位置一致，则在这些同步电机2S1、 2S2之间不流 过循环电流。在起动处于自由转动状态的同步电机2S1、 2S2的情况 下，如果同步电机2S1、 2S2为无负栽，则在这些同步电机2S1、 2S2 中不流过循环电流的状态为稳定状态，在该稳定状态下，起动同步电 机2S1、 2S2。在该情况下，从电力变换器l观察的合成电枢电阻成为 (R/2)，所以可以使用与实施方式6相同的相位信号发生单元40D， 与实施方式4同样地，稳定地起动处于自由转动状态的2台同步电机 2S1、 2S2。在向电力逆变器1并联连接了 3台以上的同步电机的情况 下，通过根据该连接台数调节电阻降低运算电路41D中的乘法系数， 同样地，可以稳定地起动处于自由转动状态的3台以上的同步电机。
产业上的可利用性
本发明的交流旋转机械的控制装置利用于感应电机、同步电机等 交流旋转机械。
权利要求
1. 一种交流旋转机械的控制装置，具备控制单元，根据电流指令发生电压指令，根据该电压指令发生开关指令；电力变换器，发生根据上述开关指令控制了振幅和角频率的交流输出电压；至少1个交流旋转机械，与该电力变换器连接；以及电流检测器，根据从上述电力变换器流过上述交流旋转机械的交流相电流而输出检测电流，该交流旋转机械的控制装置的特征在于，上述控制单元构成为进行包括针对上述交流旋转机械的起动控制的控制，上述控制单元在上述起动控制中，根据上述检测电流运算出与上述交流旋转机械的电阻降低对应的电阻降低分量，根据从上述电压指令减去上述电阻降低信号而得到的减法输出，调节上述交流输出电压的角频率，一并地，上述控制单元在上述起动控制中，调节上述交流输出电压的振幅，以使上述交流相电流的振幅按照规定的函数变化。
2. 根据权利要求1所述的交流旋转机械的控制装置，其特征在 于，上述控制单元在上述起动控制中，在起动期间的开始时刻，将上 述交流输出电压的角频率控制成零。
3.根据权利要求1所述的交流旋转机械的控制装置，其特征在 于，上述控制单元在上述起动控制中，根据上述电流措令，调节上述 交流旋转机械的输出转矩。
4. 根据权利要求3所述的交流旋转机械的控制装置，其特征在 于，上述控制单元在上述起动控制中，将上述交流旋转机械的输出转 矩调节成零。
5. 根据权利要求1所述的交流旋转机械的控制装置，其特征在于，在无法判别上述交流旋转机械处于停止状态和自由转动状态中的 哪一个状态时，上述控制单元进行上述起动控制。
6. 根据权利要求1所述的交流旋转机械的控制装置，其特征在 于，在上述交流旋转机械处于自由转动状态时，上述控制单元进行上 述起动控制。
7. 根据权利要求1所述的交流旋转机械的控制装置，其特征在 于，在上述电压指令包含包括与上述交流输出电压的角频率同步地旋 转的d轴和q轴的正交二轴旋转坐标轴上的d轴电压指令和q轴电压 指令时，上述控制单元在上述起动控制中，根据上述检测电流，发生 与上述交流旋转机械的电阻降低对应的d轴电阻降^f氐分量和q轴电阻 降低分量，根据从上述d轴电压指令减去上述d轴电阻降低分量而得 到的d轴减法输出、和从上述q轴电压指令减去上述q轴电阻分量而 得到的q轴减法输出，调节上述交流输出电压的角频率。
8. 根据权利要求7所述的交流旋转机械的控制装置，其特征在 于，上述控制单元在上述起动控制中，根据上述d轴减法输出运算出 上述交流旋转机械的》兹通振幅，用上述q轴减法输出除以上述》兹通振 幅，根据该除法输出调节上述交流输出电压的角频率。
9. 根据权利要求1所述的交流旋转机械的控制装置，其特征在 于，上述控制单元具有函数发生器；以及从来自该函数发生器的起 动电流指令仅抽取起动所需的频带的带通滤波器，从上述带通滤波器 输出规定的函数指令而作为上述电流指令，根据该函数指令，调节上 述交流输出电压的振幅。
10. 根据权利要求1所述的交流旋转机械的控制装置，其特征在 于，上述控制单元在上述起动控制中，调节上述交流输出电压的振幅， 以使上述交流相电流的振幅成为零。
11. 根据权利要求1所述的交流旋转机械的控制装置，其特征在 于，上述控制单元在上述起动控制中，在上述交流输出电压的角频率 为规定值以下的情况下，调节上述交流输出电压的振幅，以使上述交 流相电流的振幅成为零，并且在上述交流输出电压的角频率超过上述规定值的情况下，调节上述交流输出电压的振幅，以使上述交流相电 流的振幅成为零以外的规定值。
12. 根据权利要求l所述的交流旋转机械的控制装置，其特征在 于，上述交流旋转才几械为感应电才几。
13. 根据权利要求1所述的交流旋转机械的控制装置，其特征在 于，上述交流旋转机械为同步电机。
14. 根据权利要求1所述的交流旋转机械的控制装置，其特征在 于，上述电力变换器连接有并联连接的多个交流旋转机械。
全文摘要
本发明提供一种交流旋转机械的控制装置，即使在交流旋转机械的温度变化下，也可以抑制交流相电流的振幅的大的变化，而稳定地起动交流旋转机械。控制单元构成为进行包括针对交流旋转机械的起动控制的控制，上述控制单元在上述起动控制中，根据检测电流运算出与上述交流旋转机械的电阻降低对应的电阻降低分量，根据从上述电压指令减去上述电阻降低信号而得到的减法值调节上述交流输出电压的角频率，一并地，上述控制单元在上述起动控制中，调节交流输出电压的振幅，以使交流相电流的振幅按照规定的函数而变化。
文档编号H02P21/00GK101443995SQ20068005464
公开日2009年5月27日 申请日期2006年6月29日 优先权日2006年6月29日
发明者有泽浩一, 江口清, 河野雅树, 畠中启太, 金原义彦, 鹿岛美津夫 申请人:三菱电机株式会社