专利名称：交流电动机的矢量控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及对交流电动机进行矢量控制的交流电动机的矢量控制装置。
背景技术：
使用逆变器对交流电动机进行矢量控制的技术在产业界被广泛应用。该技术从以往起就被广泛应用于电气化铁路，但已知在直流电的电气化铁路使用上述系统时，在由配置在逆变器的直流侧的高次谐波吸收用的电抗器和电容器形成的LC滤波器电路会产生电振荡，电容器的两端电压(电容器电压)会振荡，电动机的控制会不稳定，用于抑制该不稳定的阻尼控制方法在非专利文献1、非专利文献2中有所揭示。非专利文献1 木村彰等人著《关于感应电动机驱动的电动车辆控制系统的稳定化的考察》、电气学会论文志D、110卷3号、平成2年、第291 300页非专利文献2 近藤圭一郎等人著《关于铁路车辆驱动时的无IM速度传感器的控制系统的磁通的考察》，电气学会半导体电力转换研究会资料，SPC03-100.2003年、第69 74页非专利文献1、非专利文献2都是采用附加检测电容器的电压，利用带通滤波器 (以下称作BPF)提取振荡分量，调整相位，将乘以增益得到的阻尼操作量与差频指令(非专利文献1)或者转矩指令(非专利文献幻相加的构成的阻尼控制部，抑制LC滤波器电路的电振荡的结构。另外，非专利文献1是在使用差频控制的电动机控制系统的使用例，非专利文献2 是在使用矢量控制的电动机控制系统的使用例。
发明内容
上述以往的阻尼控制部由BPF和增益形成的控制系统构成。关于BPF的设定，只需设定其常数，使得可以没有相位延迟地检测出电抗器和电容器的谐振频率分量即可，但关于增益的设定，若增益低于最佳值太多，则抑制电振荡的效果不够好，若太高，则会继续产生高于上述谐振频率的高频电振荡，所以增益必须设定为其中间的最佳值。然而，如非专利文献1所示，能够有效抑制LC滤波器电路的电振荡实现稳定化的最佳增益范围极窄，不容易调整。在非专利文献1中，尝试了以频域分析控制系统，算出最佳的增益设定，但其算出过程比较复杂，而且依然需要将算出的增益设定于控制系统中的操作。另外，如非专利文献1所示，由于在算出过程的式中使用电动机的常数，所以若与逆变器连接的电动机的种类改变，则必须再次算出与其对应的增益进行设定。这样，以往的阻尼控制部的增益设定非常耗费工夫。
本发明为解决上述问题而作，其目的是提供一种交流电动机的矢量控制装置，该装置可以简化用于抑制LC滤波器电路的电振荡的控制系统的调整操作。本发明是在直流电源侧具有由电抗器和电容器形成的LC滤波器电路，通过将上述电容器的两端电压(电容器电压)转换为任意频率的交流电压的逆变器，对交流电动机进行矢量控制的交流电动机的矢量控制装置，包括根据电流指令或者转矩指令，对上述交流电动机进行矢量控制的矢量控制部；以及算出抑制上述电容器电压的变动的阻尼操作量的阻尼控制部，上述阻尼控制部算出上述电容器电压的变动比例，根据与该变动比例相应的上述阻尼操作量操作上述矢量控制部的上述电流指令或者上述转矩指令，控制上述逆变器，使得对于上述电容器电压的变动，流过上述逆变器的电流向抑制该变动的方向变化。根据本发明所涉及的交流电动机的矢量控制装置，可以简化抑制LC滤波器电路的电振荡用的控制系统的调整操作。
图1是表示本发明实施方式1的交流电动机的矢量控制装置的结构的方框图。图2是表示在与直流电源连接的LC滤波器上连接有被控制为恒功率的逆变器的电路的说明图。图3是表示图2的系统的传递函数的方框图。图4是表示在与直流电源连接的LC滤波器上连接有由电阻构成的负载的电路的说明图。图5是表示图4的系统的传递函数的方框图。图6是说明本发明实施方式1的阻尼控制部各部的信号的关系的说明图。图7表示本发明实施方式1的交流电动机的矢量控制装置的动作模拟结果。标号说明1 直流电源2 电抗器3 电容器4 逆变器fe 5c 电流检测器6 交流电动机7 速度检测器8 :q轴电流指令生成部9 :d轴电流指令生成部10、11:减法器12 :q轴电流控制器13 :d轴电流控制器14 电压非干涉计算部17、18:加法器19 差频指令生成部
20 加法器21 积分器22 :dq轴-三相坐标变换器23 三相-dq轴坐标变换器24 乘法器30矢量控制部40阻尼控制部41高通滤波器42低通滤波器43低通滤波器44加法器45除法器46减法器47开关48平方计算器
49限幅器(Iimiter)50矢量控制装置60电阻
具体实施例方式实施方式1图1是表示本发明实施方式1的交流电动机的矢量控制装置的结构的方框图。如图1所示，主电路具有直流电源1、以及为了抑制高次谐波电流流出至电源侧， 由电抗器2和电容器3形成的LC滤波器电路；具有利用转换为任意频率的交流电压的逆变器4将上述电容器3的两端电压(电容器电压)Efc转换为交流，对交流电动机6进行矢量控制的矢量控制装置50。矢量控制装置50由矢量控制部30和阻尼控制部40构成，输入来自检测交流电动机6的旋转速度的速度检测器7的信号ωι·、来自检测电动机电流的电流检测器fe 5c的信号Iu、Iv、Iw、电容器3的电压Efc。另外，由于电流检测器最少只要设置2相，剩余1相就可以经计算算出，所以也可以这样构成。另外，不设置速度检测器7，计算交流电动机6的旋转速度并算出的无速度传感器矢量控制方式也得到实际应用，在这种情况下不需要速度检测器7。并且，作为交流电动机6，下面以使用感应电动机的结构例进行说明，但本发明揭示的阻尼控制部40在使用同步电动机作为交流电动机6时也是有用的。接下来说明矢量控制部30的结构。矢量控制部30在以与交流电动机6的二次磁通轴一致的轴作为d轴，以与上述d 轴正交的轴作为q轴进行定义的dq轴旋转坐标系中进行交流电动机的控制，进行所谓的矢量控制。
向矢量控制部30输入由上位的控制部(未图示)生成的转矩基本指令TmO*、二次磁通指令Φ 2*、被电流检测器fe 5c检测出的U相电流Iu、V相电流Iv、W相电流Iw，控制交流电动机6产生的转矩Tm，使其与由转矩基本指令TmO*生成的转矩指令Tm* (生成方法在下面说明)一致。接下来说明矢量控制部30内部的各功能块的结构。在q轴电流指令生成部8、d轴电流指令生成部9中，由将从外部的控制部(未图示)输入的转矩基本指令TmO*与阻尼操作量DAMPCN(后述)相乘的转矩指令Tm*、二次磁通指令Φ2*、交流电动机6的电路常数，根据下式⑴和⑵计算d轴(励磁分量)电流指令Id*、q轴(转矩分量)电流指令Iq*。其中，在式(1)和⑵中，L2是电动机的二次自感，由L2 = M+12表达。M是互感、 12是二次漏感、s是微分算子，PP是交流电动机6的极对数，R2是交流电动机6的二次电阻。Iq*= (Tm*/(Φ 2* · PP)) · (L2/M) ......(1)Id* = Φ2*/M+L2/(Μ · R2) ·......(2)在转差角频率指令生成部19，由d轴电流指令Id*、q轴电流指令Iq*与交流电动机6的电路常数，根据下式(3)计算提供给交流电动机6的转差角频率指令cos*。cos* = (Iq*/Id*) · (R2/L2)......(3)将通过该式C3)算出的转差角频率指令ω s*、安装在交流电动机6的轴端的速度检测器7的输出即旋转角频率ω r经加法器20相加的结果，作为逆变器4输出的逆变器角频率ω，将逆变器角频率ω经积分器21积分的结果作为坐标变换的相位角θ，输入至dq 轴-三相坐标变换器22、三相-dq轴坐标变换器23。在三相-dq轴坐标变换器23中，将电流检测器fe 5c检测出的U相电流Iu、V 相电流Iv、W相电流Iw变换为由下式(4)算出的dq坐标上的d轴电流Id和q轴电流Iq。[数1]
权利要求
1.一种交流电动机的矢量控制装置，在直流电源侧具有由电抗器和电容器形成的LC 滤波器电路，通过将所述电容器的两端电压，即电容器电压转换为任意频率的交流电压的逆变器来对交流电动机进行矢量控制，该矢量控制装置的特征在于，包括根据电流指令或者转矩指令来对所述交流电动机进行矢量控制的矢量控制部；以及算出抑制所述电容器电压的变动的阻尼操作量，基于算出的所述阻尼操作量来操作所述矢量控制部的所述电流指令或者所述转矩指令，控制所述逆变器，使得对于所述电容器电压的变动，流过所述逆变器的电流向抑制所述变动的方向变化的阻尼控制部，所述阻尼控制部将基于所述电容器电压的变动比例的平方值生成的信号作为阻尼操作量。
2.如权利要求1所述的交流电动机的矢量控制装置，其特征在于，所述阻尼操作量在所述交流电动机的电动运转时，所述电容器电压增加时流过所述逆变器的电流增加，所述电容器电压减小时流过所述逆变器的电流减小。
3.如权利要求1或2所述的交流电动机的矢量控制装置，其特征在于，所述阻尼操作量在所述交流电动机的再生运转时，所述电容器电压增加则再生功率减小，所述电容器电压减小则再生功率增加。
全文摘要
本发明提供一种能够得到自动算出最佳阻尼操作量，不需要增益的设定本身的阻尼控制部，以此简化控制系统的调整操作的交流电动机的矢量控制装置。该装置包括根据电流指令或者转矩指令，对交流电动机(6)进行矢量控制的矢量控制部(30)；以及算出抑制电容器电压Efc的变动的阻尼操作量的阻尼控制部(40)，阻尼控制部(40)算出电容器电压Efc的变动比例，通过与该变动比例相应的阻尼操作量操作矢量控制部(30)的电流指令或者转矩指令，控制逆变器(4)，使得对于电容器电压Erc的变动，流过逆变器(4)的电流向抑制该变动的方向变化。
文档编号H02P27/06GK102299678SQ20111025390
公开日2011年12月28日 申请日期2006年8月29日 优先权日2006年8月29日
发明者北中英俊 申请人:三菱电机株式会社