專利名稱：感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制方法、控制裝置及工業(yè)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制方法以及控制裝置，尤其涉及進(jìn)行矢量控制的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制方法以及控制裝置。
背景技術(shù)：
作為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的矢量控制方式，公知的是適用直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的最一般的方式。即，在額定轉(zhuǎn)速(以下稱作“基值速度”)以內(nèi)進(jìn)行恒力矩旋轉(zhuǎn)，在基值速度以上為進(jìn)行恒輸出旋轉(zhuǎn)的方式。另外，額定轉(zhuǎn)速，是作為基準(zhǔn)輸出的額定輸出時(shí)的最低轉(zhuǎn)速。這種技術(shù)，記載在例如“非專利文獻(xiàn)1”的“可變速交流電動(dòng)機(jī)對(duì)軋鋼機(jī)的適用”的電學(xué)會(huì)技術(shù)報(bào)告，平成15年8月，第935號(hào)，P.29中。
但是，在基值速度以上的恒輸出運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于進(jìn)行控制以使感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)保持恒定，因此難以獲得額定輸出以上的高輸出。

發(fā)明內(nèi)容
這里，本發(fā)明正是為了解決上述課題而提出的，其目的在于，提供一種能夠獲得高輸出的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置以及控制方法。
此外，本發(fā)明提供一種，通過上述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置對(duì)動(dòng)力用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制的煉鐵·非鐵設(shè)備、鐵路車輛、卷繞機(jī)、船舶、工程機(jī)械、造紙機(jī)設(shè)備以及輸送設(shè)備。
為了解決上述課題，本發(fā)明，在處于強(qiáng)磁場(chǎng)磁通狀態(tài)時(shí)，與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的上升成比例地增大內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)比額定轉(zhuǎn)速時(shí)更大時(shí)，進(jìn)行磁場(chǎng)減弱控制的矢量控制，在磁場(chǎng)減弱控制時(shí)，一邊使內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可變?yōu)楸阮~定轉(zhuǎn)速時(shí)更大那樣，一邊進(jìn)行矢量控制。
或者，在強(qiáng)磁場(chǎng)磁通狀態(tài)時(shí)，與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的上升成比例地增大內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)比額定轉(zhuǎn)速時(shí)更大時(shí)，切換為磁場(chǎng)弱控制的矢量控制，在磁場(chǎng)弱控制時(shí)，一邊保持切換時(shí)的內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，一邊進(jìn)行矢量控制。
根據(jù)該構(gòu)成，能夠?qū)崿F(xiàn)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的高輸出。


圖1為有關(guān)本發(fā)明的實(shí)施方式的含有感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置的整體系統(tǒng)的框圖。
圖2為表示圖1的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的1相量的T形等效電路的圖。
圖3為圖2的T形等效電路的矢量圖。
圖4為表示圖1的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作特性以及作為參考例的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作特性的圖，同圖(A)為表示比較例的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作特性的圖，同圖(B)為表示有關(guān)本實(shí)施方式的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作特性的圖。
圖5為有關(guān)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的含有感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置的整體系統(tǒng)的框圖。
圖6為表示圖5的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作特性以及作為參考例的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作特性的圖，同圖(A)為表示比較例的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作特性的圖，同圖(B)為表示有關(guān)本實(shí)施方式的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作特性的圖。
圖7為表示對(duì)圖6(B)的開始速度進(jìn)行變更時(shí)的轉(zhuǎn)速和輸出之間的關(guān)系的圖。
具體實(shí)施例方式
圖1，為有關(guān)本發(fā)明的實(shí)施方式的含有感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置的整體系統(tǒng)的框圖。
圖1中，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1，根據(jù)來自速度指令器2的速度指令SPs進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。速度指令SPs，為轉(zhuǎn)速N(r/min)的目標(biāo)值。并且，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1，可用于例如煉鐵·非鐵設(shè)備(熱軋?jiān)O(shè)備、冷軋?jiān)O(shè)備、加工流水線設(shè)備)、鐵路車輛、卷繞機(jī)(含開卷機(jī))、船舶、工程機(jī)械(主軸驅(qū)動(dòng)用)、造紙機(jī)設(shè)備、輸送設(shè)備等用途。
以下具體地進(jìn)行說明。速度控制器4，基于上述速度指令SPs、與由速度傳感器3檢測(cè)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的轉(zhuǎn)速N的差(SPs-N)，將轉(zhuǎn)矩電流指令I(lǐng)qs輸出給轉(zhuǎn)矩電流控制器7。
而且，磁通指令器5，基于由速度傳感器3檢測(cè)的轉(zhuǎn)速N，將磁場(chǎng)磁通的磁通指令φs輸出給勵(lì)磁電流運(yùn)算器6。然后，勵(lì)磁電流運(yùn)算器6，基于來自磁通指令器5的磁通指令φs，計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的勵(lì)磁電流，并將勵(lì)磁電流指令I(lǐng)ds輸出給勵(lì)磁電流控制器6。
符號(hào)9表示電流運(yùn)算器，該電流運(yùn)算器9，基于由電流傳感器10檢測(cè)的流過感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的一次電流(定子電流)，計(jì)算轉(zhuǎn)矩電流Iq以及勵(lì)磁電流Id。即，電流運(yùn)算器9，將感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的線電流，在與功率轉(zhuǎn)換器12輸出的電源頻率同步旋轉(zhuǎn)的q軸以及d軸坐標(biāo)系中進(jìn)行變換。然后，電流運(yùn)算器9，輸出已運(yùn)算的轉(zhuǎn)矩電流Iq以及勵(lì)磁電流Id。
轉(zhuǎn)矩電流控制器7，將轉(zhuǎn)矩電壓指令Vq輸出給坐標(biāo)變換器11，該指令Vq用于使從電流運(yùn)算器9輸出的轉(zhuǎn)矩電流Iq追蹤從速度控制器4輸出的轉(zhuǎn)矩電流指令I(lǐng)qs。與此相對(duì)，勵(lì)磁電流控制器8，將勵(lì)磁電壓指令Vd輸出給坐標(biāo)變換器11，該指令Vd用于使從電流運(yùn)算器9輸出的勵(lì)磁電流Id追蹤從勵(lì)磁電流運(yùn)算器6輸出的勵(lì)磁電流指令I(lǐng)ds。并且，由于電流運(yùn)算器9的輸出頻率的設(shè)定可使用一般公知的技術(shù)，因此在圖1中省略其相關(guān)的記載。
坐標(biāo)變換器11，將上述轉(zhuǎn)矩電壓指令Vq以及勵(lì)磁電壓指令Vd坐標(biāo)變換為固定坐標(biāo)系，并生成3相量的電壓指令V。然后，坐標(biāo)變換器11，將生成的電壓指令V輸出給功率轉(zhuǎn)換器12。功率轉(zhuǎn)換器12，為例如PWM(pulse width modulation，即脈寬調(diào)制)逆變器。
功率轉(zhuǎn)換器12，基于上述電壓指令V，轉(zhuǎn)換直流電源13的功率(例如PWM轉(zhuǎn)換)，并將3相交流功率提供給感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，控制感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的一次電流，并進(jìn)行感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的速度控制。
這里，對(duì)上述磁通指令器5的特征點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)描述。磁通指令器5，在強(qiáng)磁場(chǎng)磁通狀態(tài)時(shí)，與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的轉(zhuǎn)速N的上升成比例地增大內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，磁通指令器5在內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)比基值(base)速度時(shí)更大時(shí)，執(zhí)行磁場(chǎng)磁通的指令，以使進(jìn)行磁場(chǎng)減弱控制的矢量控制。然后，磁通指令器5，在磁場(chǎng)減弱控制時(shí)，執(zhí)行磁場(chǎng)磁通的指令，一邊使內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可變?yōu)楸然邓俣葧r(shí)更大，一邊進(jìn)行矢量控制。
即，在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的轉(zhuǎn)速N比基值速度更大時(shí)，磁通指令器5輸出磁通指令φs以使進(jìn)行磁場(chǎng)減弱控制。換言之，當(dāng)在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的轉(zhuǎn)速N已比基值速度大時(shí)，磁通指令器5也輸出磁通指令φs，以使繼續(xù)處于強(qiáng)磁場(chǎng)磁通的磁場(chǎng)磁通狀態(tài)并進(jìn)行矢量控制。
然后，磁通指令器5，在磁場(chǎng)減弱控制時(shí)，改變磁場(chǎng)磁通以使感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)比基值速度時(shí)大。進(jìn)一步，磁通指令器5，在開始磁場(chǎng)減弱控制之后，根據(jù)轉(zhuǎn)速N的上升，使磁場(chǎng)磁通減弱，以使感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的端子電壓不會(huì)超過最大過載時(shí)的最大電壓。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，改變感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的磁場(chǎng)磁通，得到后述圖4(B)的動(dòng)作特性。
還有，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的控制裝置，為為含有如圖1所示的各個(gè)部件4～9、11的結(jié)構(gòu)。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的控制裝置，也可以是由例如模擬電路構(gòu)成，也可以由微機(jī)構(gòu)成，還可以是由單片IC構(gòu)成。
接著，對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的等效電路進(jìn)行說明。
圖2，為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的1相的T形等效電路的示意圖。根據(jù)圖2，勵(lì)磁電流Id流過勵(lì)磁電路，轉(zhuǎn)矩電流Iq流過定子電路。勵(lì)磁電路，其結(jié)構(gòu)為含有勵(lì)磁電路電感Lm。定子電路，其結(jié)構(gòu)為含有使轉(zhuǎn)子電路電阻R2以滑動(dòng)系數(shù)S減小的電阻(R2/S)。并且，由勵(lì)磁電流Id以及轉(zhuǎn)矩電流Iq的平方和平方根所求得的一次電流(定子電流)Is流過定子繞組。
還有，圖2中，Vs表示端子電壓，R1表示定子電路電阻，L1表示定子電路電感，L2表示轉(zhuǎn)子電路電感，Ed表示內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(勵(lì)磁電路電壓)。
圖2所示的T形等效電路的電流以及電壓的關(guān)系，如圖3的矢量圖所示。根據(jù)該矢量圖，決定端子電壓Vs和內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ed之間的關(guān)系，由圖1所示的磁通指令器5，適當(dāng)?shù)貓?zhí)行用于生成勵(lì)磁電流Id的磁通指令φs。還有，圖3中，w表示電源角頻率。
接著，對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的動(dòng)作特性進(jìn)行說明。這里，為了與參考例的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作特性進(jìn)行比較，對(duì)兩者的動(dòng)作特性進(jìn)行說明。
圖4，為表示有關(guān)本實(shí)施方式的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作特性以及比較例的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作特性的圖。并且，轉(zhuǎn)矩電流Iq作為恒值表示。
首先，基于圖4(A)對(duì)比較例的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作特性進(jìn)行說明。根據(jù)圖4(A)，在基值速度(電源角頻率wB)以內(nèi)的恒轉(zhuǎn)矩控制范圍內(nèi)，進(jìn)行轉(zhuǎn)矩T為恒值的恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)轉(zhuǎn)，且在基值速度以上的恒輸出控制范圍內(nèi)，進(jìn)行輸出P為恒值的恒輸出控制。這時(shí)，磁場(chǎng)磁通φ，在恒轉(zhuǎn)矩控制范圍內(nèi)為恒值(強(qiáng)磁場(chǎng)磁通狀態(tài))，在恒輸出控制范圍內(nèi)與轉(zhuǎn)速N成反比例減弱。
然后，在基值速度以上的恒輸出控制范圍內(nèi)，即使磁場(chǎng)磁通φ與轉(zhuǎn)速N成反比例減少，內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ed也保持恒值Edo。恒值Edo，為基值速度時(shí)的內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ed。這時(shí)，端子電壓Vs，必須隨著轉(zhuǎn)速N的上升而變大。并且，端子電壓Vs，必須隨著一次電流Is的大小相應(yīng)地變大。而且，端子電壓Vs的最大電壓Vsm，為最大過載時(shí)的電壓。還有，此時(shí)的轉(zhuǎn)速N稱為最高速度(電源角頻率wT)。
這里，圖4(A)所示的端子電壓Vs的絕對(duì)值，根據(jù)圖3所示的矢量圖的關(guān)系，由式(1)表示。另外，％Z表示阻抗百分比、Edo表示基值速度時(shí)的內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，wB表示基值速度時(shí)的電源角頻率。這里，為簡(jiǎn)略式子，忽略感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的差頻量進(jìn)行說明。
VsEdo·[1+{％Z·(Iq/Iqo)·(w/wB)}2]1/2… (1)式(1)中的％Z以及Edo，由式(2)以及式(3)表示。
％Z＝Iqo·wB·(L1+L2)/Edo…(2)Edo＝Ido·wB·Lm…(3)還有，圖4(A)所示的恒輸出控制范圍(w≥wB)內(nèi)，由于Ed＝Edo，因此式(1)考慮并表示以下關(guān)系。
Iq·R1/Edo+(L1+L2)/Lm＜＜1… (4)Id·R1/Edo＜＜％Z·(Iq/Iqo)·(w/wB)…(5)圖4(A)中，將％Z＝0.2(20％)、Iq/Iqo＝1.75(175％)、w/wB＝3，代入式(1)，求出圖4(A)所示的端子電壓Vs的最大電壓Vsm1.45Edo。
因此，在如圖4(A)所示的比較例的控制方法中，即使將圖1所示的功率轉(zhuǎn)換器12的最大輸出電壓作為式(1)所示的Vs，也具有內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Edo＝(功率轉(zhuǎn)換器的最大輸出電壓)/1.45的關(guān)系，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的輸出P(＝31/2·Vs·Is)，限制為對(duì)功率轉(zhuǎn)換器12的最大輸出電壓的1/1.45倍。
接著，基于圖4(B)對(duì)有關(guān)本實(shí)施方式的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作特性進(jìn)行說明。并且，具有與圖4(A)相同的條件(％Z＝0.2、Iq/Iqo＝1.75、Vsm1.45Edo)。圖4(B)中，單點(diǎn)劃線表示圖4(A)的動(dòng)作特性。
圖4(B)中，與圖4(A)的情況不同，恒轉(zhuǎn)矩控制范圍在開始速度(電源角頻率w1＞wB)之前擴(kuò)大。并且，在開始速度以上的磁場(chǎng)減弱控制范圍內(nèi)，進(jìn)行減弱磁場(chǎng)磁通φ的矢量控制。
并且，在磁場(chǎng)減弱控制范圍內(nèi)，內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ed比基值速度時(shí)的內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Edo大。
這里，根據(jù)圖3所示的矢量圖，在圖4(B)所示的磁場(chǎng)減弱控制范圍(w≥w1)內(nèi)的端子電壓Vs的絕對(duì)值的一般式如式(6)所示。還有，％Z由式(2)表示，Edo由式(3)表示。
VsEdo·[Ed/Edo+{％Z·(Iq/Iqo)·(w/wB)}2]1/2…(6)還有，如圖4(B)所示的磁場(chǎng)減弱控制范圍(w≥w1)內(nèi)，由于Ed＝αEdo，因此式(6)考慮并表示以下關(guān)系。式中，1.0＜α＜約2.0。
Iq·R1/Edo+(L1+L2)/Lm＜＜1…(7)Id·R1/Edo＜＜％Z·(Iq/Iqo)·(w/wB) …(8)與此相對(duì)，圖4(B)所示的恒轉(zhuǎn)矩控制范圍內(nèi)(w＜w1)，存在以下的關(guān)系。
Ed/Edo＝w/wB … (9)然后，將式(9)代入式(6)，則可得到式(10)，該式表示圖4(B)所示的開始速度(電源角頻率w1)的端子電壓Vs的最大電壓Vsm(這里為絕對(duì)值)。
VsmEd·[1+{％Z·(Iq/Iqo)}2]1/2…(10)并且，式(10)中，若將Vsm看作為圖4(A)所示的Vsm(＝1.45Edo、即α＝1.45)，則式(6)變成下式(11)。另外，α＝1.45，是為了以相同條件比較圖4(A)以及圖4(B)。在1.0＜α＜約2.0的范圍內(nèi)，可任意設(shè)定α。
Ed·[1+{％Z·(Iq/Iqo)}2]1/2＝1.45Edo… (11)
在圖4(B)所示的磁場(chǎng)減弱控制開始時(shí)，圖1所示的磁通指令器5，按照滿足式(11)的關(guān)系那樣將磁通指令φs輸出給勵(lì)磁電流控制部6。由此，在磁場(chǎng)減弱控制時(shí)，內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ed比Edo更大。
并且，圖4(B)中，由于例如％Z＝0.2、Iq/Iqo＝1.75，如果將它們代入式(11)，則內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值滿足以下關(guān)系。還有，％Z、Iq/Iqo，并不限于此，還可以根據(jù)已知的技術(shù)作各種變更。
Ed＝1.37Edo … (12)這時(shí)的開始速度(電源角頻率w1)，根據(jù)式(9)，能夠求出w1＝1.37wB。因此，這種情況下，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的輸出P1，成為額定輸出的1.37倍。并且，若轉(zhuǎn)速N上升到比開始速度還大，則磁場(chǎng)磁通φ變?nèi)酰允故?6)的Vs成為式(1)的Vsm。并且，圖4(B)的陰影線部分，表示比額定輸出P更高輸出的部分。
這樣，在圖4(B)所示的磁場(chǎng)減弱控制范圍內(nèi)，圖4(A)所示的恒輸出范圍內(nèi)的輸出電容變大，能夠?qū)崿F(xiàn)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的額定電容以上的高輸出。并且，圖4(B)所示的端子電壓Vs，不論轉(zhuǎn)速N的大小，都能保持恒值Vsm，因此不需要對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的絕緣耐壓進(jìn)行變更。
并且，作為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的用途，通過用于例如，煉鐵·非鐵設(shè)備(熱軋?jiān)O(shè)備、冷軋?jiān)O(shè)備、加工流水線設(shè)備)、鐵路車輛、卷繞機(jī)(含開卷機(jī))、船舶、工程機(jī)械(主軸驅(qū)動(dòng)用)、造紙機(jī)設(shè)備、輸送設(shè)備等，能夠被作為各種不同用途的動(dòng)力源而利用。因此，具有圖4(B)所示的動(dòng)作特性的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1，能夠與需要各種輸出電容的廣范圍的用途對(duì)應(yīng)。
還有，在圖4(B)所示的端子電壓Vs沒有超過最大電壓Vsm的范圍內(nèi)，通過變更圖4(B)所示的開始速度，也能夠變更感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的最高輸出P1。并且，通過將額定輸出P為最小的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1選定為各種用途的動(dòng)力源，能夠降低感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的成本。
另外，圖4(B)中，表示了α為1.45的情況，但是在1＜α＜約2.0的范圍內(nèi)可進(jìn)行變更。這種情況下，可使磁場(chǎng)減弱控制范圍內(nèi)的輸出P可變。
以下，對(duì)有關(guān)另一實(shí)施方式的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置進(jìn)行說明。圖5，為有關(guān)另一實(shí)施方式的、含有感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置的整體系統(tǒng)框圖。圖5中，對(duì)圖1所示的實(shí)施例，追加設(shè)置切換指令器14。雖然對(duì)與圖1所示的實(shí)施方式的一部分進(jìn)行了重復(fù)說明，但也按順序?qū)Ω鱾€(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。
圖5中，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1，根據(jù)來自速度指令器2的速度指令SPs而被驅(qū)動(dòng)。速度指令SPs，為轉(zhuǎn)速N(r/min)的目標(biāo)值。并且，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1，可用于例如，煉鐵·非鐵設(shè)備(熱軋?jiān)O(shè)備、冷軋?jiān)O(shè)備、加工流水線設(shè)備)、鐵路車輛、卷繞機(jī)(含開卷機(jī))、船舶、工程機(jī)械(主軸驅(qū)動(dòng)用)、造紙機(jī)設(shè)備、輸送設(shè)備等用途。
以下具體來說明。速度控制器4，基于上述速度指令SPs、與由速度傳感器3檢測(cè)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的轉(zhuǎn)速N的差(SPs-N)，將轉(zhuǎn)矩電流指令I(lǐng)qs輸出給轉(zhuǎn)矩電流控制器7。
而且，磁通指令器5，基于由速度傳感器3檢測(cè)的轉(zhuǎn)速N和從切換指令器14輸出的切換信號(hào)k，將磁場(chǎng)磁通的磁通指令φs輸出給勵(lì)磁電流運(yùn)算器6。切換信號(hào)k，為表示切換勵(lì)磁方式的時(shí)刻的信號(hào)。切換信號(hào)k，雖然采用轉(zhuǎn)速N自身的信息，例如在事先定義該轉(zhuǎn)速N的情況下，可采用指示其轉(zhuǎn)速的信息。
并且，磁通指令器5，基于上述切換信號(hào)k，預(yù)先設(shè)定轉(zhuǎn)速N、即在切換勵(lì)磁方式時(shí)的轉(zhuǎn)速。
勵(lì)磁電流運(yùn)算器6，基于來自磁通指令器5的磁通指令φs，運(yùn)算出感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的勵(lì)磁電流，并將勵(lì)磁電流指令I(lǐng)ds輸出給勵(lì)磁電流控制器6。
符號(hào)9表示為電流運(yùn)算器，該電流運(yùn)算器9，基于由電流傳感器10檢測(cè)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1中流動(dòng)的一次電流(定子電流)，運(yùn)算轉(zhuǎn)矩電流Iq以及勵(lì)磁電流Id。即，電流運(yùn)算器9，將感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的線電流，轉(zhuǎn)換成與功率轉(zhuǎn)換器12輸出的電源頻率同步旋轉(zhuǎn)的q軸以及d軸坐標(biāo)系。然后，電流運(yùn)算器9，將運(yùn)算的轉(zhuǎn)矩電流Iq以及勵(lì)磁電流Id輸出。
轉(zhuǎn)矩電流控制器7，將轉(zhuǎn)矩電壓指令Vq輸出給坐標(biāo)變換器11，該指令Vq用于使從電流運(yùn)算器9輸出的轉(zhuǎn)矩電流Iq追蹤從速度控制器4輸出的轉(zhuǎn)矩電流指令I(lǐng)qs。與此相對(duì)，勵(lì)磁電流控制器8，將勵(lì)磁電壓指令Vd輸出給坐標(biāo)變換器11，該指令Vd用于使從電流運(yùn)算器9輸出的勵(lì)磁電流Id遵循從勵(lì)磁電流運(yùn)算器6輸出的勵(lì)磁電流指令I(lǐng)ds。并且，電流運(yùn)算器9的輸出頻率的設(shè)定，由于能夠采用一般公知的技術(shù)，因此圖5中省略其相關(guān)的記載。
坐標(biāo)變換器11，將上述轉(zhuǎn)矩電壓指令Vq以及勵(lì)磁電壓指令Vd坐標(biāo)變換成固定坐標(biāo)系，并生成3相量的電壓指令V。然后，坐標(biāo)變換器11，將生成的電壓指令V輸出給功率轉(zhuǎn)換器12。功率轉(zhuǎn)換器12，為例如PWM(pulse width modulation，即脈寬調(diào)制)逆變器。
功率轉(zhuǎn)換器12，基于上述電壓指令V，轉(zhuǎn)換直流電源13的功率(例如PWM變換)，并將3相交流功率提供給感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的一次電流進(jìn)行控制，并對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1進(jìn)行速度控制。
這里，關(guān)于上述磁通指令器5的特征點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)描述。磁通指令器5，在強(qiáng)磁場(chǎng)磁通狀態(tài)時(shí)，與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的轉(zhuǎn)速N的上升成比例地增大內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，并且，磁通指令器5，在內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)比基值速度時(shí)更大時(shí)，執(zhí)行磁場(chǎng)磁通的指令，以使切換為磁場(chǎng)減弱控制的矢量控制。這樣，在強(qiáng)磁場(chǎng)磁通狀態(tài)時(shí)，可進(jìn)行轉(zhuǎn)矩為恒值的恒轉(zhuǎn)矩控制。
然后，在磁場(chǎng)減弱控制時(shí)，磁通指令器5，一邊保持向磁場(chǎng)減弱控制切換時(shí)的內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為恒定，一邊執(zhí)行磁場(chǎng)磁通的指令以使進(jìn)行矢量控制。并且，磁通指令器5，在磁場(chǎng)減弱控制開始后，與轉(zhuǎn)速N的上升成反比例地使磁場(chǎng)磁通減弱。這樣，在磁場(chǎng)減弱控制時(shí)，可進(jìn)行感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的輸出為恒值的恒輸出控制。
根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，使感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的磁場(chǎng)磁通變化，得到后述圖6(B)的動(dòng)作特性。
還有，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的控制裝置，其結(jié)構(gòu)為含有圖5所示的各個(gè)部件4～9、11。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的控制裝置，可以是由例如模擬電路構(gòu)成，也可以是由微機(jī)構(gòu)成，還可以是由單片IC構(gòu)成。
關(guān)于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的等效電路，如圖2中已說明的那樣，勵(lì)磁電流Id流過勵(lì)磁電路，轉(zhuǎn)矩電流Iq流過定子電路。勵(lì)磁電路，其結(jié)構(gòu)為含有勵(lì)磁電路電感Lm。定子電路，其結(jié)構(gòu)為含有使轉(zhuǎn)子電路電阻R2以滑動(dòng)系數(shù)S減小的電阻(R2/S)。并且，由勵(lì)磁電流Id以及轉(zhuǎn)矩電流Iq的平方和平方根所求出的一次電流(定子電流)Is流過定子繞組。
T形等效電路的電流以及電壓的關(guān)系，如已述的圖3的矢量圖所示，決定端子電壓Vs和內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ed之間的關(guān)系，由圖1所示的磁通指令器5，適當(dāng)?shù)貓?zhí)行用于生成勵(lì)磁電流Id的磁通指令φs。
接著，對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的動(dòng)作特性進(jìn)行說明。這里，為與參考例的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作特性進(jìn)行比較，對(duì)兩者的動(dòng)作特性進(jìn)行說明。
圖6，為表示有關(guān)本實(shí)施方式的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作特性以及比較例的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作特性的圖。橫軸表示轉(zhuǎn)速N，縱軸表示轉(zhuǎn)矩T、磁場(chǎng)磁通φ、一次電流Is、端子電壓Vs、內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ed。還有，轉(zhuǎn)矩電流Iq作為恒值表示。
首先，基于圖6(A)對(duì)比較例的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作特性進(jìn)行說明。根據(jù)圖6(A)，在基值速度(電源角頻率wB)以內(nèi)的恒轉(zhuǎn)矩控制范圍內(nèi)，進(jìn)行轉(zhuǎn)矩T為恒值的恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)轉(zhuǎn)，且在基值速度以上的恒輸出控制范圍內(nèi)，進(jìn)行輸出P為恒值的恒輸出控制。這時(shí)，磁場(chǎng)磁通φ，在恒轉(zhuǎn)矩控制范圍內(nèi)為恒定(強(qiáng)磁場(chǎng)磁通狀態(tài))，在恒輸出控制范圍內(nèi)與轉(zhuǎn)速N成反比例地減弱。
并且，在基值速度以上的恒輸出控制范圍內(nèi)，即使磁場(chǎng)磁通φ與轉(zhuǎn)速N成反比例地減少，內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ed也保持恒值Edo。恒值Edo，為基值速度時(shí)的內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ed。這時(shí)，端子電壓Vs，必須隨著轉(zhuǎn)速N的上升而變大。并且，端子電壓Vs，必須根據(jù)一次電流Is的大小相應(yīng)地變大。還有，端子電壓Vs的最大電壓Vsm，為最大過載時(shí)的電壓。并且，此時(shí)的轉(zhuǎn)速N叫做最高速度(角頻率wT)。
這里，圖6(A)所示的端子電壓Vs的絕對(duì)值，根據(jù)與圖3所示的矢量圖的關(guān)系，由式(13)表示。還有，％Z表示百分比阻抗、Edo表示基值速度時(shí)的內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，wB表示額定轉(zhuǎn)速時(shí)的電源角頻率。這里，為簡(jiǎn)略式子，忽略感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的差頻量進(jìn)行說明。
VsEdo·[1+{％Z·(Iq/Iqo)·(w/wB)}2]1/2… (13)式(13)中的％Z以及Edo，由式(14)以及式(15)表示。
％Z＝Iqo·wB·(L1+L2)/Edo …(14)Edo＝Ido·wB·Lm …(15)還有，圖6(A)所示的恒輸出控制范圍(w≥wB)內(nèi)，由于Ed＝Edo，因此式(13)考慮并表示以下關(guān)系。
Iq·R1/Edo+(L1+L2)/Lm＜＜1 …(16)Id·R1/Edo＜＜％Z·(Iq/Iqo)·(w/wB)…(17)這里，圖6(A)中，將例如％Z＝0.2(20％)、Iq/Iqo＝1.75(175％)、w/wB＝3，代入式(13)，求出如圖6(A)所示的端子電壓Vs的最大電壓Vsm＝1.45Edo。
因此，在如圖6(A)所示的比較例的控制方法中，即使將圖5所示的功率轉(zhuǎn)換器12的最大輸出電壓作為式(13)所示的Vs，也具有內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Edo＝(功率轉(zhuǎn)換器的最大輸出電壓)/1.45的關(guān)系，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的輸出P(＝31/2·Vs·Is)，限制為對(duì)功率轉(zhuǎn)換器12的最大輸出電壓的1/1.45倍。
接著，基于圖6(B)對(duì)有關(guān)本實(shí)施方式的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作特性進(jìn)行說明。并且，在此具有與圖6(A)相同的條件(％Z＝0.2、Iq/Iqo＝1.75、Vsm1.45Edo)。圖6(B)中，單點(diǎn)劃線表示圖6(A)的動(dòng)作特性。
圖6(B)中，與圖6(A)的情況不同，恒轉(zhuǎn)矩控制范圍在開始速度(電源角頻率w1＞wB)之前擴(kuò)大。并且，在開始速度以上的恒輸出控制范圍內(nèi)，進(jìn)行減弱磁場(chǎng)磁通φ的矢量控制。并且，在恒輸出控制范圍內(nèi)，內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ed比基值速度時(shí)的內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Edo大。
然后，在恒輸出控制的開始時(shí)(開始速度時(shí))，即向磁場(chǎng)減弱控制切換時(shí)，圖5所示的磁通指令器5，按照滿足下式(18)的關(guān)系將磁通指令J輸出給勵(lì)磁電流控制部6。這樣，在圖6(B)所示的恒輸出控制范圍內(nèi)，內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ed比Edo還大。
Ed·[1+{％Z·(Iq/Iqo)·(w2/w1)}2]1/2＝1.45Edo…(18)但是，式(18)中w2為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的磁場(chǎng)減弱控制范圍的最大轉(zhuǎn)速。
％Z由上述式(14)表示，Edo由上述式(15)表示。
這里，根據(jù)圖3所示的矢量圖，圖6(B)所示的恒輸出控制范圍(w＞wB)的端子電壓Vs的絕對(duì)值的一般式由式(19)表示。
VsEdo·[Ed/Edo+{％Z·(Iq/Iqo)·(w/wB)}2]1/2…(19)還有，圖6(B)所示的恒轉(zhuǎn)矩控制范圍(w＜w1)內(nèi)，由于Ed＝αEdo，因此式(19)，考慮并表示以下關(guān)系。
Iq·R1/Edo+(L1+L2)/Lm＜＜1 …(20)Id·R1/Edo＜＜％Z·(Iq/Iqo)·(w/wB) … (21)并且，如圖6(B)所示的恒轉(zhuǎn)矩控制范圍(w＜w1)，存在以下的關(guān)系。
Ed/Edo＝w/wB … (22)這里，認(rèn)為圖6(B)所示的磁場(chǎng)減弱控制范圍的最大轉(zhuǎn)速(電源角頻率w2)為w2＝1.5·w1。因此，由w2成立以下關(guān)系。
w2/wB＝Ed/Edo·1.5 … (23)根據(jù)式(23)以及式(19)， w2的Vs(這里為絕對(duì)值)，由下式表示。
VsEd·[1+{％Z·(Iq/Iqo)·1.5}2]1/2… (24)這里，式(12)的Vs，根據(jù)前提條件，由于圖6(A)所示的Vsm＝1.45Edo，因此如下。
Ed·[1+{％Z·(Iq/Iqo)·1.5}2]1/2＝1.45Edo… (25)根據(jù)式(13)，表示Ed比Edo更大。
這里，圖6(B)中，由于例如％Z＝0.2、Iq/Iqo＝1.75，如果將它們代入式(25)，則內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ed的最大值具有以下關(guān)系。并且，Z％、Iq/Iqo、w2/w1，并不限于此，可根據(jù)已知的技術(shù)作各種變更。
Ed＝1.28Edo…(26)這時(shí)的磁場(chǎng)減弱控制的開始速度(電源角頻率w1)，根據(jù)式(22)，能夠求出w1＝1.28wB。因此，這種情況下，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的輸出P1，成為額定輸出的1.28倍。并且，若轉(zhuǎn)速N進(jìn)一步上升，比開始速度還要大，則使磁場(chǎng)磁通φ與轉(zhuǎn)速N成反比例變?nèi)酰允故?24)的Vs不會(huì)超過最大電壓Vsm1.45Edo。并且，由于圖6(B)所示的端子電壓Vs，不論轉(zhuǎn)速N的大小如何，都保持恒值Vsm，因此不需要對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的絕緣耐壓進(jìn)行變更。還有，圖6(B)的陰影線部分，表示比額定輸出P更高輸出的區(qū)域。
這樣，就能夠?qū)崿F(xiàn)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的額定電容以上的高輸出。
并且，作為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的用途，通過用于例如，煉鐵·非鐵設(shè)備(熱軋?jiān)O(shè)備、冷軋?jiān)O(shè)備、加工流水線設(shè)備)、鐵路車輛、卷繞機(jī)(含開卷機(jī))、船舶、工程機(jī)械(主軸驅(qū)動(dòng)用)、造紙機(jī)設(shè)備、輸送設(shè)備等方面，能夠被作為各種不同用途的動(dòng)力源而利用。因此，具有如圖6(B)所示的動(dòng)作特性的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1，與需要各種輸出電容的廣范圍的用途對(duì)應(yīng)。而且，通過選定使額定輸出P為最小的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1作為各種用途的動(dòng)力源，能夠降低感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1的成本。
這里，圖6(B)中，雖然表示了開始速度w1＝1.28wB的情況，但也可在例如從圖6(B)所示的基值速度(電源角頻率wB)開始到最高速度(電源角頻率wT)為止的速度范圍內(nèi)，對(duì)開始速度進(jìn)行變更。這種情況下，圖5所示的磁通指令器5，基于由圖5所示的切換指令器5提供的切換信號(hào)k，選擇轉(zhuǎn)速，在已選擇轉(zhuǎn)速時(shí)執(zhí)行磁場(chǎng)磁通φ的指令，以使進(jìn)行向磁場(chǎng)減弱控制的切換。這樣，圖6(B)所示的輸出P的高輸出范圍，如圖7所示。即，開始速度越小，高輸出范圍越擴(kuò)大，相反，輸出P的最大值越小。這樣，就能夠得到各種輸出特性。
并且，圖6(B)中，雖然表示了α為1.45的情況，但在1＜α＜約2.0的范圍內(nèi)可進(jìn)行變更，這種情況下，可使磁場(chǎng)減弱控制范圍時(shí)的輸出P可變。
權(quán)利要求
1.一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制方法，是在磁場(chǎng)磁通處于強(qiáng)磁場(chǎng)磁通的狀態(tài)時(shí)，進(jìn)行磁場(chǎng)減弱控制的矢量控制的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制方法，其特征在于，在所述強(qiáng)磁場(chǎng)磁通狀態(tài)時(shí)，與所述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的上升成比例地增大內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)所述內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)比額定轉(zhuǎn)速時(shí)更大時(shí)，進(jìn)行磁場(chǎng)減弱控制的矢量控制，在所述磁場(chǎng)減弱控制時(shí)，一邊使所述內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可變?yōu)楸人鲱~定轉(zhuǎn)速時(shí)更大，一邊進(jìn)行矢量控制。
2.一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制方法，是按照追蹤所提供的速度指令的方式進(jìn)行矢量控制的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制方法，其特征在于，在強(qiáng)磁場(chǎng)磁通狀態(tài)時(shí)，與所述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的上升成比例地增大內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)所述內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)比額定轉(zhuǎn)速時(shí)更大時(shí)，進(jìn)行磁場(chǎng)減弱控制的矢量控制，在所述磁場(chǎng)減弱控制時(shí)，一邊使所述內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可變?yōu)楸人鲱~定轉(zhuǎn)速時(shí)更大，一邊進(jìn)行矢量控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制方法，其特征在于，在所述磁場(chǎng)減弱控制開始時(shí)，改變所述磁場(chǎng)磁通以使?jié)M足式(1)以及式(2)的關(guān)系，Ed[1+{％Z·Iq/Iqo·w/wB}2]1/2＝αEdo(α＞1、Iq恒定)…(1)％Z＝Iqo·wB·(L1+L2)/Edo…(2)其中，Ed為內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，Iq為轉(zhuǎn)矩電流，w為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的電源角頻率，wB為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速時(shí)的電源角頻率，Iqo為額定轉(zhuǎn)速時(shí)的額定轉(zhuǎn)矩電流，Edo為額定轉(zhuǎn)速時(shí)的內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，L1為定子電路電感，L2為轉(zhuǎn)子電路電感。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3任一項(xiàng)所述的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制方法，其特征在于，在所述磁場(chǎng)減弱控制時(shí)，減弱所述磁場(chǎng)磁通，以使與所述轉(zhuǎn)速的上升對(duì)應(yīng)上升的所述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的端子電壓不超過最大過載時(shí)的最大電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4任一項(xiàng)所述的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制方法，其特征在于，在所述強(qiáng)磁場(chǎng)磁通狀態(tài)時(shí)，進(jìn)行使所述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩為恒值的恒轉(zhuǎn)矩控制的矢量控制。
6.一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，是當(dāng)磁場(chǎng)磁通處于強(qiáng)磁場(chǎng)磁通狀態(tài)時(shí)，進(jìn)行磁場(chǎng)減弱控制的矢量控制的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于，具備磁通指令器，其在所述強(qiáng)磁場(chǎng)磁通狀態(tài)時(shí)，與所述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的上升成比例地增大內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)所述內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)比額定轉(zhuǎn)速時(shí)更大時(shí)，執(zhí)行所述磁場(chǎng)磁通的指令以使進(jìn)行磁場(chǎng)減弱控制的矢量控制，并且在所述磁場(chǎng)減弱控制時(shí)，一邊使所述內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可變?yōu)楸人鲱~定轉(zhuǎn)速時(shí)更大，一邊執(zhí)行所述磁場(chǎng)磁通的指令以使進(jìn)行矢量控制。
7.一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，是按照追蹤所提供的速度指令的方式進(jìn)行矢量控制的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于，具備磁通指令器，其在強(qiáng)磁場(chǎng)磁通狀態(tài)時(shí)，與所述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的上升成比例地增大內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)所述內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)比額定轉(zhuǎn)速時(shí)更大時(shí)，執(zhí)行磁場(chǎng)磁通的指令以使進(jìn)行磁場(chǎng)減弱控制的矢量控制，并且在所述磁場(chǎng)減弱控制時(shí)，一邊使所述內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可變?yōu)楸人鲱~定轉(zhuǎn)速時(shí)更大，一邊執(zhí)行所述磁場(chǎng)磁通的指令以使進(jìn)行矢量控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于，所述磁通指令器，在所述磁場(chǎng)減弱控制開始時(shí)，改變所述磁場(chǎng)磁通以使?jié)M足式(1)以及式(2)的關(guān)系，Ed[1+{％Z·Iq/Iqo·w/wB}2]1/2＝αEdo(α＞1、Iq恒定)…(1)％Z＝Iqo·wB·(L1+L2)/Edo…(2)其中，Ed為內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，Iq為轉(zhuǎn)矩電流，w為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的電源角頻率，wB為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速時(shí)的電源角頻率，Iqo為額定轉(zhuǎn)速時(shí)的額定轉(zhuǎn)矩電流，Edo為額定轉(zhuǎn)速時(shí)的內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，L1為定子電路電感，L2為轉(zhuǎn)子電路電感。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于，所述磁通指令器，在所述磁場(chǎng)減弱控制時(shí)，減弱所述磁場(chǎng)磁通，以使與所述轉(zhuǎn)速的上升對(duì)應(yīng)上升的所述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的端子電壓不超過最大過載時(shí)的最大電壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于，在所述強(qiáng)磁場(chǎng)磁通狀態(tài)時(shí)，進(jìn)行使所述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩為恒值的恒轉(zhuǎn)矩控制的矢量控制。
11.一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制方法，是在磁場(chǎng)磁通處于強(qiáng)磁場(chǎng)磁通狀態(tài)時(shí)，進(jìn)行磁場(chǎng)減弱控制的矢量控制的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制方法，其特征在于，當(dāng)所述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速比額定轉(zhuǎn)速更大時(shí)，進(jìn)行所述磁場(chǎng)減弱控制。
12.一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制方法，是在磁場(chǎng)磁通處于強(qiáng)磁場(chǎng)磁通狀態(tài)時(shí)，進(jìn)行磁場(chǎng)減弱控制的矢量控制的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制方法，其特征在于，當(dāng)所述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速比額定轉(zhuǎn)速更大時(shí)，使所述磁場(chǎng)磁通還繼續(xù)處于強(qiáng)磁場(chǎng)磁通狀態(tài)并進(jìn)行矢量控制。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制方法，其特征在于，在所述磁場(chǎng)減弱控制時(shí)，改變所述磁場(chǎng)磁通，以使所述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)比額定轉(zhuǎn)速時(shí)更大。
14.根據(jù)權(quán)利要求11或者12所述的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制方法，其特征在于，在所述磁場(chǎng)減弱控制開始時(shí)，改變所述磁場(chǎng)磁通以使?jié)M足式(1)以及式(2)的關(guān)系，Ed[1+{％Z·Iq/Iqo·w/wB}2]1/2＝αEdo(α＞1、Iq恒定)…(1)％Z＝Iqo·wB·(L1+L2)/Edo…(2)其中，Ed為內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，Iq為轉(zhuǎn)矩電流，w為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的電源角頻率，wB為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速時(shí)的電源角頻率，Iqo為額定轉(zhuǎn)速時(shí)的額定轉(zhuǎn)矩電流，Edo為額定轉(zhuǎn)速時(shí)的內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，L1為定子電路電感，L2為轉(zhuǎn)子電路電感。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制方法，其特征在于，在所述磁場(chǎng)減弱控制時(shí)，減弱所述磁場(chǎng)磁通，以使與所述轉(zhuǎn)速的上升對(duì)應(yīng)上升的所述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的端子電壓不超過最大過載時(shí)的最大電壓。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制方法，其特征在于，在所述強(qiáng)磁場(chǎng)磁通狀態(tài)時(shí)，進(jìn)行使所述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩為恒值的恒轉(zhuǎn)矩控制的矢量控制。
17.一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，是在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)磁通處于強(qiáng)磁場(chǎng)磁通狀態(tài)時(shí)，進(jìn)行磁場(chǎng)減弱控制的矢量控制的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于，具備磁通指令器，其在所述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速比額定轉(zhuǎn)速更大時(shí)，執(zhí)行所述磁場(chǎng)磁通的指令以使進(jìn)行所述磁場(chǎng)減弱控制。
18.一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，是在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)磁通處于強(qiáng)磁場(chǎng)磁通狀態(tài)時(shí)，進(jìn)行磁場(chǎng)減弱控制的矢量控制的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于，具備磁通指令器，其在所述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速比額定轉(zhuǎn)速大時(shí)，也執(zhí)行所述磁場(chǎng)磁通的指令，以使所述磁場(chǎng)磁通繼續(xù)處于穩(wěn)定狀態(tài)并進(jìn)行矢量控制。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于，所述磁通指令器，在所述磁場(chǎng)減弱控制時(shí)，改變所述磁場(chǎng)磁通，以使所述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)比額定轉(zhuǎn)速時(shí)更大。
20.根據(jù)權(quán)利要求17或18中所述的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于，所述磁通指令器，在所述磁場(chǎng)減弱控制開始時(shí)，改變所述磁場(chǎng)磁通以使?jié)M足下式，Ed[1+{％Z·Iq/Iqo·w/wB}2]1/2＝αEdo(α＞1、Iq恒定)…(1)％Z＝Iqo·wB·(L1+L2)/Edo…(2)其中，Ed為內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，Iq為轉(zhuǎn)矩電流，w為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的電源角頻率，wB為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速時(shí)的電源角頻率，Iqo為額定轉(zhuǎn)速時(shí)的額定轉(zhuǎn)矩電流，Edo為額定轉(zhuǎn)速時(shí)的內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，L1為定子電路電感，L2為轉(zhuǎn)子電路電感。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于所述磁通指令器，在所述磁場(chǎng)減弱控制時(shí)，減弱所述磁場(chǎng)磁通，以使與所述轉(zhuǎn)速的上升對(duì)應(yīng)上升的所述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的端子電壓不超過最大過載時(shí)的最大電壓。
22.根據(jù)權(quán)利要求17～21所述的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于，在所述強(qiáng)磁場(chǎng)磁通狀態(tài)時(shí)，進(jìn)行使所述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩為恒值的恒轉(zhuǎn)矩控制的矢量控制。
23.一種煉鐵·非鐵設(shè)備，其特征在于，通過權(quán)利要求6～10所述的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，對(duì)軋制設(shè)備的驅(qū)動(dòng)用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。
24.一種鐵路車輛，其特征在于，通過權(quán)利要求6～10所述的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，對(duì)鐵路車輛的驅(qū)動(dòng)用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。
25.一種卷繞機(jī)，其特征在于，通過權(quán)利要求6～10所述的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，對(duì)卷繞機(jī)的驅(qū)動(dòng)用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。
26.一種船舶，其特征在于，通過權(quán)利要求6～10所述的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，對(duì)船舶的驅(qū)動(dòng)用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。
27.一種工程機(jī)械，其特征在于，通過權(quán)利要求6～10所述的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，對(duì)工程機(jī)械的主軸驅(qū)動(dòng)用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。
28.一種造紙機(jī)設(shè)備，其特征在于，通過權(quán)利要求6～10所述的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，對(duì)造紙機(jī)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。
29.一種輸送設(shè)備，其特征在于，通過權(quán)利要求6～10所述的根據(jù)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，對(duì)輸送設(shè)備的輸送設(shè)備用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。
30.一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制方法，是在磁場(chǎng)磁通處于強(qiáng)磁場(chǎng)磁通狀態(tài)時(shí)，進(jìn)行磁場(chǎng)減弱控制的矢量控制的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制方法，其特征在于，在所述強(qiáng)磁場(chǎng)磁通狀態(tài)時(shí)，與所述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的上升成比例地增大內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)所述內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)比額定轉(zhuǎn)速時(shí)更大時(shí)，切換為磁場(chǎng)減弱控制的矢量控制，在所述磁場(chǎng)減弱控制時(shí)，一邊使切換時(shí)的內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)保持恒定，一邊進(jìn)行矢量控制。
31.一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制方法，是按照追蹤所提供的速度指令的方式進(jìn)行矢量控制的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制方法，其特征在于，在強(qiáng)磁場(chǎng)磁通狀態(tài)時(shí)，與所述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的上升成比例地增大內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，在所述內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)比額定轉(zhuǎn)速時(shí)更大時(shí)，切換為磁場(chǎng)減弱控制的矢量控制，在所述磁場(chǎng)減弱控制時(shí)，一邊使切換時(shí)的內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)保持恒定，一邊進(jìn)行矢量控制。
32.根據(jù)權(quán)利要求30或者31所述的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制方法，其特征在于，在所述磁場(chǎng)減弱控制時(shí)，改變所述磁場(chǎng)磁通以使?jié)M足式(1)以及式(2)的關(guān)系，Ed[1+{％Z·(Iq/Iqo)·(w2/w1)}2]1/2＝αEdo(α＞1、Iq恒定)…(1)％Z＝Iqo·wB·(L1+L2)/Edo…(2)其中，Ed為內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，Iq為轉(zhuǎn)矩電流，Iqo為額定轉(zhuǎn)速時(shí)的額定轉(zhuǎn)矩電流，Edo為額定轉(zhuǎn)速時(shí)的內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，w1為向磁場(chǎng)減弱控制切換時(shí)的電源角頻率，w2為磁場(chǎng)減弱控制范圍的最大轉(zhuǎn)速時(shí)的電源角頻率，wB為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速時(shí)的電源角頻率，L1為定子電路電感，L2為轉(zhuǎn)子電路電感。
33.根據(jù)權(quán)利要求30所述的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制方法，其特征在于，在所述磁場(chǎng)減弱控制開始之后，與所述轉(zhuǎn)速的上升成反比例地減弱所述磁場(chǎng)磁通。
34.根據(jù)權(quán)利要求30所述的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制方法，其特征在于，向所述磁場(chǎng)磁通控制的切換，在從所述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)減弱控制范圍的最大轉(zhuǎn)速開始到額定轉(zhuǎn)速為止的速度區(qū)域中已選擇轉(zhuǎn)速時(shí)進(jìn)行。
35.根據(jù)權(quán)利要求30所述的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制方法，其特征在于，在所述強(qiáng)磁場(chǎng)磁通狀態(tài)時(shí)，進(jìn)行使所述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩為恒值的恒轉(zhuǎn)矩控制的矢量控制。
36.一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，是在磁場(chǎng)磁通處于強(qiáng)磁場(chǎng)磁通狀態(tài)時(shí)，進(jìn)行矢量控制的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于，具備磁通指令器，其在所述強(qiáng)磁場(chǎng)磁通狀態(tài)時(shí)，與所述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的上升成比例地增大內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)所述內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)比額定轉(zhuǎn)速時(shí)更大時(shí)，執(zhí)行所述磁場(chǎng)磁通的指令以使切換為磁場(chǎng)減弱控制的矢量控制，并且在所述磁場(chǎng)減弱控制時(shí)，一邊使切換時(shí)的內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)保持恒定，一邊執(zhí)行所述磁場(chǎng)磁通的指令以使進(jìn)行矢量控制。
37.一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，是按照追蹤所提供的速度指令的方式進(jìn)行矢量控制的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于，具備磁通指令器，其在強(qiáng)磁場(chǎng)磁通狀態(tài)時(shí)，與所述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的上升成比例地增大內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)所述內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)比額定轉(zhuǎn)速時(shí)更大時(shí)，執(zhí)行磁場(chǎng)磁通的指令以使切換為磁場(chǎng)減弱控制的矢量控制，并且在所述磁場(chǎng)減弱控制時(shí)，一邊使切換時(shí)的內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)保持恒定，一邊執(zhí)行所述磁場(chǎng)磁通的指令以使進(jìn)行矢量控制。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于，所述磁通指令器，在所述磁場(chǎng)減弱控制時(shí)，改變所述磁場(chǎng)磁通以使?jié)M足式(1)以及式(2)的關(guān)系，Ed[1+{％Z·Iq/Iqo·w2/w1}2]1/2＝αEdo(α＞1、Iq恒定)…(1)％Z＝Iqo·wB·(L1+L2)/Edo…(2)其中，Ed為內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，Iq為轉(zhuǎn)矩電流，Iqo為額定轉(zhuǎn)速時(shí)的額定轉(zhuǎn)矩電流，Edo為額定轉(zhuǎn)速時(shí)的內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，w1為向磁場(chǎng)減弱控制切換時(shí)的電源角頻率，w2為磁場(chǎng)減弱控制范圍的最大轉(zhuǎn)速的電源角頻率，wB為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速時(shí)的電源角頻率，L1為定子電路電感，L2為轉(zhuǎn)子電路電感。
39.根據(jù)權(quán)利要求36～38所述的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于，所述磁通指令器，在所述磁場(chǎng)減弱控制開始后，與所述轉(zhuǎn)速的上升成反比例地減弱所述磁場(chǎng)磁通。
40.根據(jù)權(quán)利要求36所述的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于，所述磁通指令器，在從所述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)減弱控制范圍的最大轉(zhuǎn)速開始到額定轉(zhuǎn)速為止的速度區(qū)域中，基于所提供的切換信號(hào)選擇轉(zhuǎn)速，在已選擇轉(zhuǎn)速時(shí)執(zhí)行向所述磁場(chǎng)減弱控制切換的指令。
41.根據(jù)權(quán)利要求36所述的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于，在所述強(qiáng)磁場(chǎng)磁通狀態(tài)時(shí)，進(jìn)行使所述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩為恒值的恒轉(zhuǎn)矩控制的矢量控制。
42.一種煉鐵·非鐵設(shè)備，其特征在于，通過權(quán)利要求36所述的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，對(duì)煉鐵·非鐵設(shè)備的驅(qū)動(dòng)用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。
43.一種鐵路車輛，其特征在于，通過權(quán)利要求36所述的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，對(duì)鐵路車輛的驅(qū)動(dòng)用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。
44.一種卷繞機(jī)，其特征在于，通過權(quán)利要求36所述的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，對(duì)卷繞機(jī)的驅(qū)動(dòng)用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。
45.一種船舶，其特征在于，通過權(quán)利要求36所述的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，對(duì)船舶的驅(qū)動(dòng)用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。
46.一種工程機(jī)械，其特征在于，通過權(quán)利要求36所述的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，對(duì)工程機(jī)械的主軸驅(qū)動(dòng)用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。
47.一種造紙機(jī)設(shè)備，其特征在于，通過權(quán)利要求36所述的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，對(duì)造紙機(jī)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。
48.一種輸送設(shè)備，其特征在于，通過權(quán)利要求36所述的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，對(duì)輸送設(shè)備的輸送設(shè)備用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于得到感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的額定輸出以上的高輸出。在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(1)的磁場(chǎng)磁通處于強(qiáng)磁場(chǎng)磁通的狀態(tài)時(shí)，進(jìn)行磁場(chǎng)減弱控制的矢量控制的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制方法中，當(dāng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(1)的轉(zhuǎn)速N比額定轉(zhuǎn)速還大時(shí)，進(jìn)行磁場(chǎng)減弱控制。并且，在磁場(chǎng)減弱控制時(shí)，改變磁場(chǎng)磁通，以使感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(1)的內(nèi)部感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)比額定轉(zhuǎn)速更大。此外，磁場(chǎng)減弱控制開始后，根據(jù)轉(zhuǎn)速N的上升，減弱磁場(chǎng)磁通，以使感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(1)的端子電壓不超過最大過載時(shí)的最大電壓。
文檔編號(hào)H02P21/00GK1728542SQ200510084600
公開日2006年2月1日 申請(qǐng)日期2005年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月30日
發(fā)明者飛世正博, 永田寬, 小林清隆, 吉成良孝, 二藤部光弘, 松本久幸, 海老原一美 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所