逆變器裝置、建筑機(jī)械和電動機(jī)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及逆變器裝置、建筑機(jī)械和電動機(jī)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有技術(shù)中，已知專利文獻(xiàn)1中記載的永磁體電動機(jī)的控制裝置。該控制裝置計 算各軸的第二電流指令值，使得旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的d軸和q軸的各電流檢測值與從上級給出的 各軸的第一電流指令值分別一致的方式，。然后，使用該第二電流指令值和永磁體電動機(jī)的 電氣常數(shù)，通過矢量運算控制電力轉(zhuǎn)換器的輸出電壓。由此，在從低速區(qū)間至高速區(qū)間的全 部速度區(qū)間實現(xiàn)了高精度的控制。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0004] 專利文獻(xiàn)
[0005] 專利文獻(xiàn)1 :日本國特開2008-173006號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 發(fā)明要解決的課題
[0007] 上述專利文獻(xiàn)1中記載的控制裝置，適合用電感值與電阻值的比率表達(dá)的電動機(jī) 的電氣時間常數(shù)為數(shù)ms~數(shù)十ms程度的小型和中型的永磁體電動機(jī)的控制。其中，一般 而言，將電動機(jī)容量為數(shù)百W程度的電動機(jī)稱為小型電動機(jī)，將電動機(jī)容量為數(shù)十kW程度 的電動機(jī)稱為中型電動機(jī)。但是，電動機(jī)容量為數(shù)百kW以上的大型電動機(jī)的情況下，與上 述小型電動機(jī)和中型電動機(jī)相比，電感值更大，電阻值更小，因此有電氣時間常數(shù)增大至數(shù) 百ms程度的傾向。結(jié)果，因永磁體電動機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的d軸-q軸間的干擾項環(huán)路，特別在電 動機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時，矢量控制的運算周期變長時，會發(fā)生旋轉(zhuǎn)頻率成分的環(huán)路增益變得非常 大的問題。為了抑制該環(huán)路增益而進(jìn)行穩(wěn)定的電動機(jī)控制，需要使矢量控制的運算周期充 分短，并且將電流指令值的響應(yīng)頻率限制為充分低的值。
[0008] 鑒于上述問題，本發(fā)明的主要目的在于與電動機(jī)的電氣時間常數(shù)的大小和運算周 期無關(guān)地實現(xiàn)響應(yīng)性高的穩(wěn)定的電動機(jī)控制。
[0009] 用于解決課題的技術(shù)方案
[0010] 本發(fā)明的一個方式的用于控制永磁體電動機(jī)的逆變器裝置包括：輸出電壓指令的 電壓矢量運算部；穩(wěn)定化補償運算部，其計算用于使對永磁體電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率成分的電 流控制的增益降低的修正量；修正運算部，其基于穩(wěn)定化補償運算部計算出的修正量，對從 電壓矢量運算部輸出的電壓指令進(jìn)行修正；和電力轉(zhuǎn)換部，其基于修正運算部修正后的電 壓指令，將直流電力轉(zhuǎn)換為交流電力，對永磁體電動機(jī)輸出交流電力。
[0011] 本發(fā)明的一個方式的建筑機(jī)械包括逆變器裝置和被從逆變器裝置輸出的交流電 力驅(qū)動的永磁體電動機(jī)。
[0012] 本發(fā)明的一個方式的用于控制永磁體電動機(jī)的電動機(jī)控制方法中，輸出電壓指 令，計算用于使對永磁體電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率成分的電流控制的增益降低的修正量，基于修 正量對電壓指令進(jìn)行修正，基于修正后的電壓指令，用電力轉(zhuǎn)換部將直流電力轉(zhuǎn)換為交流 電力，從電力轉(zhuǎn)換部對永磁體電動機(jī)輸出交流電力。
[0013] 發(fā)明效果
[0014] 根據(jù)本發(fā)明，能夠與電動機(jī)的電氣時間常數(shù)的大小和運算周期無關(guān)地實現(xiàn)響應(yīng)性 高的穩(wěn)定的電動機(jī)控制。
【附圖說明】
[0015] 圖1是表示現(xiàn)有的控制方法中的運算周期與電流紋波的關(guān)系的圖。
[0016] 圖2是本發(fā)明的第一實施方式的逆變器裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
[0017] 圖3是表示通過轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的基本動作驅(qū)動電阻值R較大的永磁體電動機(jī)1的 情況下的矢量控制特性的圖。
[0018] 圖4是表示通過轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的基本動作驅(qū)動電阻值R較小的永磁體電動機(jī)1的 情況下的矢量控制特性的圖。
[0019] 圖5是通過轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的基本動作進(jìn)行的矢量控制的控制框圖。
[0020] 圖6是表示在圖5的控制框圖中，用q軸電流指令值Iq*作為輸入，用q軸電流檢 測值Iqc作為輸出的離散系統(tǒng)的開環(huán)的頻率特性的圖。
[0021] 圖7是穩(wěn)定化補償運算部13的控制框圖。
[0022] 圖8是使用穩(wěn)定化補償運算部13的情況下的電動機(jī)部分的控制框圖。
[0023] 圖9是本發(fā)明的第一實施方式的矢量控制的控制框圖。
[0024] 圖10是表示在圖9的控制框圖中，用q軸電流指令值Iq*作為輸入，用q軸電流 檢測值Iqc作為輸出的離散系統(tǒng)的開環(huán)的頻率特性的圖。
[0025] 圖11是表示圖9的控制框圖的矢量控制特性的圖。
[0026] 圖12是本發(fā)明的第二實施方式的逆變器裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
[0027] 圖13是穩(wěn)定化補償運算部13a的控制框圖。
[0028] 圖14是本發(fā)明的第三實施方式的逆變器裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
[0029] 圖15是穩(wěn)定化補償運算部13b的控制框圖。
[0030] 圖16是本發(fā)明的第四實施方式的逆變器裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
[0031] 圖17是穩(wěn)定化補償運算部13c的控制框圖。
[0032] 圖18是本發(fā)明的第五實施方式的逆變器裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
[0033] 圖19是本發(fā)明的第六實施方式的逆變器裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
[0034] 圖20是使用應(yīng)用了本發(fā)明的逆變器裝置進(jìn)行電動機(jī)控制的建筑機(jī)械的一個結(jié)構(gòu) 例的框圖。
【具體實施方式】
[0035] 在說明本發(fā)明的各實施方式之前，對于使用現(xiàn)有的控制方法的情況下的電流紋波 進(jìn)行說明。圖1是表示現(xiàn)有的控制方法中的運算周期與電流紋波的關(guān)系的圖。圖1中，表示 對于永磁體電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率為100Hz、200Hz、300Hz、350Hz、400Hz、450Hz和500Hz的各情 況，在將電流指令值的響應(yīng)頻率限制為一定以下的狀態(tài)下，使運算周期在50ys至500ys 之間變化時的q軸的電流紋波的大小。
[0036] 從圖1可知，控制的運算周期越長，電流紋波越大。此外，電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率越高， 這樣的電流紋波的傾向表現(xiàn)得越顯著。
[0037] 接著，對于本發(fā)明的各實施方式進(jìn)行說明。以下，用附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的各實施 方式。
[0038] <第一實施方式>
[0039] 圖2是本發(fā)明的第一實施方式的逆變器裝置的結(jié)構(gòu)框圖。圖2中所示的逆變器裝 置是用于控制永磁體電動機(jī)1的裝置，具備電力轉(zhuǎn)換器2、電流檢測器3、電流坐標(biāo)變換部4、 位置檢測器5、速度運算部6、d軸電流指令設(shè)定部7、轉(zhuǎn)矩指令設(shè)定部8、電流指令變換運算 部9、d軸電流控制運算部10、q軸電流控制運算部11、電壓矢量運算部12、穩(wěn)定化補償運算 部13、修正運算部14和電壓坐標(biāo)變換部15。
[0040] 永磁體電動機(jī)1通過從電力轉(zhuǎn)換器2輸出的交流電力而被驅(qū)動，輸出因永磁體的 磁通而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩成分和因電樞繞組的電感而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩成分合成后的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩。
[0041] 電力轉(zhuǎn)換器2是將從直流電源21來供給的直流電力轉(zhuǎn)換為交流電力并對永磁體 電動機(jī)1輸出的裝置，具有將開關(guān)元件和二極管等組合構(gòu)成的周知的電路結(jié)構(gòu)。電力轉(zhuǎn)換 器2使用該電路結(jié)構(gòu)，基于直流電源21的直流電壓，輸出與從電壓坐標(biāo)變換部15輸出的三 相交流的電壓指令值Vu*、Vv*和Vw*相應(yīng)的三相交流電壓。由此，對永磁體電動機(jī)1的輸 出電壓和旋轉(zhuǎn)頻率進(jìn)行控制，使永磁體電動機(jī)1驅(qū)動。
[0042] 電流檢測器3檢測永磁體電動機(jī)1中流動的三相交流電流Iu、Iv、Iw，對電流坐標(biāo) 變換部4輸出它們的檢測值Iuc、Ivc、Iwc〇
[0043] 電流坐標(biāo)變換部4基于從電流檢測器3輸入的三相交流電流的檢測值Iuc、Ivc、 Iwc，和從位置檢測器5輸入的位置檢測值0dc，輸出d軸電流檢測值Idc和q軸電流檢測 值Iqc〇
[0044] 如以上所說明，用電流檢測器3和電流坐標(biāo)變換部4檢測永磁體電動機(jī)1中流過 的d軸電流和q軸電流，輸出與該檢測結(jié)果相應(yīng)的d軸電流檢測值Idc和q軸電流檢測值 Iqc〇
[0045] 位置檢測器5是檢測永磁體電動機(jī)1的位置（旋轉(zhuǎn)角度）0的旋轉(zhuǎn)變壓器 (resolver)或編碼器，輸出與其檢測結(jié)果相應(yīng)的位置檢測值0dc。
[0046] 速度運算部6基于從位置檢測器5輸出的位置檢測值0dc計算永磁體電動機(jī)1 的旋轉(zhuǎn)角速度，將其運算結(jié)果作為角速度檢測值《輸出。
[0047] d軸電流指令設(shè)定部7基于從與逆變器裝置連接的上級控制器（未圖示）輸入來 的指令信號，輸出d軸電流指令值Id*。該d軸電流指令值Id*具有0或負(fù)極性的值、即0 以下的值。
[0048] 轉(zhuǎn)矩指令設(shè)定部8基于上述指令信號輸出轉(zhuǎn)矩指令值t*。該轉(zhuǎn)矩指令值t*具 有0或正負(fù)中某一種極性的值、即包括0的規(guī)定范圍內(nèi)的值。
[0049] 電流指令變換運算部9基于來自d軸電流指令設(shè)定部7的d軸電流指令值Id*和 來自轉(zhuǎn)矩指令設(shè)定部8的轉(zhuǎn)矩指令值T*，計算q軸電流指令值Iq*并輸出。在該計算中， 電流指令變換運算部9使用預(yù)先設(shè)定的永磁體電動機(jī)1的各電氣常數(shù)1^1、1^、1( 6。其中，1^ 表示d軸的電感，Lq表示q軸的電感，Ke表示反電動勢常數(shù)。
[0050] 對d軸電流控制運算部10輸入d軸電流指令值Id*與d軸電流檢測值Idc的差。 以下將該差稱為d軸電流偏差。d軸電流控制運算部10基于輸入的d軸電流偏差，計算第 二d軸電流指令值Id**，對電壓矢量運算部12輸出。
[0051] 對q軸電流控制運算部11輸入q軸電流指令值Iq*與q軸電流檢測值Iqc的差。 以下將該值稱為q軸電流偏差。q軸電流控制運算部11基于輸入的q軸電流偏差，計算第 二q軸電流指令值Iq**，對電壓矢量運算部12輸出。
[0052] 電壓矢量運算部12基于從d軸電流控制運算部10輸入來的第二d軸電流指令值 Id**、從q軸電流控制運算部11輸入來的第二q軸電流指令值Iq**和來自速度運算部6 的角速度檢測值《，計算d軸電壓指令值Vdc*和q軸電壓指令值Vqc*并輸出。在該計算 中，電壓矢量運算部12使用預(yù)先設(shè)定的永磁體電動機(jī)1的各電氣常數(shù)R、Ld、Lq、Ke。其中， R表示電阻值。此外，Ld、Lq、Ke如上所述分別表示d軸、q軸的電感和反電動勢常數(shù)。
[0053] 穩(wěn)定化補償運算部13基于來自電壓矢量運算部12的q軸電壓指令值Vqc*和上 述的d軸電流指令值Id*和d軸電流檢測值Idc，計算對d軸電壓指令值Vdc*的修正量。 該修正量如后文所詳細(xì)說明，用于通過使對永磁體電動機(jī)1的旋轉(zhuǎn)頻率成分的q軸的電流 控制的增益降低，抑制q軸電流Iq發(fā)散而改善控制特性。然后，輸出與計算出的修正量相 應(yīng)的穩(wěn)定化補償信號AVd。
[0054] 修正運算部14基于穩(wěn)定化補償運算部13計算出的修正量，對來自電壓矢量運算 部12的d軸電壓指令值Vdc*進(jìn)行修正。具體而言，通過從d軸電壓指令值Vdc*中減去用 從穩(wěn)定化補償運算部13輸出的穩(wěn)定化補償信號AVd表達(dá)的修正量，從而對d軸電壓指令 值Vdc*進(jìn)行修正。然后，對電壓坐標(biāo)變換部15輸出與該修正