交流电动机的调速装置制造方法及图纸

本发明专利技术交流电动机的调速装置是具有将交流电动机的电流分解为旋转的直角双轴坐标上的２个分量即励磁分量电流及转矩分量电流并对其分别进行比例积分控制的电流控制器的交流电动机调速装置，具有根据转矩分量电流控制器（４７ａ）输出的转矩分量电压分量（Ｖｑ’）及转矩分量电压限制器（５４ａ）输出的转矩分量电压指令（Ｖｑ＊）求转矩分量电压饱和量（ΔＶｑ）的第１减法器，保持该转矩分量电压饱和量（ΔＶｑ）的第１积分器，根据该保持的转矩分量电压饱和量（ΔＶｑ’）及直角双轴坐标的旋转角速度输出磁通指令修正量（Δφ＃－［２ｄ］）的磁通指令修正器（３ａ），以及从磁通指令（Δφ＃－［２ｄ］＊）减去磁通指令修正量（Δφ＃－［２ｄ］）并输出磁通修正指令（φ＃－［２ｄ］ｃｍｄ）的第２减法器。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
交流电动机的调速装置
本专利技术涉及交流电动机的调速装置，特别是改善额定速度以上的高速区域的特性。
技术介绍
在交流电动机的电流控制中，比较多的方法是进行矢量控制，也就是将交流电动机的电流分为旋转的直角双轴坐标(下面称为“dq轴坐标”)上的分量即励磁分量(下面称为“d轴”)及转矩分量(下面称为“q轴”)，然后分别进行控制。下面对作为已有技术的感应电动机的情况进行说明。图16所示为已有的感应电动机调速装置的构成图。在图中，31为感应电动机，32为根据后述的电压指令Vu*、Vv*及Vw*对感应电动机31供给电力的PWM逆变器，33a、33b及33c是检测感应电动机31的电流iu、iv及iw的电流检测器，34是检测感应电动机31的转速ωr的速度检测器。另外，35为根据后述的d轴电流i1d计算磁通φ2d的二次磁通运算器，36为根据后述的q轴电流i1q及磁通计算转差角频率ωs的转差频率运算器，37为根据转差频率运算器36计算的转差角频率ωs及速度检测器34检测出的感应电动机31的转速ωr计算dq轴坐标的旋转角速度ω的坐标旋转角速度运算器，38为将旋转角速度ω积分后输出dq轴坐标的相位角θ的积分器。另外，39为根据dq轴坐标的相位角θ将电流检测器33a、33b及33c的电流iu、iv及iw分为dq轴坐标上的d轴电流i1d及q轴电流i1q后输出的三相二相坐标变换器。另外，40为输出磁通指令φ2d*与二次磁通运算器35的输出即磁通φ2d之磁通偏差ef的减法器，41为进行比例积分(下面称为“PI”)控制使磁通偏差ef为0，输出d轴电流分量i1d’的磁通控制器，42为输出速度指令ωr*与速度检测器34的输出即感应电动机31的转速ωr之速度偏差ew的减法器，43为进行PI控制使速度偏差ew为0，输出q轴电流分量i1q’的速度控制器。另外，44为输出d轴电流指令i1d*与d轴电流i1d之电流偏差eid的减法器，45b为进行PI控制使电流偏差eid为0，输出d轴电压分量Vd’的d轴电流控制-->器，46为输出q轴电流指令i1q*与q轴电流i1q之电流偏差eiq的减法器，47b为进行PI控制使电流偏差eiq为0，输出q轴电压分量Vq’的q轴电流控制器，48为根据dq轴坐标的相位角θ将d轴电压指令Vd*及q轴电压指令Vq*变换为三相交流坐标上的电压指令Vu*、Vv*、Vw*，作为PWM逆变器32的低压指令输出的二相三相坐标变换器。另外，51为将d轴电流分量i1d’限制在规定范围内并输出d轴电流指令i1d*的d轴电流限制器，52为将q轴电流分量i1q’限制在规定范围内并输出q轴电流指令i1q*的q轴电流限制器。另外，53b为将d轴电压分量Vd’限制在规定范围内并输出d轴电压指令Vd*的d轴电压限制器，54b为将q轴电压分量Vq’限制在规定范围内并输出q轴电压指令Vq*的q轴电压限制器。另外，55为任意供给感应电动机磁通指令的磁通指令生成单元。另外，速度指令ωr*是任意由外部供给的。图17所示为图16的磁通控制器41、速度控制器43，d轴电流控制器45b及q轴电流控制器47b等PI控制器的构成图。在图中，61为相当于PI控制器的比例增益Kp的系数生成器，62为相当于PI控制器的积分增益KI的系数生成器，63b为具有停止运算功能的积分器，64为将比例分量与积分分量相加的加法器。另外，e为输入至PI控制器的偏差，U’为从PI控制器输出的操作量。在磁通控制器41的情况下，e为磁通指令与二次磁通运算器35的输出即磁通之磁通偏差ef，另外U’相当于d轴电流分量i1d’，在速度控制器43的情况下，e为速度指令ωr*与速度检测器34的输出即感应电动机31的转速ωr之速度偏差ew，另外U’相当于q轴电流分量i1q’；在d轴电流控制器45b的情况下，e为d轴电流指令i1d*与d轴电流i1d之电流偏差eid，另外，U’相当于d轴电压分量Vd’；在q轴电流控制器47b的情况下，e为q轴电流指令i1q*与q轴电流i1q之电流偏差iiq，另外，U’相当于q轴电压分量Vq’。下面用图16及图17说明感应电动机的矢量控制的基本动作。如图16所示，矢量控制是由磁通控制器41、速度控制器43、d轴电流控制器45b及q轴电流控制47b等多个PI控制器组合构成。另外，构成各PI控制器的前级的减法器(减法器40、减法器42、减法器44及减法器46)根据各自的指令值与实际检测的值，输出其误差(ef、ew、eid及eiq)-->PI控制器是用于使构成前级的减法器输出的偏差为0(使指令值与实际检测值一致)的控制器，各PI控制器将构成前级的减法器输出的偏差e作为输入，根据下式(1)，输出使偏差e为0的操作量U’(iid′、iiq、Vd’及Vq’)。U’＝(Kp+(K1/S))·e                           …(1)式(1)的框图如图17所示。图中，Kp为PI控制器的比例增益，KI为PI控制器的积分增益。图16中使用的PI控制器(磁通控制器41、速度控制器43、d轴电流控制器45b及q轴电流控制器47b)是图17所示的控制器，但Kp及KI的值在各PI控制器中不同。在磁通控制器41及速度控制器43中，相当于操作量U’的是d轴电流分量i1d′及q轴电流分量i1q′，但d轴电流分量i1d′及q轴电流分量i1q′不能为PWM逆变器32允许的最大输出电流值imax以上的值。因此，利用d轴电流限制器51及q轴电流限制器52限制磁通控制器41及速度控制器43输出的操作量U’(d轴电流分量ii1d′及q轴电流分量ii1q′)，使其不超过PWM逆变器32允许的最大输出电流值imax。另外，在d轴电流控制器45b及q轴电流控制器47b中，相当于操作量U’的是d轴电压分量Vd’及q轴电压分量Vq’，但由于d轴电压分量Vd’及q轴电压分量Vq’不能为PWM逆变器32的母线电压VDC以上的值，因此利用d轴电压限制器53b及q轴电压限制器54b，限制d轴电流控制器45b及q轴电流控制器47b输出的操作量U’(d轴电压分量Vd’及q轴电压分量Vq’)，使其不超过PWM逆变器32的母线电压VDC。但是，d轴电流限制器51、q轴电流限制器52、d轴电压限制器53b及q轴电压限制器54b的限制值不一定必须相同。如上所述，已有的感应电动机的调速装置，对于各PI控制器41、43、45b及47b的输出设置各限制器51、52、53b及54b，在利用各限制器51、52、53b及54b限制操作量U’时，存在的问题是，出现即使经过再长时间而输入偏差e也不为0，形成在该PI控制器内部的积分器63b持续存储偏差e的称为操作量饱和的现象，它是构成引起称为过调(overshoot)或摆动(hunting)的振荡性输出响应的原因。因此，根据经验可以这样进行，即在操作量U’超过各限制器51、52、53b及54b的限制值时，通过使该PI控制器内部的积分器63b的积分运算停止，以避免偏差e持续累计，消除操作量的饱和，得到稳定的响应。-->图18为根据下述求出感应电动机在稳定状态的端子间电压的公式绘制的d轴电压分量Vd’及q轴电压分量Vq’的曲线图。在图中，(a)、(c)、及(e)表示d煮电压分量Vd’，(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交流电动机的调速装置，具有将交流电动机的电流分为旋转的直角双轴坐标上的２个分量即励磁分量电流及转矩分量电流，并对其分别进行比例积分控制的电流控制器，其特征在于，还具有 将对转矩分量电流进行比例积分控制的转矩分量电流控制器输出的转矩电压分量限制在规定值以下的转矩分量电压限制器， 根据所述转矩分量电流控制器输出的转矩分量电压分量及所述转矩分量电压限制器输出的转矩分量电压指令求出转矩分量电压饱和量的第１减法器， 保持该转矩分量电压饱和量的第１积分器， 根据该保持的转矩分量电压饱和量及直角双轴坐标的旋转角速度输出磁通指令修正量的磁通指令修正器，以及 从磁通指令减去该磁通指令修正量并输出磁通修正指令的第２减法器。

【技术特征摘要】
1.一种交流电动机的调速装置，具有将交流电动机的电流分为旋转的直角双轴坐标上的2个分量即励磁分量电流及转矩分量电流，并对其分别进行比例积分控制的电流控制器，其特征在于，还具有将对转矩分量电流进行比例积分控制的转矩分量电流控制器输出的转矩电压分量限制在规定值以下的转矩分量电压限制器，根据所述转矩分量电流控制器输出的转矩分量电压分量及所述转矩分量电压限制器输出的转矩分量电压指令求出转矩分量电压饱和量的第1减法器，保持该转矩分量电压饱和量的第1积分器，根据该保持的转矩分量电压饱和量及直角双轴坐标的旋转角速度输出磁通指令修正量的磁通指令修正器，以及从磁通指令减去该磁通指令修正量并输出磁通修正指令的第2减法器。2.一种交流电动机的调速装置，具有将交流电动机的电流分为旋转的直角双轴坐标上的2个分量即励磁分量电流及转矩分量电流并对其分别进行比例积分控制的电流控制器，其特征在于，还具有将对转矩分量电流进行比例积分控制的转矩分量电流控制器输出的转矩分量电压分量限制在规定值以下的转矩分量电压限制器，根据所述转矩分量电流控制器输出的转矩分量电压分量及所述转矩分量电压控制器输出的转矩分量电压指令求转矩分量电压饱和量的第1减法器，保持该转矩分量电压饱和量的第1积分器，根据该保持的转矩分量电压饱和量及直角双轴坐标的旋转角速度输出励磁分量电流指令修正量的励磁分量电流指令修正器，以及从励磁分量电流指令减去该励磁分量电流指令修正量并输出励磁分量电流指令修正指令的第3减法器。3.如权利要求1所述的交流电动机的调速装置，其特征在于，将所述交流电动机的转速输入至生成磁通指令的磁通指令生成单元，使其根据所述交流电动机的转速生成磁通指令。4.如权利要求2所述的交流电动机的调速装置，其特征在于，将所述交流电动机的转速输入至生成励磁分量电流指令的励磁分量电流指令生成单元，使其根据所述交流电动机的转速生成励磁分量电流指令。5.如权利要求1至权利要求4的任一项所述的交流电动机的调速装置，其特征在于，具有将对励磁分量电流进行比例积分控制的励磁分量电流控制器输出的励磁分量电压分量限制在规定值以下的励磁分量电压限制器，求出所述励磁分量电流控制器输出的励磁分量电压分量及所述励磁分量电压限制器输出的励磁分量电压饱和量的第4减法器，保持该励磁分量电压饱和量的第2积分器，根据该保持的励磁分量电压饱和量及直角双轴坐标的旋转角速度输出转矩分量电流指令修正量的励磁分量电流指令修正器，以及从转矩分量电流指令减去该转矩分量电流指令修正量并输出转矩分量电流修正指令的第5减法器。6.如权利要求5所述的交流电动机的调速装置，其特征在于，在将对速度指令与交流电动机的转速之速度偏差进行比例积分控制的速度控制器输出的转矩分量电流指令限制在规定值以下的转矩分量电流限制器中，使限制转矩分量电流指令的限制值相应于所述交流电动机的转速而变化。7.一种交流电动机的调速装置，具有将交流电动机的电流分为旋转的直角双轴坐标上的2个分量即励磁分量电流及转矩分量电流并对其...

【专利技术属性】
技术研发人员：原川雅哉，長野铁明，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]