感应电动机的控制装置及方法制造方法及图纸

一种感应电动机的控制装置，具有通过脉冲宽度调制控制将直流电压变换成变频变压的交流的逆变器以及控制逆变器输出电压的控制装置，该控制装置根据由该逆变器驱动的感应电动机的一次电流中的励磁电流分量指令和转矩电流分量指令运算得出与所述各分量对应的电压分量指令，并根据由所述电压分量指令求出的调制率来控制逆变器的输出电压，其特征在于还具有：从感应电动机一次电流检测转矩电流分量的手段；根据该测出的转矩电流分量值与其指令值的偏差来修正所述转矩电流分量指令的手段；根据该修正的转矩电流分量指令修正所述逆变器的输出频率的手段；以及用规定值以上或任意条件限定所述调制率大小的手段。因此，不切换控制结构，就能对感应电动机从低速区至电压指令大小超过由直流电压决定的逆变器可输出最大电压（ＰＷＭ脉冲方式为单脉冲区域）的高速区连续进行良好的矢量控制。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
感应电动机的控制装置及方法
本专利技术涉及感应电动机的矢量控制，尤其涉及在频率高不能进行电压控制的区域也能进行矢量控制的感应电动机的控制装置及方法。
技术介绍
对驱动铁路车辆用电力机车的感应电动机进行矢量控制的技术在日本专利技术专利公开1993年第83976号公报已有记载。另外，铁路车辆用电力机车一般在高速运行区，为了减少逆变器的开关损耗及最大限度利用直流电源电压，使用PWM脉冲方式为单脉冲方式的控制。但在日本第33次铁路的控制论利用国内研讨会论文集(1996年11月)第247-250页《应用矢量控制的车辆驱动系统》一文中，记载着在不能控制该电压大小的单脉冲方式中也进行矢量控制的技术。在上述日本专利技术专利公开1993年第83976号公报记载的矢量控制中，除了根据励磁电流指令值与测出的励磁电流的偏差及转矩电流指令值与测出的转矩电流的偏差来修正矢量控制的2个电压指令信号的2个电流控制手段之外，还设有修正转差频率用的第3电流控制手段，由于控制结构变复杂，故存在用微机运算指令信号时运算时间变长的问题。另外在上述《应用矢量控制的车辆驱动系统》文献中，单脉冲方式必须附加磁通修正值运算，即附加进行减弱励磁的反馈。上述两种传统技术都必须对用单脉冲方式与用其它方式进行控制的控制系统进行切换。另外，除了上述传统技术之外还有日本专利技术专利公开1990年第32788号公报。该公报记载的矢量控制的构成如图16所示，包括根据励磁电流及转矩电流的各分量运算电压指令的部分、对1次频率发出指令的电流控制系统以使转矩电流实际值变为转矩电流指令值的部分、以及从所获得的1次频率指令运算上述电压指令的部分。-->但是，该公报记载的矢量控制存在的问题是，若PWM脉冲方式变为单脉冲、不能进行电压控制时，就不能进行矢量控制，对此的相应措施无任何说明。本专利技术的目的在于，提供一种感应电动机的控制装置及方法，其在对感应电动机进行矢量控制时，能以更简单的控制结构，对从低速区至最大限度利用PWM逆变器的直流电源电压的、PWM脉冲数为单脉冲的高速区能连续进行良好的矢量控制，而不切换控制结构。专利技术的公开本专利技术的感应电动机的控制装置具有通过脉冲宽度调制控制将直流电压变换成变频变压的交流的逆变器以及控制逆变器输出电压的控制装置，该控制装置根据由该逆变器驱动的感应电动机的一次电流中的励磁电流分量指令和转矩电流分量指令运算得出与所述各分量对应的电压分量指令，并根据由所述电压分量指令求出的调制率(输出电压指令)来控制逆变器的输出电压，其特征在于还具有：从感应电动机一次电流检测转矩电流分量的手段；根据该测出的转矩电流分量值与其指令值的偏差来修正所述转矩电流分量指令的手段；根据该修正的转矩电流分量指令修正逆变器的输出频率的手段；用规定值以上或任意条件限定调制率大小的手段。附图的简单说明图1为示出本专利技术一实施例的控制装置的方框图。图2为图1中的调制率运算器的详细构成图。图3所示为本专利技术控制的模拟例子。图4所示为本专利技术控制的转矩响应模拟例子。实施专利技术的最佳形态以下用图1说明本专利技术的一实施例。在该图中，从直流电源11供给的直流通过滤波电容器13被滤波，供给作为电源变换器的脉冲宽度调制(以下称为PWM)逆变器1。PWM逆变器1将作为电源的直流电压变换成3相交流电压，并将该交流电压供给感应电动机2。该感应电动机2则作为驱动源驱动电力机车行驶。电流指令发生器产生励磁电流指令值Id*及转矩电流指令值Iq*。-->电流控制器4根据转矩电流指令值Iq*及后面将叙述的坐标变换器5的输出即转矩电流检测值Iq的偏差，生成修正后的转矩电流指令值Iq**，该指令值Iq**被输入电压指令运算器6及转差角频率运算器7。转差角频率运算器7根据励磁电流指令值Iq*及修正后的转矩电流指令值Iq**，输出转差角频率指令值ωs*。电压指令运算器6根据励磁电流指令值Iq*、修正后的转矩电流指令值Iq**及后面将叙述的1次角频率指令值ω1*，对供给感应电动机2的旋转磁场坐标系的2个电压分量的指令即Vd*和Vq*进行运算，并输出到极坐标变换器8。极坐标变换器8将用Vd*和Vq*表示的电压矢量变换成电压矢量的大小V0及相位δ。另一方面，由速度检测器16测出的感应电动机速度ωr在加法器17与转差角频率运算器7的输出即转差角频率指令值ωs*相加，生成1次角频率指令值ω1*。该1次角频率指令值ω1*供给积分器18及电压指令运算器6。积分器18对1次角频率指令值ω1*进行积分，运算坐标基准信号θ。坐标变换器5输入由检测PWM逆变器1的输出电流的电流检测器15u、15v、15w测出的逆变器输出电流iu、iv、iw，并按坐标基准信号θ变换成旋转磁场坐标系的励磁电流分量Id和转矩电流分量Iq，Iq输出到电流控制器4。加法器19将积分器18的输出即坐标基准信号θ与极坐标变换器8的输出即电压矢量的相位δ相加，并输出θ’。调制率运算器10根据对作为电源变换器的电源的直流电压VFC进行检测的电压检测器14输出的信号，限制作为极坐标变换器8的输出即电压矢量的大小V0，以使其不超出电源变换器能输出的最大电压，并输出调制率Vc。在PWM信号运算器9，由调制率运算器10的输出Vc及加法器19的输出θ’产生通、断脉冲Su、Sv、Sw，供给PWM逆变器1。下面详细说明上述各部分。在坐标变换器5，根据式(1)从例如坐标基准信号θ及逆变器输出电流iu、iv、iw运算励磁电流分量Id和转矩电流分量Iq。-->1d1q=23cosθcos(θ-2π3)cos(θ+2π3)-sinθ-sin(θ-2π3)-sin(θ+2π3)iuiviu]]>                                                         …(1)作为电流控制器4例如使用比例、积分控制。式(2)为其一例。由此根据电流指令值Iq*与转矩电流检测值Iq的偏差，输出修正后的电流指令值Iq**。Iq**=Iq*+(K1+K2s)(1q*-1q)----(2)]]>式中，K1、K2分别为比例系数和积分系数，s为拉普拉斯算子。式(3)为电压指令运算器6的一个例子。Vd*Vq*=r1L1ω1*-Lsσω1*r11d*1q**······(3)]]>式中，r1为感应电动机2的1次电阻，Lsσ为漏电感，L1为1次电感。式(4)为转差角频率运算器7之一例。ωs*=r2·Iq**M·Id*······(4)]]>式中，r2为感应电动机2的2次电阻，M为互感。极坐标变换器8用式(5)、(6)表示。V0=Vd*2+Vq*2······(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种感应电动机的控制装置，具有通过脉冲宽度调制控制将直流电压变换成变频变压的交流的逆变器以及控制逆变器输出电压的控制装置，该控制装置根据由该逆变器驱动的感应电动机的一次电流中的励磁电流分量指令和转矩电流分量指令运算得出与所述各分量对应的电压分量指令，并根据由所述电压分量指令求出的调制率（输出电压指令）来控制所述逆变器的输出电压，其特征在于，还具有： 从所述感应电动机一次电流检测转矩电流分量的手段；根据该测出的转矩电流分量值与其指令值的偏差来修正所述转矩电流分量指令的手段；根据该修正的转矩电流分量指令修正所述逆变器的输出频率的手段；用规定值以上或任意条件限定所述调制率大小的手段。

【技术特征摘要】
1.一种感应电动机的控制装置，具有通过脉冲宽度调制控制将直流电压变换成变频变压的交流的逆变器以及控制逆变器输出电压的控制装置，该控制装置根据由该逆变器驱动的感应电动机的一次电流中的励磁电流分量指令和转矩电流分量指令运算得出与所述各分量对应的电压分量指令，并根据由所述电压分量指令求出的调制率(输出电压指令)来控制所述逆变器的输出电压，其特征在于，还具有：从所述感应电动机一次电流检测转矩电流分量的手段；根据该测出的转矩电流分量值与其指令值的偏差来修正所述转矩电流分量指令的手段；根据该修正的转矩电流分量指令修正所述逆变器的输出频率的手段；用规定值以上或任意条件限定所述调制率大小的手段。2.根据权利要求1所述的感应电动机的控制装置，其特征在于，所述调制率根据测出的所述直流电压的大小进行归一化处理。3.根据权利要求1所述的感应电动机析控制装置，其特征在于，所述调制率的大小在所述规定值以上被...

【专利技术属性】
技术研发人员：安藤武，棚町德之助，丰田瑛一，仲田清，铃木优人，安田高司，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]