專利名稱：交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置及控制方法。
背景技術(shù)：
為高性能地驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，需要正確地推定流過(guò)該電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)電流。在專利文獻(xiàn)1中，從直流母線電流檢測(cè)兩相的電流信息，根據(jù)該檢測(cè)值推定電動(dòng)機(jī)電流。但是為在載波的一周期中得到兩相的電流信息，需要調(diào)整逆變器的開(kāi)關(guān)的定時(shí)。這導(dǎo)致微控制器的運(yùn)算負(fù)荷以及噪音的增加。在專利文獻(xiàn)2中，為解決上述問(wèn)題，能夠僅用一相的電流信息推定電流。可是，為進(jìn)行一次電流推定，需要在規(guī)定的期間內(nèi)計(jì)算直流母線電流的檢測(cè)值和周期函數(shù)的積的積分值。因?yàn)樵诟咚衮?qū)動(dòng)時(shí)上述期間內(nèi)的檢測(cè)次數(shù)降低，不能正確地得到積分值，所以電流推定的精度降低。另外，因?yàn)殡娏魍贫ㄋ惴ò芷诤瘮?shù)，所以產(chǎn)生運(yùn)算負(fù)荷以及運(yùn)算誤差。在專利文獻(xiàn)3中，不是根據(jù)直流母線電流而是根據(jù)U相電流(或者V相、W相)的積分值推定電流。電流推定算法不包含周期函數(shù)，簡(jiǎn)單。但是，與專利文獻(xiàn)2同樣，在高速驅(qū)動(dòng)時(shí)上述期間內(nèi)的檢測(cè)次數(shù)降低，因此推定精度降低。[專利文獻(xiàn)1]日本特許第3610897號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)2]日本特開(kāi)2007-221999號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)3]日本特開(kāi)2007-116817號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供用于實(shí)現(xiàn)運(yùn)算負(fù)荷小而且推定精度高的電流推定的交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置以及控制方法。本發(fā)明在其一方面，在規(guī)定的第一期間和第二期間之間，以恒定間隔在各個(gè)期間內(nèi)多次進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)在把在各期間內(nèi)檢測(cè)值的積分值作為元素的矢量上，乘以把在進(jìn)行檢測(cè)的瞬間的逆變器的輸出電壓相位的正弦函數(shù)和余弦函數(shù)的各期間內(nèi)的積分值作為元素的矩陣的逆矩陣，推定無(wú)效電流以及有效電流。此時(shí)，因?yàn)楦鶕?jù)進(jìn)行了檢測(cè)的定時(shí)修正逆矩陣的各分量，所以即使在檢測(cè)間隔粗的情況下電流推定的精度也不降低。在本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式中，通過(guò)在電流檢測(cè)器中使用低通濾波器，能夠抑制阻尼振蕩引起的檢測(cè)誤差。另外，在本發(fā)明的優(yōu)選的其他的實(shí)施方式中，通過(guò)調(diào)整檢測(cè)期間的長(zhǎng)度，能夠提高電流推定的精度，或者縮短電流推定的更新周期。進(jìn)而，在本發(fā)明的優(yōu)選的其他的實(shí)施方式中，通過(guò)考慮高次諧波修正上述矩陣的各分量，即使在電流中包含高次諧波分量的情況下也能夠正確地推定電流。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式，能夠用小的運(yùn)算負(fù)荷高精度地推定流過(guò)交流電動(dòng)機(jī)的無(wú)效電流以及有效電流。


圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。圖2是三相調(diào)制方式的電壓、電流波形圖。圖3是表示電壓、電流的各分量的矢量圖。圖4是表示U相電流的檢測(cè)定時(shí)的波形圖。圖5是表示三相調(diào)制方式中的PWM控制和直流母線電流檢測(cè)的關(guān)系的波形圖。圖6是本發(fā)明的第二實(shí)施方式的直流母線電流檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)圖。圖7是表示使用低通濾波器的直流母線電流的檢測(cè)的波形圖。圖8是使用三倍高次諧波的三相調(diào)制方式的電壓、電流波形圖。圖9是兩相調(diào)制方式的電壓、電流波形圖。圖10是表示兩相調(diào)制方式的PWM控制和直流母線電流檢測(cè)的關(guān)系的波形圖。圖11是在兩相調(diào)制方式中使上臂或者下臂的開(kāi)關(guān)元件的某個(gè)常開(kāi)時(shí)的電壓、電流波形圖。圖12是表示載波信號(hào)和開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通時(shí)間的關(guān)系的波形圖。圖13是本發(fā)明的第三實(shí)施方式的交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖14是本發(fā)明的第六實(shí)施方式的交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置的結(jié)構(gòu)圖。符號(hào)說(shuō)明1交流電動(dòng)機(jī)，2逆變器，3直流電源，4直流母線電流檢測(cè)器, 低通濾波器，5逆變器控制電路，5aPWM信號(hào)發(fā)生部，5b矢量控制部，5c電流推定部，5d正弦函數(shù)運(yùn)算器，5e余弦函數(shù)運(yùn)算器，5f積分器，5g積分器，5h積分器，5i開(kāi)關(guān)，5 j開(kāi)關(guān)，5k常數(shù)存儲(chǔ)部，VDC直流電壓，IDC直流母線電流，Sup、Sun、Svp、Svn、Swp、Swn開(kāi)關(guān)元件，Vu、Vv、Vw U、V、W相電壓， Vu*、Vv*、Vw* U、V、W相電壓指令，Vl電動(dòng)機(jī)輸出電壓，Il電動(dòng)機(jī)電流，Ir無(wú)效電流，Ia有效電流，θ ν電壓相位，φ電壓/電流相位差。
具體實(shí)施例方式下面參照

本發(fā)明的實(shí)施例。[實(shí)施例1]圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的交流電動(dòng)機(jī)1的控制裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。交流電動(dòng)機(jī)1輸出與三相電流Iu、Iv、Iw對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩。逆變器2具有開(kāi)關(guān)元件Sup、Sun、Svp、Svn、Swp、Swn，向交流電動(dòng)機(jī)1施加三相電壓Vu、Vv、Vw。直流電源3發(fā)生直流電壓VDC，向逆變器2供給直流電力。直流母線電流檢測(cè)器4檢測(cè)逆變器2的直流母線電流IDC。逆變器控制電路5由PWM信號(hào)發(fā)生部5a、矢量控制部5b、電流推定部5c、正弦函數(shù)運(yùn)算器5d、余弦函數(shù)運(yùn)算器k、積分器5f 5h構(gòu)成，控制開(kāi)關(guān)元件Sup、Sim、Svp, Svn、Swp、Swn的導(dǎo)通、關(guān)斷。以下詳細(xì)說(shuō)明各部分。如圖2所示，逆變器2產(chǎn)生(公式1)的三相交流電壓Vu、Vv、Vw,在交流電動(dòng)機(jī)1 上流過(guò)(公式2)的三相交流電流Iu、Iv、Iw。(公式1)
權(quán)利要求
1.一種交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其具有 直流電源；包含多個(gè)開(kāi)關(guān)元件、并把來(lái)自上述直流電源的直流電力變換為交流電力的逆變器； 對(duì)上述多個(gè)開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行PWM控制的逆變器控制電路； 由上述逆變器供電的交流電動(dòng)機(jī)；以及檢測(cè)在上述逆變器中流動(dòng)的直流母線電流的電流檢測(cè)器， 該交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置的特征在于，具有電流采樣單元，其在規(guī)定的第一期間和第二期間中的各個(gè)期間內(nèi)，以規(guī)定間隔多次從上述電流檢測(cè)器的輸出中采樣上述直流母線電流值；第一積分運(yùn)算單元，其把上述第一期間以及上述第二期間中的各個(gè)期間內(nèi)的電流采樣值，在各個(gè)期間內(nèi)積分；第二積分運(yùn)算單元，其在上述第一期間內(nèi)以及上述第二期間內(nèi)分別積分上述采樣的各瞬間的上述逆變器的輸出電壓相位的正弦函數(shù)和余弦函數(shù)；以及電流推定單元，其根據(jù)上述第一以及第二積分運(yùn)算單元的積分值，推定在上述交流電動(dòng)機(jī)中流動(dòng)的無(wú)效電流以及有效電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于，上述電流推定單元，通過(guò)在由上述第一期間以及上述第二期間中的各個(gè)期間的電流采樣值的、各個(gè)期間內(nèi)的積分值組成的矢量上，乘以由上述采樣的各瞬間的上述逆變器的輸出電壓相位的正弦函數(shù)和余弦函數(shù)的、上述第一期間內(nèi)以及上述第二期間內(nèi)的積分值組成的逆矩陣，推定在上述交流電動(dòng)機(jī)中流動(dòng)的無(wú)效電流以及有效電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于，上述第一和/或第二積分運(yùn)算單元分別在上述第一期間以及上述第二期間內(nèi)計(jì)算多個(gè)上述采樣中的總和。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任意一項(xiàng)所述的交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于， 具有為了上述PWM控制而比較載波信號(hào)和三相電壓指令值的比較單元，上述電流采樣單元在上述載波信號(hào)成為零電平的定時(shí)，采樣上述電流檢測(cè)器的輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任意一項(xiàng)所述的交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于， 具有為了上述PWM控制而比較三角波載波信號(hào)和三相電壓指令值的比較單元， 上述電流采樣單元在上述逆變器的輸出電壓的僅某一相是正的情況下，在上述三角波載波信號(hào)從正向負(fù)的方向過(guò)零的定時(shí)，在上述逆變器的輸出電壓的僅某一相是負(fù)的情況下，在上述三角波載波信號(hào)從負(fù)向正的方向過(guò)零的定時(shí)，采樣上述電流檢測(cè)器的輸出值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任意一項(xiàng)所述的交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于， 上述PWM控制是三相調(diào)制方式，作為上述PWM控制的載波信號(hào)使用三角波，在把上述逆變器的調(diào)制率作為KH，把上述PWM控制的載波周期作為Tc，把允許的推定精度誤差率作為 Δ I時(shí)， 公式13V3 KhTc ^t 二 1 KhTc 8 Iog(M) ~ f ~ 4 Iog(AZ)上述電流檢測(cè)器具有公式13的時(shí)間常數(shù)Tf的低通濾波器，在上述載波信號(hào)成為零電平的定時(shí)，上述電流采樣單元采樣上述電流檢測(cè)器的輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于， 上述PWM控制是使用三倍高次諧波成分的三相調(diào)制方式， 公式173 KHTC ^T 二 V3 KHTC 16 Iog(AZ) ~ f ~ 8 Iog(AZ)上述電流檢測(cè)器具有公式17的時(shí)間常數(shù)Tf的低通濾波器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任意一項(xiàng)所述的交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于， 上述PWM控制是兩相調(diào)制方式，在作為上述PWM控制的載波信號(hào)使用三角波的情況下，在把上述逆變器的調(diào)制率作為KH，把上述PWM控制的載波周期作為Tc，把允許的推定精度誤差率作為Δ I時(shí)， 公式22V3 KhTc ζ τ < 3 KhTc 'Iog(M)"8 Iog(AZ)上述電流檢測(cè)器具有公式22的時(shí)間常數(shù)Tf的低通濾波器，在上述載波信號(hào)成為最大或最小電平的定時(shí)，上述電流采樣單元采樣上述電流檢測(cè)器的輸出值。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8中的任意一項(xiàng)所述的交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于， 作為上述載波信號(hào)使用鋸齒波，上述電流檢測(cè)器具有公式13、公式17、公式22中的任何一個(gè)的兩倍的時(shí)間常數(shù)的低通濾波器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于， 上述第二積分運(yùn)算單元作為積分值使用預(yù)先設(shè)定的值。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中的任意一項(xiàng)所述的交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于， 具有延長(zhǎng)和/或縮短上述第一期間或上述第二期間的期間調(diào)整單元。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于，具有期間縮短單元，其縮短上述第一期間和/或上述第二期間，使得通過(guò)上述電流推定單元進(jìn)行的無(wú)效電流以及有效電流的推定頻度增加。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于，具有期間延長(zhǎng)單元，其延長(zhǎng)上述第一期間和/或上述第二期間，使得上述第一期間和/ 或上述第二期間中的電流采樣次數(shù)增加。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中的任意一項(xiàng)所述的交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于， 上述電流推定單元在上述輸出電壓相位的正弦函數(shù)以及余弦函數(shù)的積分值以外，還根據(jù)把上述輸出電壓相位的整數(shù)倍的值作為相位的正弦函數(shù)以及余弦函數(shù)的積分值，推定上述有效電流以及上述無(wú)效電流。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中的任意一項(xiàng)所述的交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于， 把上述交流電動(dòng)機(jī)作為空調(diào)、冷凍裝置中具有的風(fēng)扇或壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)應(yīng)用。
16.一種交流電動(dòng)機(jī)的控制方法，其中所述交流電動(dòng)機(jī)具有直流電源；包含多個(gè)開(kāi)關(guān)元件、并把來(lái)自上述直流電源的直流電力變換為交流電力的逆變器； 對(duì)上述多個(gè)開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行PWM控制的逆變器控制電路； 由上述逆變器供電的交流電動(dòng)機(jī)；以及檢測(cè)在上述逆變器中流動(dòng)的直流母線電流的電流檢測(cè)器， 該交流電動(dòng)機(jī)的控制方法的特征在于，具有電流采樣步驟，其在規(guī)定的第一期間和第二期間中的各個(gè)期間內(nèi)，以規(guī)定間隔多次從上述電流檢測(cè)器的輸出中采樣上述直流母線電流值；第一積分運(yùn)算步驟，其把上述第一期間以及上述第二期間中的各個(gè)期間的電流采樣值在各個(gè)期間內(nèi)積分；第二積分運(yùn)算步驟，其在上述第一期間內(nèi)以及上述第二期間內(nèi)分別積分上述采樣的各瞬間的上述逆變器的輸出電壓相位的正弦函數(shù)和余弦函數(shù)；以及電流推定步驟，其根據(jù)通過(guò)上述第一以及第二積分運(yùn)算步驟得到的積分值，推定在上述交流電動(dòng)機(jī)中流動(dòng)的無(wú)效電流以及有效電流。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的交流電動(dòng)機(jī)的控制方法，其特征在于， 上述電流推定步驟，通過(guò)在由上述第一期間以及上述第二期間中的各個(gè)期間的電流采樣值的、各個(gè)期間內(nèi)的積分值組成的矢量上，乘以由上述采樣的各瞬間的上述逆變器的輸出電壓相位的正弦函數(shù)和余弦函數(shù)的、上述第一期間內(nèi)以及上述第二期間內(nèi)的積分值組成的逆矩陣，推定在上述交流電動(dòng)機(jī)內(nèi)流動(dòng)的無(wú)效電流以及有效電流。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供實(shí)現(xiàn)運(yùn)算負(fù)荷小、而且推定精度高的電流推定的交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置。通過(guò)在規(guī)定的第一期間和第二期間，以恒定間隔在各個(gè)期間內(nèi)多次檢測(cè)直流母線電流，在把各期間中的檢測(cè)值的積分值作為元素的矢量上，乘以把進(jìn)行檢測(cè)的瞬間的逆變器的輸出電壓相位的正弦函數(shù)和余弦函數(shù)的各期間內(nèi)的積分值作為元素的矩陣的逆矩陣，推定無(wú)效電流以及有效電流。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，能夠以小的運(yùn)算負(fù)荷高精度地推定在交流電動(dòng)機(jī)中流動(dòng)的無(wú)效電流以及有效電流。
文檔編號(hào)H02P21/00GK102315815SQ20111018656
公開(kāi)日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者前田大輔, 戶張和明, 能登原保夫, 隅田悟士 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所