專利名稱：同步機(jī)的控制裝置和同步機(jī)的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及即使同步機(jī)是空轉(zhuǎn)狀態(tài)也能不使用位置傳感器就可 起動(dòng)的同步機(jī)的控制裝置和同步機(jī)的控制方法。
背景技術(shù)：
在同步機(jī)的控制裝置中，為了降低成本，使用不檢測(cè)同步機(jī)的旋 轉(zhuǎn)位置而驅(qū)動(dòng)同步機(jī)的無(wú)位置傳感器控制的機(jī)會(huì)增加。 一般的同步機(jī) 的無(wú)位置傳感器控制是根據(jù)同步機(jī)的電壓和電流，推測(cè)旋轉(zhuǎn)位置。同 步機(jī)的電壓是能使用電壓檢測(cè)器檢測(cè)，而同步機(jī)常常與電力轉(zhuǎn)換單元 (逆變器)直接連接，可以認(rèn)為同步機(jī)的電壓等于電力轉(zhuǎn)換單元的輸 出電壓。因此，電力轉(zhuǎn)換單元的輸出電壓值能視為是指令值時(shí)，就把 向電力轉(zhuǎn)換單元的輸出電壓指令值置換為同步機(jī)的電壓，進(jìn)行同步機(jī) 的旋轉(zhuǎn)位置的推測(cè)。因此，不需要用于檢測(cè)端子電壓的電壓檢測(cè)器， 必要的檢測(cè)量只是同步機(jī)的電樞電流。
然而，在電力轉(zhuǎn)換單元停止時(shí)，即電力轉(zhuǎn)換單元的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元 件全部為斷開(kāi)時(shí)，不存在對(duì)于同步機(jī)的電壓指令，所以完全無(wú)法取得 關(guān)于旋轉(zhuǎn)位置的信息。因此，在電力轉(zhuǎn)換單元停止、同步機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)， 無(wú)法知道旋轉(zhuǎn)位置，所以經(jīng)由電力轉(zhuǎn)換單元的同步機(jī)再起動(dòng)變?yōu)椴豢?能。因此，為了進(jìn)行在電力轉(zhuǎn)換單元停止、同步機(jī)空轉(zhuǎn)的狀態(tài)下的無(wú) 位置傳感器控制下的起動(dòng)，例如瞬間停止再起動(dòng)或從由于外部風(fēng)而風(fēng) 機(jī)空轉(zhuǎn)的狀態(tài)開(kāi)始的起動(dòng)，而例如必須等到風(fēng)停止、同步機(jī)的旋轉(zhuǎn)停 止，極其不便。
為了解決該問(wèn)題，專利文獻(xiàn)l中記栽的以往的同步機(jī)的控制裝置 檢測(cè)同步機(jī)的電壓，生成與該電壓相同相位的電壓，向同步機(jī)施加， 從而沒(méi)有位置傳感器的情況下進(jìn)行同步機(jī)的起動(dòng)。
此外，專利文獻(xiàn)2中記載的以往的同步機(jī)的控制裝置在同步機(jī)空 轉(zhuǎn)時(shí)，使電力轉(zhuǎn)換單元的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件中的至少一個(gè)導(dǎo)通，使旋轉(zhuǎn) 機(jī)的線圏短路，測(cè)定這時(shí)由于同步機(jī)的空轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的線圏電流，根據(jù) 該線圏電流，推測(cè)同步機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置，再起動(dòng)同步機(jī)。，在從(第二時(shí)刻t2)到(第三時(shí)刻 t3)的期間，相位運(yùn)算器34內(nèi)部的開(kāi)關(guān)46輸出的co也與50[rad/s] 一致。PWM調(diào)制器36對(duì)所述三相電壓指令vu、 vv*、 vw力分別進(jìn)行 PWM調(diào)制，作為用于電力轉(zhuǎn)換單元2的各相選擇Hi或Low的邏輯 信號(hào)而輸出。開(kāi)關(guān)38選擇PWM調(diào)制器36的輸出，向電力轉(zhuǎn)換單元 2輸出。
所述"最大電流振幅"的大小比給定值還小時(shí)，所述遮斷信號(hào)是斷 開(kāi)，所以電力轉(zhuǎn)換單元2根據(jù)所述PWM調(diào)制器36的輸出，對(duì)同步 機(jī)1施加與所述三相電壓指令vu*、 vv*、 vw六一致的電壓。這里，d軸電流指令1(1*和9軸電流指令19*是0，電流控制器33控制為d軸 電流id與d軸電流指令i^ (=0) —致，所以同步機(jī)1的d軸電流id 是0，此外，電流控制器33控制為q軸電流iq與q軸電流指令iqA (=0)—致，所以同步機(jī)l的q軸電流iq也變?yōu)?，所以同步機(jī)l不 產(chǎn)生扭矩，據(jù)此，空轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)速度也不變化。
(第三時(shí)刻t3)以后的期間相位運(yùn)算器34內(nèi)部的積分器45 如果是時(shí)刻t為第三時(shí)刻t3以前，就保持所述ol作為積分值，如果 時(shí)刻t為第三時(shí)刻t3以后，就輸出對(duì)增益運(yùn)算器44的輸出進(jìn)行積分 后的結(jié)果作為角頻率w2。所述運(yùn)算器44使減法器43的輸出成為1/T0 倍后的結(jié)果向所述積分器45輸出。開(kāi)關(guān)46如果從定時(shí)器31取得的 時(shí)刻t為第三時(shí)刻t3以后，就輸出從積分器45取得的角頻率co2。在 圖4的例子中，目標(biāo)的角頻率(0*為10[rad/s，T0設(shè)定為2[秒，角頻 率w按時(shí)間常數(shù)T0 ( =2 )秒從時(shí)刻t3的50[rad/s向co* ( =10rad/s) 變化。在圖4中，電流指令發(fā)生器32在時(shí)刻t為第三時(shí)刻t3以后時(shí)， 使q軸電流指令iqA保持0的同時(shí)把d軸電流指令idMt為給定值 (3[A)而輸出。在角頻率o從時(shí)刻t3的50[rad/s向co*( =10[rad/sl) 變化時(shí)，對(duì)于同步機(jī)l的磁通相位使d-q軸的d軸偏移。這時(shí)，按d 軸電流的軸偏移量而同步機(jī)1的磁通量與d軸一致地在該方向產(chǎn)生扭 矩，結(jié)果，同步機(jī)1的旋轉(zhuǎn)速度也從時(shí)刻t3的50[rad/s]向co* (=10[rad/s)變化。
通過(guò)這樣的動(dòng)作，同步機(jī)1能從空轉(zhuǎn)狀態(tài)(=50[rad/s)起動(dòng)為 以給定的旋轉(zhuǎn)速度(0* (=10[rad/s)旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例l的結(jié)構(gòu)，即使同步機(jī)是空轉(zhuǎn)狀態(tài)，所 述電壓指令運(yùn)算單元6也根據(jù)從所述電流檢測(cè)單元3取得的電流，輸 出使所述同步機(jī)l的電流成為0的電壓指令，驅(qū)動(dòng)所述電力轉(zhuǎn)換單元， 所以不會(huì)變?yōu)檫^(guò)電流，具有能可靠地起動(dòng)同步機(jī)的效果。
此外，在從第二時(shí)刻到第三時(shí)刻的期間，以電流成為0的方式輸 出電壓指令，根據(jù)該電壓指令運(yùn)算同步機(jī)l的相位，所以存在與以往 的從短路電流推測(cè)旋轉(zhuǎn)位置的裝置相比，在相位運(yùn)算上能花費(fèi)更長(zhǎng)的時(shí)間，充分確保采樣次數(shù)，從而通過(guò)利用除去電流檢測(cè)引起的噪聲的濾波器，能提高對(duì)電流檢測(cè)噪聲的耐力的效果。
此外，同步機(jī)l是空轉(zhuǎn)狀態(tài)，所述遮斷信號(hào)發(fā)生單元5在從所述電流振幅存儲(chǔ)單元4取得的電流振幅最大值比給定值還大時(shí)，在所述 第二時(shí)刻以后也在給定時(shí)間內(nèi)使遮斷信號(hào)為導(dǎo)通，所以具有防止電力 轉(zhuǎn)換單元成為過(guò)電流或過(guò)電壓的效果。
實(shí)施例2
在所述的實(shí)施例1中，電壓指令運(yùn)算單元6內(nèi)部的相位運(yùn)算器34在第二時(shí)刻t2到第三時(shí)刻t3的期間，根據(jù)同步機(jī)l的電流成為0的電壓指令，輸出同步機(jī)l的磁通相位和d-q軸的d軸一致的相位θ。
該相位運(yùn)算器在從第二時(shí)刻t2到第三時(shí)刻t3的期間，根據(jù)流過(guò)同步機(jī)l的電流、電流成為0的電壓指令，輸出同步機(jī)l的磁通相位和d-q軸的d軸一致的相位θ。在本實(shí)施例2中，說(shuō)明該形態(tài)。
圖5是表示包含本發(fā)明的實(shí)施例2的同步機(jī)的控制裝置的整體結(jié)構(gòu)的框圖，與

圖1不同的是相位運(yùn)算器34置換為相位運(yùn)算器34a。相位運(yùn)算器34a根據(jù)d軸電流id、q軸電流iq、d軸電壓指令vd*、q 軸電壓指令vqA和從定時(shí)器31取得的時(shí)刻，輸出相位θ。其他結(jié)構(gòu)與 實(shí)施例1的圖1相同，省略其說(shuō)明。
圖6是表示相位運(yùn)算器34a的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的框圖。增益運(yùn)算器50 在d軸電流id上乘以電樞電阻R，增益運(yùn)算器51在q軸電流iq上乘以電樞電阻R。減法器52從d軸電壓指令vd*減去增益運(yùn)算器50的輸出，把該值向一次延遲運(yùn)算器40輸出。減法器53從q軸電壓指令 vqA減去增益運(yùn)算器51的輸出，把該值向除法器41輸出。
在同步機(jī)1的磁通相位和d-q軸的d軸一致時(shí)，表達(dá)式U)、(5)成立。在所述的實(shí)施例1中，在同步機(jī)1的電流成為0的狀態(tài) 下，id=iq=0成立，所以根據(jù)把該關(guān)系代入表達(dá)式(4) 、(5)后的表達(dá)式(6) 、(7)，構(gòu)成相位運(yùn)算器34。
圖6所示的相位運(yùn)算器34a為了即使在過(guò)渡性地id=iq=0不成立時(shí)也能運(yùn)算正確的相位θ，不是表達(dá)式(6)、(7)，而是根據(jù)表達(dá)式U)、 (5),進(jìn)行相位e的運(yùn)算。即，代替表達(dá)式(4) 、 (5) 的電壓vd、 vq，用電壓指令vd、 V9*提供，代替表達(dá)式(4)的積分 器，用一次延遲運(yùn)算器40進(jìn)行一次延遲運(yùn)算，用除法器41進(jìn)行表達(dá) 式(5)的除法，把角頻率份的運(yùn)算結(jié)果作為wl而取得。
根據(jù)以上的結(jié)構(gòu)，相位運(yùn)算器34a根據(jù)同步機(jī)1的電流成為θ
的電壓指令和檢測(cè)電流，輸出相位e，所以具有即使由于電流控制器
33的控制延遲等而過(guò)渡性地id-iq-O不成立時(shí)，在從第二時(shí)刻到第三 時(shí)刻的期間，使同步機(jī)l的磁通相位和d-q軸的d軸一致的效果，結(jié) 果，具有能更可靠地起動(dòng)同步機(jī)的控制裝置的效果。
實(shí)施例3
在所述的實(shí)施例1中，電流振幅存儲(chǔ)單元4關(guān)于從電流檢測(cè)單元 3取得的電流振幅，存儲(chǔ)在從起動(dòng)時(shí)刻到第一時(shí)刻的期間各相電流值 的成為最大的值作為電流振幅最大值。
然而，通過(guò)把電流振幅存儲(chǔ)單元4置換為電流振幅存儲(chǔ)單元4b， 存儲(chǔ)在從起動(dòng)時(shí)刻到第 一時(shí)刻的期間的相電流有效值的最大值作為 電流振幅最大值，并輸出。在本實(shí)施例3中，說(shuō)明該形態(tài)。
圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施例3的電流振幅存儲(chǔ)單元4b的內(nèi)部結(jié) 構(gòu)的圖，通過(guò)平方值運(yùn)算器60分別運(yùn)算U相電流iu的平方、V相電 流iv的平方、W相電流iw的平方，由加法器61相加，由l/2次方運(yùn) 算器62求1/2次方，與相電流有效值成比例的值向增益運(yùn)算器63輸 出。在增益運(yùn)算器63乘以給定的系數(shù)，輸出相電流有效值。具體而 言，增益運(yùn)算器63利用1/2次方運(yùn)算器求加法器61的輸出的1/2次 方，使該1/2次方運(yùn)算器的輸出成為lW3倍。向最大值運(yùn)算器12b輸 入相電流有效值代替最大值運(yùn)算器12的各相電流絕對(duì)值。其他結(jié)構(gòu) 與實(shí)施例l的圖l相同，省略其說(shuō)明。
通過(guò)這一系列的動(dòng)作，電流振幅存儲(chǔ)單元4b保持從(起動(dòng)時(shí)刻) 到(第一時(shí)刻)的期間中的相電流有效值的最大值作為"最大電流振 幅，，，能把該結(jié)果在(第一時(shí)刻)以后的期間輸出。同步機(jī)1為空轉(zhuǎn) 狀態(tài)時(shí)，如果把所述實(shí)施例的各相電流的最大值保持為"最大電流振
幅"，則即使是相同的旋轉(zhuǎn)速度，根據(jù)旋轉(zhuǎn)位置有時(shí)該值也不同，但
是根據(jù)本實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)，具有同步機(jī)1空轉(zhuǎn)時(shí)的旋轉(zhuǎn)速度和"最大 電流振幅"的關(guān)系不依存于旋轉(zhuǎn)位置，唯一地被確定，遮斷信號(hào)發(fā)生 單元5能更正確地判斷只在比給定速度還小時(shí)同步機(jī)的電流成為0的 電壓指令輸出的效果。
實(shí)施例4
在所述的實(shí)施例1中，在遮斷信號(hào)發(fā)生單元5輸出的遮斷信號(hào)為 斷開(kāi)時(shí)，根據(jù)電壓指令運(yùn)算單元6輸出的三相電壓指令vu0、 vvO*、 vwO*，對(duì)同步機(jī)l施加電壓，使這時(shí)的角頻率成為(0*，從而對(duì)于同 步機(jī)l的磁通相位使d-q軸的d軸偏移。這時(shí)，以按d軸電流的軸偏 移量而同步機(jī)1的磁通量與d軸一致地在該方向產(chǎn)生扭矩從而同步機(jī)1的旋轉(zhuǎn)速度也保持在(0*的方式進(jìn)行控制。
然而，同步機(jī)1的旋轉(zhuǎn)速度保持在(0*后，利用眾所周知的無(wú)位 置傳感器控制手法，對(duì)于同步機(jī)l進(jìn)行穩(wěn)定性或響應(yīng)性高的控制。在 實(shí)施例4中，說(shuō)明該形態(tài)。
圖8是表示本發(fā)明的實(shí)施例4的同步機(jī)的控制裝置的框圖，速度 指令發(fā)生器70按定時(shí)器31輸出的時(shí)刻，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)速度指令。無(wú)傳感 器控制器71根據(jù)從電流檢測(cè)單元3取得的相電流iu、 iv和從速度指 令發(fā)生器70取得的旋轉(zhuǎn)速度指令，輸出同步機(jī)1的旋轉(zhuǎn)速度與所述 旋轉(zhuǎn)速度指令一致的三相電壓指令。無(wú)傳感器控制器71能用特愿 2001-518922號(hào)公報(bào)或特愿2002-565151號(hào)公才艮等中記載的眾所周知 的手法構(gòu)成。與這樣的控制相比，即按d軸電流的軸偏移量而同步機(jī) 1的磁通量與d軸一致地在該方向產(chǎn)生扭矩從而把同步機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度 保持在(0*上這樣的控制，在這些手法中能進(jìn)行穩(wěn)定性或響應(yīng)性高的 控制。開(kāi)關(guān)72按定時(shí)器31輸出的時(shí)刻，作為三相電壓指令vu*、 vv*、 vw*，選擇從所述坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器35取得的三相電壓指令或從無(wú)傳感器控 制器71取得的三相電壓指令中的任意一個(gè)，對(duì)PWM調(diào)制器36輸出。 具體而言，在作為第三時(shí)刻t3以后的給定時(shí)刻而定義第四時(shí)刻t4時(shí)， 開(kāi)關(guān)72在定時(shí)器31輸出的時(shí)刻t為第四時(shí)刻t4以前時(shí)，選擇從所述坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器35取得的三相電壓指令，作為三相電壓指令vu、 vv*、 ，*對(duì)PWM調(diào)制器36輸出，定時(shí)器31輸出的時(shí)刻t為第四時(shí)刻t4 以后時(shí)，選擇從無(wú)傳感器控制器71取得的三相電壓指令，作為三相 電壓指令vu、 vv*、 vv^對(duì)PWM調(diào)制器36輸出。
再者，作為本實(shí)施例的速度指令發(fā)生器70示出按定時(shí)器31輸出 的時(shí)刻產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)速度指令的單元，但是也可以是根據(jù)設(shè)定溫度或外部 氣溫等時(shí)刻以外的要素而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)速度指令的單元。
根據(jù)以上的結(jié)構(gòu)，第四時(shí)刻t4以后，對(duì)于同步機(jī)l利用利用眾 所周知的無(wú)位置傳感器控制手法，所以具有能進(jìn)行穩(wěn)定性或響應(yīng)性高 的控制的效果。
實(shí)施例5
所述電力轉(zhuǎn)換單元2也可使用如下構(gòu)成的電力轉(zhuǎn)換單元，即，如 特開(kāi)平5-137349號(hào)公報(bào)中眾所周知的那樣，具有對(duì)于直流電源橋狀 地連接MOSFET、 IGBT等具有絕緣柵極輸入的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件并且 驅(qū)動(dòng)所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)電路、連接在所述直流電源的負(fù)極一側(cè)的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)把成為連接在所述直流電源的正 極一側(cè)的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)電路的電源的電容器充電的充電泵 電路。
圖9是表示電力轉(zhuǎn)換單元2d的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖。在圖9中，電力 轉(zhuǎn)換單元2d把直流電源90的直流電壓電力轉(zhuǎn)換為U相、V相、W相 的交流電壓。直流電源91成為對(duì)于直流電源90連接為橋狀的半導(dǎo)體 開(kāi)關(guān)元件92 97中的連接在負(fù)極一側(cè)的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件93、 95、 97 的驅(qū)動(dòng)電路的電源。此外，連接在直流電源90的正極一側(cè)的半導(dǎo)體 開(kāi)關(guān)元件92、 94、 96的驅(qū)動(dòng)電路的電源分別4吏用電容器98、 99、 100。 U相充電泵電路由直流電源91、 二極管101、電容器98、半導(dǎo)體開(kāi)關(guān) 元件93構(gòu)成。同樣，V相充電泵電路由直流電源91、 二極管102、 電容器99、半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件95構(gòu)成，W相充電泵電路由直流電源91、 二極管103、電容器100、半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件97構(gòu)成。NOR電路104 在邏輯信號(hào)即遮斷信號(hào)為斷開(kāi)(Low)并且邏輯信號(hào)即三相電壓指令vu0*為L(zhǎng)ow時(shí)，輸出Hi,此以外的情況下，輸出Low。同樣，NOR 電路105在邏輯信號(hào)即遮斷信號(hào)為斷開(kāi)(Low)并且邏輯信號(hào)即三相 電壓指令vv0*為L(zhǎng)ow時(shí)，輸出Hi,此以外的情況下，輸出Low, NOR 電路106在邏輯信號(hào)即遮斷信號(hào)為斷開(kāi)(Low)并且邏輯信號(hào)即三相 電壓指令vw(^為L(zhǎng)ow時(shí)，輸出Hi,此以外的情況下，輸出Low。 AND電路107在在邏輯信號(hào)即遮斷信號(hào)為斷開(kāi)(Low )并且邏輯信號(hào) 即三相電壓指令vu0*為Hi時(shí)，輸出Hi,此以外的情況下，輸出Low. AND電路108在在邏輯信號(hào)即遮斷信號(hào)為斷開(kāi)(Low )并且邏輯信號(hào) 即三相電壓指令矽0*為Hi時(shí)，輸出Hi,此以外的情況下，輸出Low, AND電路109在在邏輯信號(hào)即遮斷信號(hào)為斷開(kāi)(Low )并且邏輯信號(hào) 即三相電壓指令vw0*為Hi時(shí)，輸出Hi,此以外的情況下，輸出Low。 根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在遮斷信號(hào)為導(dǎo)通(Hi)時(shí)，對(duì)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件92 97 輸入的邏輯信號(hào)全部變?yōu)閿嚅_(kāi)。半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件92 97在輸入的邏輯 信號(hào)為Hi時(shí)導(dǎo)通，在Low時(shí)進(jìn)行斷開(kāi)的動(dòng)作。U相充電泵電路在半 導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件93導(dǎo)通時(shí)能從直流電源91把電容器98充電。同樣，V 相充電泵電路在半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件95導(dǎo)通時(shí)能從直流電源91把電容器 99充電，W相充電泵電路在半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件97導(dǎo)通時(shí)能從直流電源 91把電容器100充電。如果使用該結(jié)構(gòu)，就能用電容器實(shí)現(xiàn)連接在直 流電源的正極一側(cè)的開(kāi)關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)電路的電源，所以具有能使電力 轉(zhuǎn)換單元的成本變?yōu)榱畠r(jià)的效果。
這里，如果所述電壓運(yùn)算單元在從起動(dòng)時(shí)刻到第一時(shí)刻的期間， 輸出至少一次使連接在直流電源卯的負(fù)極一側(cè)的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件93、 95、 97導(dǎo)通短路的電壓命令vu0*、 vv0*、 vw0*，充電泵電路的電容 器98、 99、 100就充電，在波形輸出開(kāi)始時(shí)，無(wú)論先提供下臂(半導(dǎo) 體開(kāi)關(guān)元件93、 95、 97)或上臂(半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件92、 94、 96)的 哪個(gè)的導(dǎo)通信號(hào)，按照所提供的電壓指令，電力轉(zhuǎn)換單元2d動(dòng)作， 能使半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通/斷開(kāi)，取得在第二時(shí)刻t2以后還能輸出沒(méi) 有紊亂的電壓波形的效果。特別在半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件93、 95、 97同時(shí) 導(dǎo)通時(shí)，同步機(jī)l的U相-V相-W相之間短路，并且能把充電泵電路
的電容器98、 99、 100充電。如所述的實(shí)施例所述，如果電壓運(yùn)算單 元在從起動(dòng)時(shí)刻到第 一時(shí)刻的期間，輸出至少 一次使半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件 93、 95、 97同時(shí)導(dǎo)通的電壓指令，則進(jìn)行使同步機(jī)l短路的動(dòng)作的同 時(shí)兼作把充電泵電路的電容器98、 99、 100充電的動(dòng)作，所以能更高 效地起動(dòng)。
這樣構(gòu)成的電力轉(zhuǎn)換單元2d應(yīng)用在所述實(shí)施例4中時(shí)的流程圖 是圖10。再者，在實(shí)施例5中，把圖8的電力轉(zhuǎn)換器2置換為所述電 力轉(zhuǎn)換器2d。此外，在該結(jié)構(gòu)中，通過(guò)微機(jī)也能實(shí)現(xiàn)電壓指令運(yùn)算單 元6的各功能，這時(shí)，未圖示的CPU把在未圖示的ROM內(nèi)搭栽的 與各功能對(duì)應(yīng)的軟件讀出到未圖示的存儲(chǔ)器上，并個(gè)別地執(zhí)行，從而 在給定的定時(shí)能實(shí)現(xiàn)各功能。下面，參照?qǐng)D7和圖8，說(shuō)明實(shí)施例5。 圖10從同步機(jī)1空轉(zhuǎn)的狀態(tài)(S101)開(kāi)始說(shuō)明。從起動(dòng)時(shí)刻，起動(dòng) 開(kāi)始(S102)。遮斷信號(hào)發(fā)生單元5使遮斷信號(hào)斷開(kāi)，電壓指令運(yùn)算 單元6c把短路向量發(fā)生器37的輸出作為電壓指令而輸出，電力轉(zhuǎn)換 單元2d解除遮斷狀態(tài)，把連接在直流電源的負(fù)極一側(cè)的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān) 元件導(dǎo)通短路(S103 )。通過(guò)S103的動(dòng)作，能充電電力轉(zhuǎn)換單元2d 的充電泵電路的電容器(S104)。這時(shí)，電流振幅存儲(chǔ)單元4b從由 電流檢測(cè)單元3取得的檢測(cè)電流運(yùn)算相電流有效值，保持電流振幅最 大值(S105 )。
在時(shí)刻t未到達(dá)第一時(shí)刻tl的時(shí)候(S106)，遮斷信號(hào)發(fā)生單 元5使遮斷信號(hào)在給定時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通，使電力轉(zhuǎn)換單元2d成為遮斷狀 態(tài)，從而使同步機(jī)l中產(chǎn)生的短路電流為0 (S107)，然后，電力轉(zhuǎn) 換單元2d解除遮斷狀態(tài)，重復(fù)短路的動(dòng)作(S103)。
在時(shí)刻t到達(dá)第一時(shí)刻tl的時(shí)候(S106)，遮斷信號(hào)發(fā)生單元5 使遮斷信號(hào)導(dǎo)通，使電力轉(zhuǎn)換單元2d變?yōu)檎跀酄顟B(tài)。在電流振幅存 儲(chǔ)單元4b所保持的電流振幅最大值比給定值還大時(shí)(S109)，為了 從電力轉(zhuǎn)換單元2d的過(guò)電流或過(guò)電壓保護(hù)，中止起動(dòng)處理(S110)。 在變?yōu)槠饎?dòng)處理狀態(tài)后經(jīng)過(guò)了給定時(shí)間時(shí)，從S102的處理開(kāi)始動(dòng)作。
電流振幅存儲(chǔ)單元4b所保持的電流振幅最大值比給定值還小時(shí)(S109),如果時(shí)刻t到達(dá)第二時(shí)刻t2 (Sill),使遮斷信號(hào)發(fā)生單 元5的遮斷信號(hào)斷開(kāi)(S112)。如果使遮斷信號(hào)斷開(kāi)，電力轉(zhuǎn)換單元 就產(chǎn)生初始值電壓直到電壓指令運(yùn)算單元6c輸出的電壓指令更新。 該初始值電壓可以為0，如果對(duì)于最大感應(yīng)電壓是足夠小的范圍，就 可以是給定的值.例如同步機(jī)1的最大感應(yīng)電壓是200V時(shí)，作為各 相的初始值電壓的選擇方法，可以在-2—2V的范圍中選擇。而且，電 流檢測(cè)單元3檢測(cè)到電流(S113)，電壓指令運(yùn)算單元6c以該電流 變?yōu)?的方式輸出電壓指令(S114)，并且相位運(yùn)算器34運(yùn)算同步 機(jī)1的磁通相位和d-q軸的d軸一致的相位e ( S115 )。在時(shí)刻t未 到達(dá)第三時(shí)刻t3時(shí)(S116),電壓指令運(yùn)算單元6c以電流變?yōu)?的方式輸出電壓指令，并且運(yùn)算所述相位e。
時(shí)刻t到達(dá)第三時(shí)刻t3時(shí)(S116)，電流指令發(fā)生器32把q軸 電流指令iqA保持在O的同時(shí)，把d軸電流指令i^從0變更為給定值 (S117)，如果按時(shí)間常數(shù)T0使相位運(yùn)算器34內(nèi)部的開(kāi)關(guān)46所輸 出的角頻率(0變?yōu)轭A(yù)先設(shè)定的角頻率(S118)，則空轉(zhuǎn)的同步機(jī) l的轉(zhuǎn)速也與此同步，以角頻率(0*旋轉(zhuǎn)。如果時(shí)刻t到達(dá)第三時(shí)刻t4 (S119)，電壓指令運(yùn)算單元6c就輸出無(wú)傳感器控制器71運(yùn)算的三 相電壓指令(S120)。
如這一系列的動(dòng)作所示，具有在從起動(dòng)時(shí)刻到第一時(shí)刻的期間把 成為最大的值作為電流振幅最大值而存儲(chǔ)的電流振幅存儲(chǔ)單元，在從 所述電流振幅存儲(chǔ)單元取得的電流振幅最大值比給定值還大時(shí)，所述 遮斷信號(hào)發(fā)生單元在所述第二時(shí)刻以后給定期間內(nèi)也使遮斷信號(hào)為 導(dǎo)通，從而通過(guò)從起動(dòng)時(shí)刻到第一時(shí)刻的短路動(dòng)作而能同時(shí)進(jìn)行"充 電泵電路的電容器充電"和"同步機(jī)為空轉(zhuǎn)狀態(tài)，是否比給定速度還大 的判斷"，所以與分別進(jìn)行用于"充電泵電路的電容器充電"的短路和 "同步機(jī)為空轉(zhuǎn)狀態(tài)，是否比給定速度還大的判斷"的短路的情形相 比，具有更能縮短起動(dòng)處理時(shí)間的效果。
此外，如果使用電力轉(zhuǎn)換單元4d的結(jié)構(gòu)，用電容器就能實(shí)現(xiàn)連 接在直流電源的正極一側(cè)的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)電路的電源，所以具有能使電力轉(zhuǎn)換單元的成本為廉價(jià)的效果。
此外，所述電源運(yùn)算單元6c輸出在從起動(dòng)時(shí)刻到第一時(shí)刻的期 間，至少l次使連接在直流電源的負(fù)極一側(cè)的多個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件導(dǎo) 通短路的電壓指令，從而依次把充電泵電路的電容器充電，在開(kāi)始時(shí) 刻t2以后的波形輸出時(shí)，無(wú)論先提供下臂或上臂的哪個(gè)導(dǎo)通信號(hào)，都 按照提供的電壓指令使電力轉(zhuǎn)換單元2工作，能使半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件導(dǎo) 通/斷開(kāi)，具有在第二時(shí)刻t2以后還能輸出沒(méi)有紊亂的電壓波形的效 果。
權(quán)利要求
1.一種同步機(jī)的控制裝置，其特征在于包括對(duì)同步機(jī)施加電壓的電力轉(zhuǎn)換單元；檢測(cè)所述同步機(jī)的電流的電流檢測(cè)單元；以及在由該電流檢測(cè)單元檢測(cè)出的所述同步機(jī)的電流的在給定時(shí)間內(nèi)的振幅最大值比預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)值小時(shí)，以輸出使從所述電流檢測(cè)單元取得的所述同步機(jī)的電流成為零的電壓指令以起動(dòng)所述同步機(jī)的方式控制所述電力轉(zhuǎn)換單元的電壓指令運(yùn)算單元。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的同步機(jī)的控制裝置，其特征在于 所述電壓指令運(yùn)算單元根據(jù)使所述同步機(jī)的電流成為零的電壓指令，運(yùn)算所述同步機(jī)的相位。
3. —種同步機(jī)的控制裝置，其特征在于包括 檢測(cè)同步機(jī)的電流的電流檢測(cè)單元；存儲(chǔ)從該電流檢測(cè)單元取得的所述同步機(jī)的電流的振幅成為最 大的值作為電流振幅最大值的電流振幅存儲(chǔ)單元；輸出要施加在所述同步機(jī)上的電壓指令的電壓指令運(yùn)算單元；以及輸出遮斷信號(hào)的遮斷信號(hào)發(fā)生單元，該遮斷信號(hào)用于遮斷向所述 同步機(jī)的電壓的施加；在使所述遮斷信號(hào)導(dǎo)通時(shí)，遮斷向所述同步機(jī)的電壓的施加，在 使所述遮斷信號(hào)斷開(kāi)時(shí)，根據(jù)所述電壓指令向所述同步機(jī)施加電壓的 電力轉(zhuǎn)換單元；所述遮斷信號(hào)發(fā)生單元在從起動(dòng)時(shí)刻到第 一時(shí)刻的期間，使遮斷 信號(hào)斷開(kāi)；在從第一時(shí)刻到第二時(shí)刻的期間使遮斷信號(hào)導(dǎo)通，并且把從所迷 電流振幅存儲(chǔ)單元取得的電流振幅最大值與預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)值比較， 在所述電流振幅最大值比所述基準(zhǔn)值小時(shí)，在從所述第二時(shí)刻到第三時(shí)刻的期間使遮斷信號(hào)斷開(kāi)；所述電壓指令運(yùn)算單元在從所述起動(dòng)時(shí)刻到笫 一時(shí)刻的期間，根 據(jù)來(lái)自所述遮斷信號(hào)發(fā)生單元的遮斷信號(hào)，至少輸出 一次使所述同步 機(jī)的至少l相短路的電壓指令以控制所述電力轉(zhuǎn)換單元，把所述電流振幅最大值存儲(chǔ)在所述電流振幅存儲(chǔ)單元中；在從所述第二時(shí)刻到所述第三時(shí)刻的期間，使來(lái)自所述遮斷信號(hào) 發(fā)生單元的遮斷信號(hào)斷開(kāi)時(shí)，以輸出從所述電流檢測(cè)單元取得的所述同步機(jī)的電流成為零的電壓指令以起動(dòng)所述同步機(jī)的方式控制所述 電力轉(zhuǎn)換單元。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的同步機(jī)的控制裝置，其特征在于 所述電壓指令運(yùn)算單元根據(jù)在從所述第二時(shí)刻到所述第三時(shí)刻的期間使所輸出的電流成為零的電壓指令，運(yùn)算所述同步機(jī)的相位。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的同步機(jī)的控制裝置，其特征在于 所述電壓指令運(yùn)算單元具有輸出使至少l相短路的電壓指令的短路向量發(fā)生器； 在從所述起動(dòng)時(shí)刻到所述第 一時(shí)刻的期間，選擇所述短路向量發(fā)生器的輸出，向所述電力轉(zhuǎn)換單元輸出的切換開(kāi)關(guān)；把所述電流檢測(cè)單元的檢測(cè)結(jié)果轉(zhuǎn)換到與所述同步機(jī)的電樞的旋轉(zhuǎn)同步地旋轉(zhuǎn)的d-q軸坐標(biāo)上，輸出d軸電流和q軸電流的第一坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器；在從所述起動(dòng)時(shí)刻到所述第三時(shí)刻的期間，作為所述d-q軸坐標(biāo) 系上的d軸電流指令和q軸電流指令，輸出零電流的電流指令發(fā)生器；輸出與從該電流指令發(fā)生器的輸出一致地控制來(lái)自所述第一坐 標(biāo)轉(zhuǎn)換器的輸出的所述d-q軸坐標(biāo)上的d軸電壓指令和q軸電壓指令 的電流控制器；根據(jù)從該電流控制器的輸出，運(yùn)算使所述同步機(jī)的磁通相位與所 述d-q軸坐標(biāo)上的d軸一致的旋轉(zhuǎn)相位的相位運(yùn)算器；根據(jù)該相位運(yùn)算器的輸出和所述電流控制器的輸出，輸出三相電 壓指令的第二坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器；以及根據(jù)該第二坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器的輸出，進(jìn)行PWM調(diào)制的PWM調(diào)制器；所述切換開(kāi)關(guān)在從所述第二時(shí)刻到所述第三時(shí)刻的期間，選擇所述PWM調(diào)制器的輸出，向所述電力轉(zhuǎn)換單元輸出。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的同步機(jī)的控制裝置，其特征在于 所述相位運(yùn)算器具有在從所述第二時(shí)刻到所述第三時(shí)刻的期間，對(duì)從所述電流控制器 輸出的d軸電壓指令進(jìn)行一次延遲運(yùn)算，輸出d軸磁通量的一次延遲 運(yùn)算器；在從所述第二時(shí)刻到所述第三時(shí)刻的期間，把所述一次延遲運(yùn)算 器的輸出用從所述電流控制器輸出的q軸電壓指令來(lái)除，輸出第一角 頻率的除法器；在從所述第二時(shí)刻到所述第三時(shí)刻的期間，選擇從所述除法器輸出的第一角頻率的選擇開(kāi)關(guān)；對(duì)該選擇開(kāi)關(guān)的輸出進(jìn)行積分，輸出相位的第一積分器；存儲(chǔ)從所述除法器輸出的第一角頻率的第二積分器；在所述第三時(shí)刻以后的給定期間中，輸出預(yù)先設(shè)定的角頻率的信號(hào)發(fā)生器；在所述第三時(shí)刻以后的給定期間中，輸出所述信號(hào)發(fā)生器的輸出 和所述第二積分器所存儲(chǔ)的第一角頻率的偏差的一次延遲運(yùn)算用減 法器；以及在所述第三時(shí)刻以后的給定期間中，在所述一次延遲運(yùn)算用減法器的輸出上乘以給定的時(shí)間常數(shù)的增益運(yùn)算器；所述第二積分器在所述第三時(shí)刻以后的給定期間中，代替輸出所述第一角頻率，對(duì)所述增益運(yùn)算器的乘法結(jié)果進(jìn)行積分，輸出積分結(jié) 果作為第二角頻率；所述選擇開(kāi)關(guān)在所述第三時(shí)刻以后的給定期間中，選擇從所述第 二積分器輸出的第二角頻率。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的同步機(jī)的控制裝置，其特征在于具有 在從所述第一坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器輸出的d軸電流上乘以所述電樞的電阻值的第一乘法電路；在從所述第一坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器輸出的q軸電流上乘以所述電樞的電 阻值的第二乘法電路；輸出從所述電流控制器輸出的d軸電壓指令和所述第一乘法電路的乘法結(jié)果的偏差的第一減法單元；以及輸出從所述電流控制器輸出的q軸電壓指令和所述第二乘法電 路的乘法結(jié)果的偏差的第二減法單元；所述一次延遲運(yùn)算器代替在從所述第二時(shí)刻到所述第三時(shí)刻的 期間對(duì)從所述電流控制器輸出的d軸電壓指令進(jìn)行一次延遲運(yùn)算并輸 出d軸磁通量，而在從所述第二時(shí)刻到所述第三時(shí)刻的期間對(duì)所述第 一減法單元的輸出進(jìn)行一次延遲運(yùn)算并輸出d軸磁通量；所述除法器代替把所述一次延遲運(yùn)算器的輸出用從所述電流控 制器輸出的d軸電壓指令來(lái)除并輸出角頻率，而把所述一次延遲運(yùn)算 器的輸出用所述第二減法器的輸出來(lái)除并輸出角頻率。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5 7中任一項(xiàng)所述的同步機(jī)的控制裝置，其特 征在于具有按時(shí)刻產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)速度指令的速度指令發(fā)生器；根據(jù)該速度指令發(fā)生器的輸出和所述電流檢測(cè)單元的輸出，輸出 使所述同步機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度與所述速度指令發(fā)生器所輸出的旋轉(zhuǎn)速度 指令一致的三相電壓指令的無(wú)傳感器控制器；以及在從所述第二時(shí)刻到所述第四時(shí)刻的期間，選擇所述第二座標(biāo)轉(zhuǎn) 換器的輸出，在所述第四時(shí)刻以后的給定期間內(nèi)，選擇所述無(wú)傳感器 控制器的輸出的相位速度切換器；所述切換開(kāi)關(guān)代替在從所述第二時(shí)刻到所述第三時(shí)刻的期間選 擇所述PWM調(diào)制器的輸出并向所述電力轉(zhuǎn)換單元輸出，而在從所述 第二時(shí)刻到所述第三時(shí)刻的期間選擇所述相位速度切換器的輸出并 向所述電力轉(zhuǎn)換單元輸出。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3 8中任一項(xiàng)所述的同步機(jī)的控制裝置，其特 征在于在從所述電流振幅存儲(chǔ)單元取得的電流振幅最大值比所述給定值大時(shí)，所述遮斷信號(hào)發(fā)生單元在所述第二時(shí)刻以后給定期間內(nèi)也使 遮斷信號(hào)導(dǎo)通。
10. 根據(jù)權(quán)利要求3 9中任一項(xiàng)所述的同步機(jī)的控制裝置，其特 征在于代替所述電流振幅存儲(chǔ)單元，具有在從起動(dòng)時(shí)刻到所述第 一時(shí)刻 的期間，根據(jù)從所述電流檢測(cè)單元取得的電流振幅而運(yùn)算相電流有效 值，存儲(chǔ)該相電流有效值成為最大的值作為電流振幅最大值的電流振 幅存儲(chǔ)部。
11. 根據(jù)權(quán)利要求3 10中任一項(xiàng)所述的同步機(jī)的控制裝置，其 特征在于所述電力轉(zhuǎn)換單元具有對(duì)于直流電源把半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件連接為橋狀，驅(qū)動(dòng)所述半導(dǎo)體開(kāi) 關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)電路；以及在連接在所述直流電源的負(fù)極一側(cè)的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件為導(dǎo)通的 期間，把成為連接在所述直流電源的正極一側(cè)的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的驅(qū) 動(dòng)電路的電源的電容器充電的充電泵電路；所述電壓指令運(yùn)算單元在從所述起動(dòng)時(shí)刻到所述第一時(shí)刻的期間，至少輸出 一次使連接在所述電力轉(zhuǎn)換單元的直流電源的負(fù)極一側(cè) 的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的至少一相短路的電壓指令。
12. —種同步機(jī)的控制方法，其特征在于包括 由電流檢測(cè)單元檢測(cè)同步機(jī)的電流的第 一步驟； 把該電流的給定時(shí)間內(nèi)的振幅最大值與預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)值比較的第二步驟；以及在該第二步驟中，所述電流的振幅最大值比所述基準(zhǔn)值小時(shí)，以指令以起動(dòng)所述同步才l的方式控;'j所述電5力轉(zhuǎn)換單元的第三步驟。
13. —種同步機(jī)的控制方法，其特征在于包括在從起動(dòng)時(shí)刻到第 一時(shí)刻的期間，利用遮斷信號(hào)發(fā)生單元使遮斷 信號(hào)斷開(kāi)的第一步驟；根據(jù)該第 一步驟中的遮斷信號(hào)的斷開(kāi)，在從所述起動(dòng)時(shí)刻到所述 第一時(shí)刻的期間，利用電壓指令運(yùn)算單元至少輸出一次使同步機(jī)的至少一相短路的電壓指令以控制電力轉(zhuǎn)換單元的第二步驟；在從所述起動(dòng)時(shí)刻到所述第 一時(shí)刻的期間，利用電流檢測(cè)單元檢 測(cè)所述同步機(jī)的電流，利用電流振幅存儲(chǔ)單元保存所檢測(cè)出的電流的 振幅成為最大的值作為電流振幅最大值的第三步驟；以及在從所述第一時(shí)刻到第二時(shí)刻的期間，利用遮斷信號(hào)發(fā)生單元使 遮斷信號(hào)導(dǎo)通，并且把在所述第三步驟中保存的電流振幅最大值與預(yù) 先設(shè)定的基準(zhǔn)值比較，在所述電流振幅最大值比所述基準(zhǔn)值小時(shí)，在 從所述第二時(shí)刻到所述第三時(shí)刻的期間，使遮斷信號(hào)斷開(kāi)的第四步，在該第四步驟中使遮斷信號(hào)斷開(kāi)時(shí)，從所述第二時(shí)刻到所述第三 時(shí)刻的期間，以由所述電流檢測(cè)單元檢測(cè)所述同步機(jī)的電流、利用電 壓指令運(yùn)算單元輸出使所述電流成為零的電壓指令以起動(dòng)所述同步 機(jī)的方式控制所述電力轉(zhuǎn)換單元的步驟。
全文摘要
提供即使同步機(jī)為空轉(zhuǎn)狀態(tài)也能不使用位置傳感器就可起動(dòng)的同步機(jī)的控制裝置和同步機(jī)的控制方法。在從起動(dòng)時(shí)刻到第一時(shí)刻的期間電壓指令運(yùn)算單元(6)至少輸出一次使同步機(jī)的至少一相短路的電壓指令，電流檢測(cè)單元(3)把檢測(cè)的同步機(jī)(1)的電流的振幅最大值存儲(chǔ)到電流振幅存儲(chǔ)單元(4)，遮斷信號(hào)發(fā)生單元(5)在從第一時(shí)刻到第二時(shí)刻的期間使遮斷信號(hào)導(dǎo)通，在從第二時(shí)刻到第三時(shí)刻的期間在電流振幅存儲(chǔ)單元(4)中保存的電流的振幅最大值比給定值小時(shí)，以電壓指令運(yùn)算單元(6)輸出使從電流檢測(cè)單元(3)取得的同步機(jī)(1)的電流成為零的要施加在同步機(jī)(1)上的電壓指令以起動(dòng)同步機(jī)(1)的方式控制電力轉(zhuǎn)換單元(2)。
文檔編號(hào)H02P1/16GK101202523SQ20071018690
公開(kāi)日2008年6月18日 申請(qǐng)日期2007年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月14日
發(fā)明者金原義彥, 鹿島美津夫 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社