同步电动机的控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术的目的是提供一种不需要信号发生器即可进行零速度时的磁极位置检测的同步电动机的控制装置。本发明专利技术的同步电动机的控制装置利用电压型ＰＷＭ变频器驱动同步电动机，控制电动机的转矩和速度，具有：使ＰＷＭ载频信号在ＵＶＷ三相中的ＵＶ、ＶＷ、ＷＵ的各个两相之间具有任意的相位差的单元（６－３）；从检测电压或指令电压和检测电流抽取由此产生的高频电压和高频电流的单元（１１）；使用所抽取的高频电压和高频电流，推测磁通位置或磁极位置的单元（１２）。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
同步电动机的控制装置
本专利技术涉及能够在包括零速度的极低速运转状态下高精度地推测出磁极位置，并根据所推测出的磁极位置控制转矩和速度的电动机的控制装置。
技术介绍
作为以往的磁极推测方法，广泛采用电学论D、108卷12号、1988“具有参数同定功能的无刷DC马达的自适应电流控制方法”中报告的方法，即，根据电动机的输入电压和电流计算出与电动机速度成比例的感应电压，进行速度的推测。另外，还有1996年电气学会产业应用部门全国大会No.170“使用无传感器方式的突极形同步马达的零速度转矩控制”方法，该方法向是通过在电压指令值中迭加交流信号，对检测电流进行FFT解析，来检测出电动机的旋转速度和磁极位置。但是，在上述现有技术中，在根据马达的感应电压推测转子速度、位置的方法中，虽然在高速区域以充分的精度动作，但在感应电压信息少的极低速下不能准确推测，所以提出把与驱动频率无关的传感用交流信号输入马达，根据电压电流的关系推测转子位置的几种方法。但是，存在着为了输入传感信号需要配置附加的信号发生器，并且导致电动机的控制复杂化的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种同步电动机的控制装置，通过使PWM变频器的载频信号在UVW三相中的各个两相之间具有任意相位差，产生驱动频率以外的高频电压和高频电流，根据该电压和电流的关系推测磁极位置，由此不需要信号发生器，可以简化控制装置，并且可以从零速-->度进行控制。为了达到上述目的，本专利技术之一提供一种同步电动机的控制装置，利用电压型PWM变频器驱动同步电动机，控制电动机的转矩和速度，其特征在于，具有：相位差保持单元，使PWM载频信号在UVW三相中如UV、VW、WU那样在各个两相之间具有任意的相位差；高频抽取单元，从检测电压或指令电压和检测电流中抽取所产生的高频电压和高频电流；和位置推测单元，使用所抽取的高频电压和高频电流，推测磁通位置或磁极位置。并且，本专利技术之二是根据本专利技术之一的同步电动机的控制装置，其特征在于，所述相位差保持单元在如变频器的UV、VW、WU那样的各个两相之间，在马达输入电压或电流中生成电压控制PWN变频器的输出频率以外的任意高频。并且，本专利技术之三是根据本专利技术之一或之二的同步电动机的控制装置，其特征在于，所述高频抽取单元转换为把马达的三相中的U相作为α轴、把与其90°正交的轴作为β轴的两相静止坐标系，分别在α轴、β轴上检测所述任意的高频成分的电压和电流，利用带通滤波器仅抽取出所述任意的频率成分。并且，本专利技术之四是根据本专利技术之一～之三中任一项专利技术的同步电动机的控制装置，其特征在于，推测所述磁极位置的位置推测单元，根据所述抽取的高频电压成分和高频电流成分，利用磁极位置推测器计算出cos2θ、sin2θ，参照三角函数表求出磁极位置θ。并且，本专利技术之五是根据本专利技术之一～之四中任一项专利技术的同步电动机的控制装置，其特征在于，具有电流控制装置，使用由推测磁极位置的单元推测出的位置，把检测电流分离为磁极方向分量和转矩分量，通过分别反馈这些分量来实施电流控制。并且，本专利技术之六是根据本专利技术之一～之五中任一项专利技术的同步电动机的控制装置，其特征在于，具有速度推测装置，使用由推测磁极位置的单元推测的位置，推测速度。并且，本专利技术之七是根据本专利技术之六的同步电动机的控制装置，其-->特征在于，具有速度控制装置，反馈由速度推测装置推测的速度，实施速度控制。附图说明图1是本专利技术的实施方式的同步电动机的控制装置的方框图。图2是图1所示PWM控制器的方框图。图中：1 速度控制器；2 q轴电流控制器；3 非干涉控制器；4 d轴电流控制器；5 电压振幅和相位运算器；6 PWM控制器；7 变频器主电路；8 电动机；9 静止坐标转换器；10 旋转坐标转换器；11 带通滤波器；12磁极位置推测器；13 三角函数表；14 速度推测器。具体实施方式根据该同步电动机的控制装置，本专利技术示例的是以在原理上使用载频频率成分的电流检测磁极位置的方法为基础，利用该方式构成具有电流控制器、速度推测器、速度控制器的控制装置。首先，说明该磁极位置检测的基本原理。在由电压型PWM变频器驱动的同步电动机的矢量控制装置中，使PWM载频信号在UVW三相中的UV、VW、WU各个两相之间具有任意的相位差，由此产生与驱动频率不同的高频电压和高频电流。即，通过任意提供PWM的载频频率和载频相位差，可以把将要产生的高频成分的频带调整为与驱动频率不同的频率。例如，把相位差设为120度时，频率与载频频率相同的电压和电流成分大。在这种情况下，高频电压由下面的算式a表示。算式auuhuvhuwh=Vsin(ωht)Vsin(ωht-2π/3)Vsin(ωht+2π/3)]]>其中，uuh、uvh、uwh分别表示U相、V相、W相的高频电压，V表示高频电压振幅，ωh表示载频角频率。-->另外，高频电压和高频电流的关系由算式(1)表示。uuhuvhuwh=LuuLuvLuwLvuLvvLvwLwuLwvLwwddtiuhivhiwh---(1)]]>其中，iuh、ivh、iwh分别表示U相、V相、W相的高频电流，L表示电感，Luu、Lvv、Lww分别表示U相、V相、W相各自的电感，其他表示相间的电感。由于在转子中使用永磁铁的电动机具有电突极，所以电感包括磁极位置的信息。Luv＝-Lg0/2+Lg2cos(2θ-2π/3)Luv＝-Lg0/2+Lg2cos(2θ)Luv＝-Lg0/2+Lg2cos(2θ+2π/3)Luv＝Ls+Lg0+Lg2cos(2θ)Luv＝Ls+Lg0+Lg2cos(2θ+2π/3)Luv＝Ls+Lg0+Lg2cos(2θ-2π/3)其中，Lg0表示空隙磁通的激励电感，Ls表示定子泄漏电感，Lg2表示大小依赖于角度的电感。如果把算式(1)转换为定子基准的静止坐标系，则可得到算式(2)。uαhuβh=L0+L1cos(2θ)L1sin(2θ)L1sin(2θ)L0-L1cos(2θ)ddtiαhiβh---(2)]]>其中，L0＝Ls+3Lg0/2，L1＝3Lg2/2。如果根据算式(2)导入磁极位置信息sin(2θ)、cos(2θ)，则可得到算式(3)。这样，使用高频电压和高频电流可以推测出磁极位置。cos(2θ)sin(2θ)=1L1[(ddtiαh)2+(ddtiβh)2]uαhddtiαh-uβhddtiβh-L0[(ddtiαh)2-(ddtiβh)2]uαhddtiβh+uβhddtiαh-2L0(ddtiαhddtiβh)---(3)]]>如果使该推测机构与载频频率同步，在高频电流iβh为峰值时取样电流，则由于相位偏离90度的iαh为零，所以还可以把算式(3)简单-->表示为算式(4)。cos(2θ)sin(2θ)=1L1(ddtiβh)2-uβ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同步电动机的控制装置，利用电压型ＰＷＭ变频器驱动同步电动机，控制电动机的转矩和速度，其特征在于，具有：相位差保持单元，使ＰＷＭ载频信号在ＵＶＷ三相中如ＵＶ、ＶＷ、ＷＵ那样在各个两相之间具有任意的相位差；高频抽取单元，从检 测电压或指令电压和检测电流中抽取所产生的高频电压和高频电流；和位置推测单元，使用所抽取的高频电压和高频电流，推测磁通位置或磁极位置。

【技术特征摘要】
JP 2002-8-30 252617/20021.一种同步电动机的控制装置，利用电压型PWM变频器驱动同步电动机，控制电动机的转矩和速度，其特征在于，具有：相位差保持单元，使PWM载频信号在UVW三相中如UV、VW、WU那样在各个两相之间具有任意的相位差；高频抽取单元，从检测电压或指令电压和检测电流中抽取所产生的高频电压和高频电流；和位置推测单元，使用所抽取的高频电压和高频电流，推测磁通位置或磁极位置。2.根据权利要求1所述的同步电动机的控制装置，其特征在于，所述相位差保持单元在如变频器的UV、VW、WU那样的各个两相之间，在马达输入电压或电流中生成电压控制PWN变频器的输出频率以外的任意高频。3.根据权利要求1或2所述的同步电动机的控制装置，其特征在于，所述高频抽取单元转换为把马达的三相中的U相作为α轴、把与其90°正交的轴作为β轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：井手耕三，泽村光次郎，泽俊裕，小山纯，
申请(专利权)人：株式会社安川电机，
类型：发明
国别省市：JP[日本]