CN110235355B - 感应电动机的速度推测方法和使用它的电力转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及感应电动机的无速度传感器矢量控制，能够防止感应电动机内的绕组温度引起的转矩不足，实现高精度的速度控制特性。为了达成上述目的，本发明的利用无速度传感器矢量控制来驱动感应电动机的电力转换装置，其包括：坐标变换部，其将指令值或检测值变换成以一次电流的方向和比一次电流的方向滞后90度的方向作为旋转坐标系的控制轴；和速度推测运算部，其基于由该坐标变换部变换后的指令值或检测值来运算感应电动机的速度推测值，基于速度推测值控制输出频率值。

Description

感应电动机的速度推测方法和使用它的电力转换装置

技术领域

本发明涉及不使用速度传感器的感应电动机的无速度传感器矢量控制，涉及感应电动机的速度推测方法和使用它的电力转换装置。

背景技术

存在不设置速度传感器地推测感应电动机的速度，并基于该速度推测值控制感应电动机的速度的、所谓无速度传感器矢量控制。作为本技术领域中的背景技术，有日本特开平6-105580号公报(专利文献 1)。专利文献1中，设置扰动观测器，推测q轴的反向电动势值，除以磁通系数，由此按照以下式(1)，计算出速度推测值ω_r ^{^}。

[数学式1]

此处，R₁：一次电阻值，R₂＇：换算为一次侧的二次电阻值，L_σ：漏电感值，M：互感值，L₂：二次电感值，T_obs：扰动观测器中设定的速度推测滞后时间常数。

该方式中，存在一次电阻值R₁随着感应电动机内的绕组温度变化时，式(1)中使用的设定值R₁ ^*与一次电阻值R₁存在误差的情况下，速度推测值中产生推测误差，因此不能进行稳定的速度控制，在输出电压低的低速区间中，发生转矩不足的问题。

于是，作为对于一次电阻值的变化灵敏度低的控制方法，如日本特开2005-057963号公报(专利文献2)所记载，有在感应电动机的电路常数中，将一次电阻值以外假定为真值，新定义一次电阻值的设定误差引起的一次电流推测误差矢量方向即γ轴和从γ轴起前进90度的δ轴，在该控制轴上推测转速，由此抑制转矩不足的技术的记载。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平6-105580号公报

专利文献2：日本特开2005-057963号公报

发明内容

发明要解决的课题

专利文献2中记载的方法，通过将一次电阻值以外作为真值而导出数学式，根据数学式运算仅考虑了一次电阻值的设定误差的电流推测误差e^eiR_s的矢量方向，存在有一次电阻值以外的误差时，无速度传感器矢量控制的特性仍会劣化的问题。

本发明的目的在于提供一种能够防止感应电动机内的绕组温度引起的转矩不足、实现高精度的速度控制特性的速度推测方法和使用它的电力转换装置。

用于解决课题的技术方案

本发明鉴于上述背景技术和课题，举其一例，是一种利用无速度传感器矢量控制来驱动感应电动机的电力转换装置，其特征在于，包括：坐标变换部，其将指令值或检测值变换成以一次电流的方向和比该一次电流的方向滞后90度的方向作为旋转坐标系的控制轴；和速度推测运算部，其基于由坐标变换部变换后的指令值或检测值来运算感应电动机的速度推测值，基于速度推测值控制输出频率值。

发明效果

根据本发明，能够提供一种能够防止感应电动机内的绕组温度引起的转矩不足、实现高精度的速度控制特性的速度推测方法和使用它的电力转换装置。

附图说明

图1是实施例1中的电力转换装置的结构图。

图2是使用现有技术的情况下的负荷运转特性。

图3是现有技术中的d-q轴的矢量图。

图4是实施例1中的m-t轴的矢量图。

图5是实施例1中的负荷运转特性。

图6是说明采用实施例1的情况下的验证方法的结构图。

图7是实施例3中的速度推测运算部的结构图。

图8是实施例4中的电力转换装置的结构图。

图9是实施例5中的电力转换装置的结构图。

图10是实施例6中的感应电动机驱动***的结构图。

具体实施方式

以下，使用附图详细说明本实施例。

实施例1

图1是本实施例中的电力转换装置的结构图。图1中，被电力转换装置驱动的感应电动机1，通过因磁通轴成分(d轴)的电流而产生的磁通、和与磁通轴正交的转矩轴方向(q轴)的电流而产生转矩。电力转换器2输出与三相交流的电压指令值V_u ^*、V_v ^*、V_w ^*成正比的电压值，调节感应电动机1的输出电压和输出频率。直流电源2a对电力转换器2供给直流电压。电流检测器3输出感应电动机1的三相的交流电流I_u、I_v、I_w的检测值I_uc、I_vc、I_wc。电流检测器3也可以检测感应电动机1的三相中的两相、例如U相和W相的相电流，根据交流条件 (I_u+I_v+I_w＝0)，按I_v＝-(I_u+I_w)求出V相的线电流。坐标变换部4根据三相的交流电流I_u、I_v、I_w的检测值I_uc、I_vc、I_wc和相位推测值θ_dc输出d 轴和q轴的电流检测值I_dc、I_qc。

速度推测运算部5基于m轴和t轴的电流指令值I_m ^*、I_t ^*和电流检测值I_mc、I_tc和电压指令值V_mc ^**、V_tc ^**、输出频率值ω₁ ^*和感应电动机1 的电路常数(R₁、R₂＇、M、L₂、φ_2d ^*)，输出感应电动机1的速度推测值ω_r ^{^}。

转差频率运算部6基于根据d轴和q轴的电流指令值I_d ^*、I_q ^*和感应电动机1的电路常数计算出的二次时间常数T₂，输出感应电动机1 的转差频率指令值ω_s ^*。加法部7输出速度推测值ω_r ^{^}与转差频率指令值ω_s ^*的相加值即输出频率值ω₁ ^*。

相位推测运算部8对输出频率值ω₁ ^*进行积分运算而输出相位推测值θ_dc。

d轴电流指令设定部9输出正极性的d轴的电流指令值I_d ^*。在恒定转矩区间中，d轴的电流指令值I_d ^*被设定或控制为固定值。在恒定功率区间中，I_d ^*被设定或控制为相对于转矩和转速可变。

速度控制运算部10根据速度指令值ω_r ^*与速度推测值ω_r ^{^^}的差 (ω_r ^*-ω_r ^{^^})输出q轴的电流指令值I_q ^*。

矢量控制运算部11基于感应电动机1的电路常数(R₁、L_σ、M、 L₂)和电流指令值I_d ^*、I_q ^*、和输出频率值ω₁ ^*，输出d轴和q轴的电压基准值V_dc ^*、V_qc ^*。

d轴电流控制运算部12根据d轴的电流指令值I_d ^*与电流检测值I_dc的差(I_d ^*-I_dc)输出d轴的电压修正值ΔV_d ^*。

q轴电流控制运算部13根据q轴的电流指令值I_q ^*与电流检测值I_qc的差(I_q ^*-I_qc)输出q轴的电压修正值ΔV_q ^*。

加法部14输出d轴的电压基准值V_dc ^*与d轴的电压修正值ΔV_d ^*的相加值即电压指令值V_dc ^**。加法部15输出q轴的电压基准值V_qc ^*与q轴的电压修正值ΔV_q ^*的相加值即电压指令值V_qc ^**。

坐标变换部16根据电压指令值V_dc ^**、V_qc ^**和相位推测值θ_dc输出三相交流的电压指令值V_u ^*、V_v ^*、V_w ^*。

一次电流的相位运算部17根据电流指令值I_d ^*、I_q ^*输出d轴到m 轴的相位角

坐标变换部18根据电压指令值V_dc ^**、V_qc ^**和相位角

输出m-t 轴上的电压指令值V_mc ^**、V_tc ^**。

坐标变换部19根据d轴和q轴的电流检测值I_dc、I_qc输出m-t轴上的电流检测值I_mc、I_tc。

坐标变换部20根据d轴的电流指令值I_d ^*和q轴的电流指令值I_q ^*输出m-t轴上的电流指令值I_m ^*、I_t ^*。

首先，对于不使用作为本实施例的特征的一次电流的相位运算部 17和坐标变换部18～20的情况下的无速度传感器控制方式的基本动作进行说明。

在d轴电流指令设定部9中，输出在感应电动机1内发生d轴的二次磁通值φ_2d所需的电流指令值I_d ^*。另外，在速度控制运算部10中，以速度推测值ω_r ^{^^}与速度指令值ω_r ^*一致的方式，按照式(2)运算q轴的电流指令值I_q ^*。

[数学式2]

此处，Kp_ASR：速度控制的比例增益，Ki_ASR：速度控制的积分增益。

在矢量控制运算部11中，使用d轴和q轴的电流指令值I_d ^*、I_q ^*和感应电动机1的电路常数(R₁、L_σ、M、L₂)和d轴的二次磁通指令值φ_2d ^*和输出频率值ω₁ ^*，按照式(3)，运算电压基准值V_dc ^*、V_qc ^*。

[数学式3]

此处，T_ACR：相当于电流控制滞后的时间常数。

对d轴电流控制运算部12输入d轴的电流指令值I_d ^*和电流检测值 I_dc，对q轴电流控制运算部13输入q轴的电流指令值I_q ^*和电流检测值 I_qc。此处，按照式(4)，以各成分的电流检测值I_dc、I_qc追踪电流指令值I_d ^*、I_q ^*的方式进行PI(比例+积分)控制，输出d轴和q轴的电压修正值ΔV_d ^*、ΔV_q ^*。

[数学式4]

此处，K_pdACR：d轴的电流控制的比例增益，K_idACR：d轴的电流控制的积分增益，K_pqACR：q轴的电流控制的比例增益，K_iqACR：q轴的电流控制的积分增益。

进而，在加法部14、15中，按照式(5)运算电压指令值V_dc ^**、 V_qc ^**，控制电力转换器2的输出电压。

[数学式5]

在速度推测运算部5中，用式(1)推测感应电动机1的速度。

另外，在转差频率运算部6中，按照式(6)运算感应电动机1的转差频率指令值ω_s ^*。

[数学式6]

此处，T₂：二次时间常数值。

进而，在加法部7中，使用速度推测值ω_r ^{^}和转差频率指令值ω_s ^*，按照式(7)运算输出频率值ω₁ ^*。

[数学式7]

ω₁ ^*＝ω_r ^{^}+ω_s ^*…(7)

在相位推测运算部8中，按照式(8)运算感应电动机1的磁通轴的相位θ_d。

[数学式8]

以磁通轴的相位θ_d的推测值即相位推测值θ_dc为控制的基准，执行基于无传感器控制的运算。以上是基本动作。

以下对于使用了作为本实施例的特征的一次电流的相位运算部17 和坐标变换部18～20的情况下的控制特性进行叙述。

在图2中示出在速度推测运算中使用了作为现有技术的专利文献 1的情况下的负荷运转特性。此处，将式(1)和式(3)中使用的一次电阻值的设定R₁ ^*设定为R₁的0.5倍，使感应电动机1以低速区间的1Hz运转，从该图中的A点至C点施加斜坡状的转矩τ_L直到200％。感应电动机1的实际速度值ω_r降至低于速度推测值ω_r ^{^}，在图2所示的 B点之后感应电动机1停止，但速度推测值ω_r ^{^}总是1Hz，可知发生了推测误差Δω_r。这是由式(1)的分子项中包括的(R₁ ^*+R₂＇^*)I_qc的电压成分引起的，存在低速运转中发生转矩不足的问题。

如果使用作为本实施例的特征的一次电流的相位运算部17和坐标变换部18～20，则能够改善该转矩不足。以下，对此进行说明。

图3是现有的控制轴即d-q轴上的矢量图。以磁通的方向为d轴，以从d轴起前进90度(π/2)的方向为q轴。此处，d轴电流I_d与q轴电流I_q和一次电流I₁处于式(9)的关系。

[数学式9]

另外，在式(10)中，示出I_d与I₁的相位角的关系。

[数学式10]

图4是本实施例中引入的控制轴即m-t轴的矢量图。以一次电流的方向为t轴，以从该t轴起滞后90度的方向为m轴。此处，m轴电流I_m与t轴电流I_t和一次电流I₁处于式(11)的关系。

[数学式11]

在图1中的一次电流的相位运算部17中，输入d轴和q轴的电流指令值I_d ^*、I_q ^*，按照式(12)，输出坐标变换部18～20的运算式中使用的相位角

[数学式12]

在坐标变换部18中，输入d轴和q轴的电压指令值V_dc ^**、V_qc ^**、和相位角

按照式(13)输出m轴和t轴的电压指令值V_mc ^**、V_tc ^**。

[数学式13]

在坐标变换部19中，输入d轴和q轴的电流检测值I_dc、I_qc、和相位角

按照式(14)输出m轴和t轴的电流检测值I_mc、I_tc。

[数学式14]

在坐标变换部20中，输入d轴和q轴的电流指令值I_d ^*、I_q ^*、和相位角

按照式(15)输出m轴和t轴的电流指令值I_m ^*、I_t ^*。

[数学式15]

在速度推测运算部5中，按照式(16)推测m轴的反向电动势值，通过除以磁通系数而输出ω_r ^{^^}。

[数学式16]

在低速区间中式(16)的分子项中包括的电压成分(R₁ ^*+R₂＇^*)I_mc因为I_mc＝0，所以即使R₁ ^*的设定存在误差，也总是0V，所以速度推测值ω_r ^{^^}的推测精度提高。

在图5中示出本实施例中的负荷运转特性(设定了图2中使用的条件)。如果对图2和图5中公开的负荷特性进行比较，则感应电动机 1的速度推测值ω_r ^{^^}的精度显著提高，其效果显而易见。即，在低速区间中，对于一次电阻值灵敏度低，能够实现稳定且高精度的速度控制。

另外，上述低速区间设为一次频率ω₁ ^*的绝对值在感应电动机1的额定频率的10％程度以下即可。或者，也可以对关于一次电阻值的降低电压、与关于反向电动势的降低电压进行比较，将式(17)成立的情况作为低速区间。

[数学式17]

此处，使用图6对于采用本实施例的情况下的验证方法进行说明。

如果在一次电流轴的m-t轴上进行控制运算，则m轴的电压指令值成为式(18)。

[数学式18]

该式中，m轴的电流I_m＝0，所以m轴的电压指令值成为式(19)。

[数学式19]

变更连接电力转换装置21与感应电动机1的电线的长度时，一次电阻值R₁的值变化。本实施例的方式中，因为对于一次电阻值R₁灵敏度低，所以m轴的电压值V_m是固定值。

从而，如图6所示，在驱动感应电动机1的电力转换装置21中，安装电压检测器22和电流检测器23，在感应电动机1的轴上安装编码器24。对V_m电压成分的计算部25输入电压检测器22的输出即三相的电压值(V_u1、V_v1、V_w1)、电流检测器23的输出即三相的电流值(I_u1、I_v1、I_w1)、和编码器的输出即位置θ_d1。根据输入的信息计算V_m电压成分，如果即使变更上述电线的长度，V_m电压成分的计算部25的输出值也没有变化，则采用本实施例。

如上所述，本实施例是一种利用无速度传感器矢量控制来驱动感应电动机的电力转换装置，其包括：坐标变换部，其将指令值或检测值变换成以一次电流的方向和比该一次电流的方向滞后90度的方向作为旋转坐标系的控制轴；和速度推测运算部，其基于由坐标变换部变换后的指令值或检测值来运算感应电动机的速度推测值，基于速度推测值控制输出频率值。即，以一次电流的方向为t轴，以与其相比滞后 90度的方向为m轴，使用m-t轴的旋转坐标系上的电压指令值和电流检测值、感应电动机的电路常数，来运算速度推测值。

由此，能够提供一种在低速区间中对一次电阻值灵敏度降低、能够不发生转速不足地实现高精度的速度控制特性的感应电动机的速度推测方法和使用它的电力转换装置。

实施例2

实施例1是在低速区间中速度推测值的精度提高的方式，但本实施例中说明在中高速区间中使速度推测值的精度提高的方式。

本实施例中的电力转换装置的结构图，是在图1中，除速度推测运算部5以外相同的结构，所以省略其附图和说明。

本实施例中的速度推测运算部5＇，根据式(20)推测t轴的反向电动势值，通过除以磁通系数而输出ω_r ^{^^^}。

[数学式20]

在中高速区间中式(20)的分子项中包括的电压成分ω₁ ^*L_σ ^*I_m ^*因为I_m ^*＝0，所以即使L_σ ^*的设定存在误差，也是0V，所以速度推测值ω_r ^{^^}的推测精度提高。即，在中高速区间中，对于漏电感值灵敏度低，能够实现高精度的速度控制。

上述中高速区间设为一次频率ω₁ ^*的绝对值在额定转速的10％程度以上即可。或者，也可以对关于一次电阻值的降低电压、与关于反向电动势的降低电压进行比较，将式(21)成立的情况作为中高速区间。

[数学式21]

实施例3

实施例1是在低速区间中速度推测值的精度提高的方式，但本实施例中说明在低速区间和中高速区间中切换速度推测值的方式。

本实施例中的电力转换装置的结构图，是在图1中除速度推测运算部5以外相同的结构，所以省略其附图和说明。

在图7中示出本实施例中的速度推测运算部5＇＇的结构。速度推测运算部5＇＇a是式(16)的运算部、输出速度推测值ω_r ^{^^}，5＇＇b是式(20)的运算部，输出速度推测值ω_r ^{^^^}。5＇＇c是速度推测值的切换部，在低速区间中选择速度推测值ω_r ^{^^}，在中高速区间中选择速度推测值ω_r ^{^^^}，将任一者作为ω_r ^{^^^^}输出。

另外，关于上述低速区间和中高速区间，将一次频率ω₁ ^*的绝对值在额定转速的10％程度以下的情况作为低速区间、在10％程度以上的情况作为中高速区间即可。或者，也可以对关于一次电阻值的降低电压、与关于反向电动势的降低电压进行比较，将式(17)成立的情况作为低速区间、式(21)成立的情况作为中高速区间。

如本实施例一般，通过对低速区间和高速区间切换速度推测值，能够在全部速度区间中实现高精度的速度控制。

实施例4

实施例1中，仅速度推测运算部在m-t轴上进行运算，但本实施例中说明d轴和q轴的电流控制运算部也在m-t轴上进行运算的方式。

图8是本实施例中的电力转换装置的结构图。图8中，1～4、6～10、17、19、20与图1相同，所以省略其说明。

图8中，m轴电流控制运算部12＇根据m轴的电流指令值I_m ^*与电流检测值I_mc的差(I_m ^*-I_mc)输出m轴的电压指令值V_mc ^***。t轴电流控制运算部13＇根据t轴的电流指令值I_t ^*与电流检测值I_tc的差(I_t ^*-I_tc) 输出t轴的电压指令值V_tc ^***。

此处，按照式(22)，以各成分的电流检测值I_mc、I_tc追踪电流指令值I_m ^*、I_t ^*的方式进行PI(比例+积分)控制，输出m轴和t轴的电压指令值V_mc ^***、V_tc ^***。

[数学式22]

此处，K_pmACR：m轴的电流控制的比例增益，K_imACR：m轴的电流控制的积分增益，K_ptACR：t轴的电流控制的比例增益，K_itACR：t轴的电流控制的积分增益。

坐标变换部16＇根据电压指令值V_mc ^***、V_tc ^***和相位推测值θ_dc输出三相交流的电压指令值V_u ^*、V_v ^*、V_w ^*。

如本实施例一般，也可以在m-t轴上运算电流控制，能够实现对于一次电阻值灵敏度低且高响应的电流控制特性。

实施例5

实施例1至4中，在速度推测运算部5、5＇、5＇＇中，设定了1 个判断低速区间和中高速区间的水平值，但本实施例中，对于设定2 个判断的水平值的情况进行说明。

图9是本实施例中的电力转换器的结构图。图9中，除速度推测运算部5和26以外与图1结构相同，所以省略其说明。

26是判断低速区间和中高速区间的水平值，设置2个即(ω^* ₁、ω^* ₂)。

例如，对ω^* ₁设定额定频率的5％，对ω^* ₂设定额定频率的10％。然后，在速度推测运算部5＇＇＇中，首先，将判断的水平值设定为第一个即ω^* ₁并进行实际运转，结果陷入转矩不足或过电流跳闸的情况下，在下一个运算时机，将判断的水平值变更为第二个即ω^* ₂。通过采用这样的结构，能够最优地设定判断的水平值。

另外，本实施例中是2个设定，但也可以准备多个。这样，通过设置多个判断的水平值，在一次电阻值较大且其变动的影响较大的感应电动机中，也能够实现高精度的速度控制。

实施例6

本实施例对于在感应电动机驱动***中应用了实施例5的例子进行说明。

图10是本实施例中的感应电动机驱动***的结构图。图10中，由结构要素1、4、5＇＇＇、6～20、26构成的27a与图9的相同。

图10中，感应电动机1被电力转换装置27驱动。另外，电力转换装置27中，结构要素1、4、5＇＇＇、6～20、26作为27a以软件形式实现，进而，数字操作器27b以硬件形式实现。

可以使判断低速区间和中高速区间的水平值26能够用电力转换装置27的数字操作器27b、个人计算机28、平板电脑29、智能手机30 等上级装置设定。另外，也可以使用在包括电力转换器的电力转换装置内搭载的微型计算机的内部存储器等中设定的感应电动机的电路常数和额定频率和额定电流的值，来自动地设定。

如果将本实施例应用于感应电动机驱动***，则能够在全部速度区间中实现高精度的速度控制特性。

另外，本实施例中，对于应用了实施例5的例子进行了说明，但也可以应用实施例1至4。

另外，以上实施例1至3中，根据电流指令值I_d ^*、I_q ^*和电流检测值I_dc、I_qc生成电压修正值ΔV_d ^*、ΔV_q ^*，按照将该电压修正值与矢量控制的电压基准值相加的式(3)进行运算，但也可以采用根据电流指令值I_d ^*、I_q ^*和电流检测值I_dc、I_qc，生成矢量控制运算中使用的式(23) 所示的中间的电流指令值I_d ^**、I_q ^**，

[数学式23]

使用该电流指令值和输出频率值ω₁ ^*和感应电动机1的电路常数，按照式(24)运算电压指令值V_dc ^***、V_qc ^***的矢量控制方式。

[数学式24]

此处，K_pdACR1：d轴的电流控制的比例增益，K_idACR1：d轴的电流控制的积分增益，K_pqACR1：q轴的电流控制的比例增益，K_iqACR1：q轴的电流控制的积分增益，T_d：d轴的电气时间常数(L_d/R)，T_q：q轴的电气时间常数(L_q/R)。

另外，也可以采用根据电流指令值I_d ^*、I_q ^*和电流检测值I_dc、I_qc，用式(25)运算矢量控制运算中使用的d轴的比例运算成分的电压修正值ΔV_{d_p} ^*、d轴的积分运算成分的电压修正值ΔV_{d_i} ^*、q轴的比例运算成分的电压修正值ΔV_{q_p} ^*、q轴的积分运算成分的电压修正值ΔV_{q_i} ^*，

[数学式25]

使用这些电压修正值和输出频率值ω₁ ^*、和感应电动机1的电路常数，按照式(26)运算电压指令值V_dc ^****、V_qc ^****的矢量控制方式。

[数学式26]

另外，以上实施例1至6中，在速度推测运算部中，运算速度推测值，但也可以是在q轴电流控制中同时使用电流控制和速度推测的方式。即，如式(27)所示地运算速度推测值ω_r ^{^^^^^}。

[数学式27]

此处，K_pqACR2：电流控制的比例增益，K_iqACR2：电流控制的积分增益。

另外，实施例4中，将m-t轴的电流控制运算部的输出，按照式 (22)，作为V_mc ^***、V_tc ^***输出，但也可以采用根据电流指令值I_m ^*、I_m ^*和电流检测值I_mc、I_mc，按照式(28)，生成电压修正值ΔVm*、ΔVt*，将该电压修正值与矢量控制的电压基准值相加，按照式(29)进行运算的矢量控制方式。

[数学式28]

[数学式29]

另外，实施例4中，在速度推测运算部5＇＇中运算速度推测值，但也可以是在t轴电流控制中同时使用电流控制和速度推测的方式。即，按照式(30)运算速度推测值ω_r ^{^^^^^^}。

[数学式30]

此处，K_ptACR2：电流控制的比例增益，K_itACR2：电流控制的积分增益。

另外，实施例1至6中，对于速度推测值，也可以在低速区间中在m-t轴上运算，在中高速区间中在现有的d-q轴上运算。

另外，实施例1至6中，作为构成电力转换器2的开关元件，可以是Si(硅)半导体元件，也可以是SiC(碳化硅)或GaN(氮化镓) 等宽带隙半导体元件。

以上对于实施例进行了说明，但本发明不限定于上述实施例，包括各种变形例。例如，能够将某个实施例的结构的一部分置换为其他实施例的结构，也能够在某个实施例的结构上添加其他实施例的结构。另外，对于各实施例的结构的一部分，能够追加、删除、置换其他结构。

附图标记说明

1：感应电动机，2：电力转换器，2a：直流电源，3：电流检测器， 4、16、18、19、20：坐标变换部，5：速度推测运算部，6：转差频率运算部，7：加法部，8：相位推测运算部，9：d轴电流指令设定部， 10：速度控制运算部，11：矢量控制运算部，12：d轴电流控制运算部， 13：q轴电流控制运算部，14、15：加法部，17：一次电流的相位运算部，21：电力转换装置，22：电压检测器，23：电流检测器，24：编码器，25：V_m电压成分的计算部，26：水平值，27：电力转换装置， 27a：软处理，27b：数字操作器，I_d ^*：d轴电流指令值，I_q ^*：q轴电流指令值，I_dc：d轴电流检测值，I_q ^*：q轴电流检测值，I_m ^*：m轴电流指令值，I_t ^*：t轴电流指令值，I_mc：m轴电流检测值，I_tc：t轴电流检测值，ω_r ^*：速度指令值，ω_r：感应电动机1的速度，ω_r ^{^}、ω_r ^{^^}、ω_r ^{^^^}、ω_r ^{^^^^}、ω_r ^{^^^^^}、ω_r ^{^^^^^^}：速度推测值，ω_s ^*：转差频率指令值，ω₁ ^*：感应电动机 1的输出频率值或速度指令值，θ_dc：相位推测值，

相位角， V_dc ^*：d轴的电压指令的基准值，V_qc ^*：q轴的电压指令的基准值，V_dc ^**、 V_dc ^***、V_dc ^****、V_dc ^*****：d轴的电压指令值，V_qc ^**、V_qc ^***、V_qc ^****、V_qc ^*****：q轴的电压指令值，V_mc ^**、V_mc ^***、V_mc ^****：m轴的电压指令值，V_tc ^**、 V_tc ^***、V_tc ^****：t轴的电压指令值。

Claims (11)

1.一种利用无速度传感器矢量控制来驱动感应电动机的电力转换装置，其特征在于，包括：

坐标变换部，其将指令值或检测值变换成以一次电流的方向和比该一次电流的方向滞后90度的方向作为旋转坐标系的控制轴；和

速度推测运算部，其基于由该坐标变换部变换后的指令值或检测值来运算所述感应电动机的速度推测值，

基于该速度推测值来控制输出频率值，

所述坐标变换部使用对所述感应电动机的q轴的电流指令值或电流检测值除以d轴的电流指令值或电流检测值并从90度中减去该相除所得的值的反正切信号而得到的相减值的正弦信号和余弦信号、以及所述d轴和q轴的电流指令值或电流检测值和电压指令值，来运算设为一次电流的方向的t轴和比该t轴滞后90度的方向的m轴的电流指令值或电流检测值和电压指令值，

所述速度推测运算部，在低速区间使用所述m轴的电压指令值、所述m轴和t轴的电流指令值和电流检测值、正弦信号、所述感应电动机的电路常数、输出频率值、转差频率指令值，来运算所述感应电动机的速度推测值，在所述低速区间，将对所述感应电动机的漏电感值与d轴电流相乘所得的值与对互感除以二次电感并乘以d轴二次磁通所得的值相加、并对该相加所得的值乘以输出频率值或速度指令值所得的值的绝对值，小于将一次电阻值与q轴电流相乘所得的值的绝对值。

2.一种利用无速度传感器矢量控制来驱动感应电动机的电力转换装置，其特征在于，包括：

坐标变换部，其将指令值或检测值变换成以一次电流的方向和比该一次电流的方向滞后90度的方向作为旋转坐标系的控制轴；和

速度推测运算部，其基于由该坐标变换部变换后的指令值或检测值来运算所述感应电动机的速度推测值，

基于该速度推测值来控制输出频率值，

所述坐标变换部使用对所述感应电动机的q轴的电流指令值或电流检测值除以d轴的电流指令值或电流检测值并从90度中减去该相除所得的值的反正切信号而得到的相减值的正弦信号和余弦信号、以及所述d轴和q轴的电流指令值或电流检测值和电压指令值，来运算设为一次电流的方向的t轴和比该t轴滞后90度的方向的m轴的电流指令值或电流检测值和电压指令值，

所述速度推测运算部，在中高速区间使用所述t轴的电压指令值、所述m轴和t轴的电流指令值和电流检测值、余弦信号、所述感应电动机的电路常数、输出频率值、转差频率指令值，来运算所述感应电动机的速度推测值，在所述中高速区间，将对所述感应电动机的漏电感值与d轴电流相乘所得的值与对互感除以二次电感并乘以d轴二次磁通所得的值相加、并对该相加所得的值乘以输出频率值或速度指令值所得的值的绝对值，大于将一次电阻值与q轴电流相乘所得的值的绝对值。

3.一种利用无速度传感器矢量控制来驱动感应电动机的电力转换装置，其特征在于，包括：

坐标变换部，其将指令值或检测值变换成以一次电流的方向和比该一次电流的方向滞后90度的方向作为旋转坐标系的控制轴；和

速度推测运算部，其基于由该坐标变换部变换后的指令值或检测值来运算所述感应电动机的速度推测值，

基于该速度推测值来控制输出频率值，

所述坐标变换部使用对所述感应电动机的q轴的电流指令值或电流检测值除以d轴的电流指令值或电流检测值并从90度中减去该相除所得的值的反正切信号而得到的相减值的正弦信号和余弦信号、以及所述d轴和q轴的电流指令值或电流检测值和电压指令值，来运算设为一次电流的方向的t轴和比该t轴滞后90度的方向的m轴的电流指令值或电流检测值和电压指令值，

所述速度推测运算部，对绝对值1小于绝对值2的低速区间和所述绝对值1大于所述绝对值2的中高速区间切换所述感应电动机的速度推测值，其中，所述绝对值1是将对所述感应电动机的漏电感值与d轴电流相乘所得的值与对互感除以二次电感并乘以d轴二次磁通所得的值相加、并对该相加所得的值乘以输出频率值或速度指令值所得的值的绝对值，所述绝对值2是将一次电阻值与q轴电流相乘所得的值的绝对值。

4.如权利要求1至3中任一项所述的电力转换装置，其特征在于：

具有矢量控制运算部，其基于由所述坐标变换部变换后的指令值或检测值来进行矢量控制的运算。

5.如权利要求1至3中任一项所述的电力转换装置，其特征在于：

所述t轴的电流指令值或电流检测值，是对d轴的电流指令值或电流检测值求平方所得的值与对q轴的电流指令值或电流检测值求平方所得的值的相加值的平方根，m轴的电流指令值或电流检测值是零。

6.如权利要求3所述的电力转换装置，其特征在于：

用于切换所述低速区间和所述中高速区间的水平值，使用设定于内部存储器的所述感应电动机的电路常数、额定频率和额定电流的值来自动地设定。

7.如权利要求3所述的电力转换装置，其特征在于：

所述低速区间和所述中高速区间的切换阈值，能够通过连接数字操作器、个人计算机或平板电脑、智能手机来设定、变更。

8.一种感应电动机的无速度传感器矢量控制中的速度推测方法，其特征在于：

用一次电流的方向和比该一次电流的方向滞后90度的方向作为旋转坐标系的控制轴，在该控制轴上运算所述感应电动机的速度推测值，

作为将指令值或检测值变换成所述控制轴的坐标变换处理，使用对所述感应电动机的q轴的电流指令值或电流检测值除以d轴的电流指令值或电流检测值并从90度中减去该相除所得的值的反正切信号而得到的相减值的正弦信号和余弦信号、以及所述d轴和q轴的电流指令值或电流检测值和电压指令值，来运算设为一次电流的方向的t轴和比该t轴滞后90度的方向的m轴的电流指令值或电流检测值和电压指令值，

在低速区间使用所述m轴的电压指令值、所述m轴和t轴的电流指令值和电流检测值、正弦信号、所述感应电动机的电路常数、输出频率值、转差频率指令值，来运算所述速度推测值，在所述低速区间，将对所述感应电动机的漏电感值与d轴电流相乘所得的值与对互感除以二次电感并乘以d轴二次磁通所得的值相加、并对该相加所得的值乘以输出频率值或速度指令值所得的值的绝对值，小于将一次电阻值与q轴电流相乘所得的值的绝对值。

9.一种感应电动机的无速度传感器矢量控制中的速度推测方法，其特征在于：

用一次电流的方向和比该一次电流的方向滞后90度的方向作为旋转坐标系的控制轴，在该控制轴上运算所述感应电动机的速度推测值，

作为将指令值或检测值变换成所述控制轴的坐标变换处理，使用对所述感应电动机的q轴的电流指令值或电流检测值除以d轴的电流指令值或电流检测值并从90度中减去该相除所得的值的反正切信号而得到的相减值的正弦信号和余弦信号、以及所述d轴和q轴的电流指令值或电流检测值和电压指令值，来运算设为一次电流的方向的t轴和比该t轴滞后90度的方向的m轴的电流指令值或电流检测值和电压指令值，

在中高速区间使用所述t轴的电压指令值、所述m轴和t轴的电流指令值和电流检测值、余弦信号、所述感应电动机的电路常数、输出频率值、转差频率指令值，来运算所述速度推测值，在所述中高速区间，将对所述感应电动机的漏电感值与d轴电流相乘所得的值与对互感除以二次电感并乘以d轴二次磁通所得的值相加、并对该相加所得的值乘以输出频率值或速度指令值所得的值的绝对值，大于将一次电阻值与q轴电流相乘所得的值的绝对值。

10.一种感应电动机的无速度传感器矢量控制中的速度推测方法，其特征在于：

用一次电流的方向和比该一次电流的方向滞后90度的方向作为旋转坐标系的控制轴，在该控制轴上运算所述感应电动机的速度推测值，

作为将指令值或检测值变换成所述控制轴的坐标变换处理，使用对所述感应电动机的q轴的电流指令值或电流检测值除以d轴的电流指令值或电流检测值并从90度中减去该相除所得的值的反正切信号而得到的相减值的正弦信号和余弦信号、以及所述d轴和q轴的电流指令值或电流检测值和电压指令值，来运算设为一次电流的方向的t轴和比该t轴滞后90度的方向的m轴的电流指令值或电流检测值和电压指令值，

对绝对值1小于绝对值2的低速区间和所述绝对值1大于所述绝对值2的中高速区间切换所述速度推测值，其中，所述绝对值1是将对所述感应电动机的漏电感值与d轴电流相乘所得的值与对互感除以二次电感并乘以d轴二次磁通所得的值相加、并对该相加所得的值乘以输出频率值或速度指令值所得的值的绝对值，所述绝对值2是将一次电阻值与q轴电流相乘所得的值的绝对值。

11.如权利要求8至10中任一项所述的速度推测方法，其特征在于：

所述t轴的电流指令值或电流检测值，是对d轴的电流指令值或电流检测值求平方所得的值与对q轴的电流指令值或电流检测值求平方所得的值的相加值的平方根，m轴的电流指令值或电流检测值是零。

Images