專利名稱：交流電動機(jī)的控制方法和控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種交流電動機(jī)的控制方法和控制器，其抑制了由再生能導(dǎo)致的主電路電壓的升高，并在電源轉(zhuǎn)換器中連續(xù)地操作該交流電動機(jī)，該電源轉(zhuǎn)換器不包括用于將再生阻抗和再生能返回給電源的裝置。
背景技術(shù)：
在使用變換器(inverter)來驅(qū)動感應(yīng)電機(jī)的過程中，當(dāng)從外部輸入給該變換器的速度命令發(fā)生改變時，驅(qū)動該感應(yīng)電機(jī)的速度通常線性地變化預(yù)定的加速時間或減速時間。在這種線性加速和減速中，當(dāng)負(fù)載的值恒定并且僅存在諸如慣量的慣性負(fù)載時，該加速和減速所需的轉(zhuǎn)矩可以為規(guī)定值，而不會出現(xiàn)特殊的問題。但是實際上，由變換器驅(qū)動的負(fù)載的大小可能頻繁變化，或者該負(fù)載不完全僅由慣性負(fù)載組成。當(dāng)負(fù)載的大小發(fā)生變化或者要通過線性速度變化來對慣性負(fù)載以外的負(fù)載進(jìn)行加速或減速時，無謂地花費(fèi)很長的時間來加速或減速這些負(fù)載。因此，生產(chǎn)率下降，或者主電路的輸出電流值或電壓值變得非常大，以致于變換器可能經(jīng)常停止，以進(jìn)行保護(hù)。
為了執(zhí)行與負(fù)載的類型或大小相對應(yīng)的最優(yōu)加速或減速，例如，日本特開平08-172796號公報(專利文獻(xiàn)1)公開了下述的方法，其中在電源轉(zhuǎn)換器中預(yù)先處理該電源轉(zhuǎn)換器的輸出電流信息和主電路的電壓信息，以及當(dāng)前時刻的輸出速度命令，并通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出來生成加速和減速速率，以在不升高主電路電壓的情況下執(zhí)行操作，其中該電源轉(zhuǎn)換器不包括用于將再生阻抗或再生能返回給電源的裝置。
此外，日本特開平08-172797號公報(專利文獻(xiàn)2)公開了一種用于使電動機(jī)以任意速度旋轉(zhuǎn)的變換器裝置，其包括負(fù)載數(shù)據(jù)設(shè)定單元，用于設(shè)定與負(fù)載相關(guān)的信息；負(fù)載數(shù)據(jù)記錄單元，用于記錄由負(fù)載數(shù)據(jù)設(shè)定單元設(shè)定的負(fù)載數(shù)據(jù)；加速和減速模式生成單元，用于根據(jù)由負(fù)載數(shù)據(jù)記錄單元記錄的負(fù)載數(shù)據(jù)，來生成對電動機(jī)進(jìn)行加速和減速的加速和減速模式；加速和減速模式記錄單元，用于記錄加速和減速模式；以及輸出速度控制單元，用于根據(jù)記錄在加速和減速模式記錄單元中的加速和減速模式以及外部施加的速度命令，來控制電動機(jī)的驅(qū)動速度。
此外，日本特開平10-257788號公報(專利文獻(xiàn)3)公開了一種利用變換器的電動機(jī)控制方法，其中對變換器的直流總線的電壓進(jìn)行檢測，并且在電動機(jī)的控制方法中，根據(jù)減速時的變換器的直流總線的電壓升高來減小再生側(cè)的轉(zhuǎn)矩限制器的限制值，該電動機(jī)包括電源轉(zhuǎn)換器，其包括該變換器；速度控制器；以及控制部分，其包括該轉(zhuǎn)矩限制器，以通過良好的響應(yīng)特性，來防止由于該直流總線的電壓升高而導(dǎo)致直流總線的過壓，而無需復(fù)雜的計算。
然而，在專利文獻(xiàn)1至3中公開的常用方法中，可以在突然加速和減速時抑制主電路的電壓(直流總線的電壓)升高，但是，在通過負(fù)載(類似于諸如印刷機(jī)的機(jī)器)的再生能來增大交流電動機(jī)的速度的應(yīng)用中，不能實現(xiàn)該效果。
通常，由于交流電動機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩受到該交流電動機(jī)所連接的任意機(jī)器的限制，所以預(yù)先設(shè)定與任意轉(zhuǎn)矩命令相關(guān)的交流電動機(jī)或電源轉(zhuǎn)換器、電動機(jī)側(cè)的轉(zhuǎn)矩限制值以及再生側(cè)的轉(zhuǎn)矩限制值。然后，在該轉(zhuǎn)矩限制的范圍內(nèi)控制該交流電動機(jī)。
但是，當(dāng)使交流電動機(jī)突然加速或減速，或者是在速度由于重力負(fù)載或負(fù)載機(jī)器而增大的應(yīng)用中時，該交流電動機(jī)產(chǎn)生再生轉(zhuǎn)矩，并且其再生能返回到該交流電動機(jī)，使得主電路的電壓升高。因此，需要防止主電路的電壓升到高于任意設(shè)定的電平。通常，使用其中電阻與該主電路的平滑電容器并聯(lián)連接的裝置將再生阻抗或再生能返回給電源，通過該電阻來消耗能量。
然而，當(dāng)使用將再生阻抗或再生能返回給電源的這種裝置時，結(jié)構(gòu)會變得復(fù)雜，并且成本增加。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種交流電動機(jī)的控制方法和控制器，其中可以連續(xù)操作交流電動機(jī)，而無需使用將再生阻抗或再生能返回至電源的裝置，并且不會使主電路的電壓升高到過壓電平。
為了實現(xiàn)上述目的，權(quán)利要求1中限定的本發(fā)明提供了一種交流電動機(jī)的控制方法，該交流電動機(jī)包括電源轉(zhuǎn)換器，用于向該交流電動機(jī)輸出電能；轉(zhuǎn)矩限制單元，用于將轉(zhuǎn)矩命令限制為任意轉(zhuǎn)矩命令；以及用于根據(jù)轉(zhuǎn)矩限制單元所限制的轉(zhuǎn)矩命令來計算電壓命令，以控制電源轉(zhuǎn)換器的電能的單元，所述控制方法包括以下步驟根據(jù)電源轉(zhuǎn)換器的主電路的電壓檢測值的電平來計算再生側(cè)的轉(zhuǎn)矩限制值；以及將所計算的轉(zhuǎn)矩限制值設(shè)定為轉(zhuǎn)矩限制單元的限制值。
此外，權(quán)利要求2中限定的本發(fā)明提供了一種用于交流電動機(jī)的控制器，其包括電源轉(zhuǎn)換器，用于向該交流電動機(jī)輸出電能；轉(zhuǎn)矩限制單元，用于將轉(zhuǎn)矩命令限制為任意轉(zhuǎn)矩命令；用于根據(jù)轉(zhuǎn)矩限制單元所限制的轉(zhuǎn)矩命令來計算電壓命令，以控制電源轉(zhuǎn)換器的電能的單元；以及再生側(cè)轉(zhuǎn)矩限制值計算單元，用于根據(jù)電源轉(zhuǎn)換器的主電路電壓檢測值的電平來計算再生側(cè)的轉(zhuǎn)矩限制值，并將所計算的轉(zhuǎn)矩限制值設(shè)定到轉(zhuǎn)矩限制單元。
在權(quán)利要求1和2限定的本發(fā)明中，對主電路的電壓進(jìn)行監(jiān)測，并根據(jù)主電路的電壓電平來控制再生側(cè)的轉(zhuǎn)矩限制值，從而抑制返回到電源轉(zhuǎn)換器的再生能。因此，即使在沒有用于將再生阻抗或再生能返回到電源的裝置的電源轉(zhuǎn)換器中，主電路的電壓也不會升到過壓電平，從而交流電動機(jī)可以連續(xù)工作。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的交流電動機(jī)的控制方法和控制器，對主電路的電壓進(jìn)行監(jiān)測，并根據(jù)主電路的電壓電平來控制再生側(cè)的轉(zhuǎn)矩限制值，從而抑制返回到電源轉(zhuǎn)換器的再生能。因此，即使在沒有用于將再生阻抗或再生能返回到電源的裝置的電源轉(zhuǎn)換器中，主電路的電壓也不會升到過壓電平，從而交流電動機(jī)可以連續(xù)工作。


圖1是表示本發(fā)明中的交流電動機(jī)的控制器的實施例的結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖2是表示在本發(fā)明中，主電路的電壓與再生側(cè)的轉(zhuǎn)矩限制值之間的關(guān)系的說明圖。
具體實施例方式
下面將參照附圖來說明本發(fā)明的實施例。圖1是表示本發(fā)明中的交流電動機(jī)的控制器的實施例的結(jié)構(gòu)的方框圖。
本實施例的電動機(jī)控制器包括電源轉(zhuǎn)換器1，用于向交流電動機(jī)5輸出電能，通過該電源轉(zhuǎn)換器來驅(qū)動交流電動機(jī)5；轉(zhuǎn)矩限制電路6，用于限制轉(zhuǎn)矩命令；電壓命令計算電路7，用于根據(jù)所限制的轉(zhuǎn)矩命令來計算電壓命令；切換(switching)模式生成電路8，用于根據(jù)電壓命令生成提供給電源轉(zhuǎn)換器1中的變換器部分4的切換模式；電壓檢測電路9，用于檢測電源轉(zhuǎn)換器1的主電路的電壓；以及再生側(cè)轉(zhuǎn)矩限制值計算電路10，用于根據(jù)主電路的檢測電壓來計算再生側(cè)轉(zhuǎn)矩限制值。
更具體地，電源轉(zhuǎn)換器1包括轉(zhuǎn)換器部分2，用于通過功率元件(power element)將三相交流電轉(zhuǎn)換為直流電壓；平滑電容3，用于對所轉(zhuǎn)換的電壓進(jìn)行平滑處理；以及變換器部分4，用于通過PWM控制系統(tǒng)將該直流電壓轉(zhuǎn)換為具有任意頻率和電壓的交流電。電源轉(zhuǎn)換器1向交流電動機(jī)提供電能。
轉(zhuǎn)矩限制電路6對轉(zhuǎn)矩命令進(jìn)行限制，以使其位于電動機(jī)側(cè)的預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)矩限制值與和任意轉(zhuǎn)矩命令相關(guān)的再生側(cè)的轉(zhuǎn)矩限制值之間。
電壓命令計算電路7計算并輸出電壓命令，以根據(jù)從轉(zhuǎn)矩限制電路6輸出的轉(zhuǎn)矩命令來輸出轉(zhuǎn)矩。
切換模式生成電路8根據(jù)電壓命令計算電路7的輸出來確定電源轉(zhuǎn)換器1的切換模式。
電壓檢測電路9檢測主電路電壓Vdc，作為平滑電容器3的電壓。
再生側(cè)轉(zhuǎn)矩限制值計算電路10是下述的電路，該電路用于根據(jù)作為電壓檢測電路9的輸出值的主電路電壓Vdc，來計算再生側(cè)轉(zhuǎn)矩限制值TGL，并將該再生側(cè)轉(zhuǎn)矩限制值設(shè)定到轉(zhuǎn)矩限制電路6。
通常，由于交流電動機(jī)5輸出的轉(zhuǎn)矩受到該交流電動機(jī)5所連接的任何機(jī)器的限制，所以預(yù)先設(shè)定與任意轉(zhuǎn)矩命令相關(guān)的交流電動機(jī)5或者電源轉(zhuǎn)換器1、電動機(jī)側(cè)的轉(zhuǎn)矩限制值TL0，以及再生側(cè)的轉(zhuǎn)矩限制值TG0。然后，在該轉(zhuǎn)矩限制的范圍內(nèi)控制交流電動機(jī)5。
當(dāng)使交流電動機(jī)5突然加速或減速時，或者當(dāng)速度由于重力負(fù)載或負(fù)載機(jī)器而增大時，交流電動機(jī)5產(chǎn)生再生轉(zhuǎn)矩，并且其再生能返回到電源轉(zhuǎn)換器1，使得主電路的電壓升高。因此，需要防止主電路的電壓升至高到任意設(shè)定的電平。
在該實施例中，為了抑制主電路電壓Vdc的升高，根據(jù)主電路電壓Vdc的電平來限制再生側(cè)的轉(zhuǎn)矩限制值，以使得不生成再生轉(zhuǎn)矩，并且不將再生能返回到電源轉(zhuǎn)換器1。
因此，交流電動機(jī)的速度控制精度由此暫時下降。然而，在下述的情況下具有優(yōu)勢速度精度并不是優(yōu)選的，而重要的是沒有使用將再生阻抗或再生能返回到電源的裝置的事實。
具體地，作為用于限制再生側(cè)的轉(zhuǎn)矩限制的方法的示例，對主電路電壓和再生側(cè)的轉(zhuǎn)矩限制值之間的關(guān)系(如圖2所示)進(jìn)行限定，以根據(jù)主電路電壓的電平來控制再生側(cè)的轉(zhuǎn)矩限制值。作為電動機(jī)側(cè)的轉(zhuǎn)矩限制，預(yù)先設(shè)定的TL0是與主電路電壓Vdc的大小或電平無關(guān)的限制值。另一方面，作為再生側(cè)的轉(zhuǎn)矩限制值，當(dāng)主電路電壓Vdc低于VOVL時，轉(zhuǎn)矩限制值是再生側(cè)的預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)矩限制值TG0。當(dāng)主電路電壓不低于VOVH電平時，將轉(zhuǎn)矩限制值設(shè)定為0，以使得不生成再生轉(zhuǎn)矩。此外，當(dāng)主電路電壓不低于VOVL但低于VOVH時，再生側(cè)的轉(zhuǎn)矩限制值與主電路電壓Vdc成正比，并且從任意設(shè)定的轉(zhuǎn)矩限制值TGL1減小到0。由于如上所述對轉(zhuǎn)矩限制值進(jìn)行了設(shè)定，所以當(dāng)主電路電壓升到高于VOVL時，再生側(cè)的轉(zhuǎn)矩限制值受到更多的限制。因此，當(dāng)主電路電壓升高得越高時，主電路電壓越難以再升高。因此，避免了過壓，從而可以連續(xù)進(jìn)行操作。
當(dāng)在突然減速命令的情況下實際應(yīng)用本發(fā)明時，如果主電路電壓在突然減速過程中不高于VOVL電平，則以所要求的減速速率來降低速度。然而，當(dāng)主電路電壓不低于VOVL時，隨著主電路電壓升得越高，再生側(cè)的轉(zhuǎn)矩限制就受到越多的限制。因此，減速速率逐漸減緩，并且以可以被電源轉(zhuǎn)換器吸收的再生電平來降低速度。因此，可以平緩地降低速度。
現(xiàn)將說明交流電動機(jī)的速度根據(jù)負(fù)載側(cè)升高的情況。對速度進(jìn)行控制，以輸出再生轉(zhuǎn)矩，并且保持速度精度，直到主電路電壓升高到VOVL電平為止。然而，當(dāng)主電路電壓達(dá)到VOVL電平或更高時，交流電動機(jī)的速度試圖增大更多，這是因為再生側(cè)的轉(zhuǎn)矩限制值受到限制，以使得主電路電壓不再增加。這里，根據(jù)主電路電壓Vdc的電平對再生側(cè)的轉(zhuǎn)矩限制值進(jìn)行限制，以生成再生轉(zhuǎn)矩。因此，主電路電壓不再升高，從而可以平穩(wěn)地執(zhí)行交流電動機(jī)的操作。當(dāng)主電路電壓降低時，再生側(cè)的轉(zhuǎn)矩限制值的范圍立即變寬。因此，生成了再生轉(zhuǎn)矩，以使得速度可以彼此對應(yīng)。如上所述，當(dāng)根據(jù)主電路電壓的電平控制再生側(cè)的轉(zhuǎn)矩限制值時，如果主電路電壓升高，則速度精度降低，然而，在不具有將再生阻抗或再生能返回到電源的裝置的電源轉(zhuǎn)換器中，可以連續(xù)地執(zhí)行交流電動機(jī)的平滑操作，而不會產(chǎn)生過壓。
在該實施例中，主電路電壓和再生側(cè)的轉(zhuǎn)矩限制值之間的關(guān)系如圖2所示。然而，可以使任意設(shè)定的轉(zhuǎn)矩限制值TGL1與再生側(cè)的轉(zhuǎn)矩限制值TGL0相對應(yīng)。此外，不僅轉(zhuǎn)矩限制值與主電路電壓成比例，而且可以使用當(dāng)主電路電壓值升高時，再生側(cè)的轉(zhuǎn)矩限制值接近于0的任意函數(shù)。此外，希望實現(xiàn)下述的方法根據(jù)機(jī)器的慣量或平滑電容器的容量與再生轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，來預(yù)測下一個主電路電壓，以限制再生側(cè)的轉(zhuǎn)矩限制值。
本發(fā)明涉及一種交流電動機(jī)的控制方法和控制器，其抑制了由于再生能而導(dǎo)致的主電路電壓的升高，并且可以在不具有將再生阻抗或再生能返回到電源的裝置的電源轉(zhuǎn)換器中，連續(xù)操作交流電動機(jī)(感應(yīng)電機(jī)、同步電機(jī))。
權(quán)利要求
1.一種交流電動機(jī)的控制方法，該交流電動機(jī)包括電源轉(zhuǎn)換器，用于向該交流電動機(jī)輸出電能；轉(zhuǎn)矩限制單元，用于將轉(zhuǎn)矩命令限制為任意轉(zhuǎn)矩命令；以及用于根據(jù)由該轉(zhuǎn)矩限制單元限制的轉(zhuǎn)矩命令來計算電壓命令，以控制該電源轉(zhuǎn)換器的電能的單元，所述控制方法包括以下步驟根據(jù)所述電源轉(zhuǎn)換器的主電路電壓檢測值的電平來計算再生側(cè)的轉(zhuǎn)矩限制值；以及將所計算的轉(zhuǎn)矩限制值設(shè)定為轉(zhuǎn)矩限制單元的限制值。
2.一種用于交流電動機(jī)的控制器，其包括電源轉(zhuǎn)換器，用于向交流電動機(jī)輸出電能；轉(zhuǎn)矩限制單元，用于將轉(zhuǎn)矩命令限制為任意轉(zhuǎn)矩命令；用于根據(jù)由所述轉(zhuǎn)矩限制單元限制的轉(zhuǎn)矩命令來計算電壓命令，以控制所述電源轉(zhuǎn)換器的電能的單元；以及再生側(cè)轉(zhuǎn)矩限制值計算單元，用于根據(jù)所述電源轉(zhuǎn)換器的主電路電壓檢測值的電平來計算再生側(cè)的轉(zhuǎn)矩限制值，并將所計算的轉(zhuǎn)矩限制值設(shè)置到所述轉(zhuǎn)矩限制單元。
全文摘要
提供了一種交流電動機(jī)的控制方法和裝置，其能夠連續(xù)操作交流電動機(jī)，而無需使用將再生阻抗或再生能返回到電源的裝置，并且不會使主電路電壓達(dá)到過壓電平。該交流電動機(jī)的控制裝置包括電源轉(zhuǎn)換器(1)，用于向交流電動機(jī)(5)輸出電能；轉(zhuǎn)矩限制裝置(6)，用于限制與任意轉(zhuǎn)矩命令相關(guān)的轉(zhuǎn)矩命令；電壓命令計算電路(7)，用于根據(jù)由轉(zhuǎn)矩限制裝置(6)限制的轉(zhuǎn)矩命令來計算電壓命令，以控制電源轉(zhuǎn)換器(1)的電能；以及切換模式生成電路(8)。通過電壓檢測器(9)來檢測電源轉(zhuǎn)換器(1)的主電路電壓，并且再生側(cè)轉(zhuǎn)矩限制值計算電路(10)根據(jù)所檢測值的電平計算再生側(cè)的轉(zhuǎn)矩限制值，并將其設(shè)定為轉(zhuǎn)矩限制裝置(6)的限制值。
文檔編號H02P27/04GK1751429SQ20048000415
公開日2006年3月22日 申請日期2004年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月14日
發(fā)明者井浦英昭, 山本陽一 申請人:株式會社安川電機(jī)