УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ
MOTOR CONTROL DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к устройству управления для двигателя, содержащего средство для определения типа двигателя.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Чтобы приводить в действие двигатель, такой как асинхронный двигатель или синхронный двигатель, необходимо узнать тип двигателя заранее, перед приведением в действие двигателя, так как способ приведения в действие различается в зависимости от типа двигателя. Следовательно, традиционно, пользователь узнает тип двигателя заранее и выбирает устройство управления и способ управления в соответствии с типом двигателя. Однако может быть сложно распознать типы некоторых двигателей из их внешнего вида. Таким образом, пользователь не всегда может распознать тип двигателя.
Чтобы решить вышеприведенную проблему, предлагается патентный документ 1. Способ согласно патентному документу 1 определяет тип двигателя посредством использования того факта, что степень насыщения двигателя различается в зависимости от типа двигателя.
СПИСОК БИБЛИОГРАФИЧЕСКИХ ССЫЛОК
ПАТЕНТНЫЙ ДОКУМЕНТ
Патентный документ 1: Публикация выложенного патента Японии № 2002-095289.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ЗАДАЧИ, КОТОРЫЕ ДОЛЖНЫ БЫТЬ РЕШЕНЫ ИЗОБРЕТЕНИЕМ
Способ по патентному документу 1 определяет тип двигателя на основании степени насыщения двигателя. Например, в случае асинхронного двигателя, тип двигателя определяется посредством использования того факта, что степень насыщения двигателя постоянна независимо от положения ротора двигателя, а в случае синхронного двигателя (синхронного двигателя со встроенным магнитом, синхронного двигателя с поверхностным магнитом или синхронного реактивного двигателя) тип двигателя определяется посредством использования того факта, что степень насыщения двигателя зависит от положения ротора. Однако в синхронном двигателе, сконструированном таким образом, что магнитное насыщение едва ли наступает, изменение степени насыщения в зависимости от положения ротора невелико, поэтому может быть сложно отличить синхронный двигатель от асинхронного двигателя. То есть, так как степень насыщения может быть подвергнута влиянию конструкции двигателя, помимо типа двигателя, может быть сложно определить тип двигателя посредством способа определения типа двигателя из степени насыщения.
Настоящее изобретение было сделано, чтобы решить вышеприведенную проблему, и задачей настоящего изобретения является предоставление устройства управления двигателем, способного определять тип двигателя посредством способа, менее подверженного факторам, отличным от типа двигателя, таким как конструкция двигателя, таким образом улучшая точность определения.
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ
Устройство управления двигателем согласно настоящему изобретению включает в себя: секцию установки команд частоты для вывода множества команд частоты; секцию формирования команд напряжения переменного тока (AC) для формирования и вывода команды напряжения AC на основании каждой из команд частоты; секцию приложения напряжения для приложения напряжения к двигателю на основании команды напряжения AC; секцию определения тока для определения тока двигателя, протекающего в двигателе; и секцию определения типа для определения типа двигателя на основании передаточной характеристики двигателя, рассчитанной из тока двигателя, команды напряжения AC и команды частоты.
РЕЗУЛЬТАТ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Устройство управления двигателем согласно настоящему изобретению включает в себя: секцию установки команд частоты для вывода множества команд частоты; секцию формирования команд напряжения переменного тока (AC) для формирования и вывода команды напряжения AC на основании каждой из команд частоты; секцию приложения напряжения для приложения напряжения к двигателю на основании команды напряжения AC; секцию определения тока для определения тока двигателя, протекающего в двигателе; и секцию определения типа для определения типа двигателя на основании передаточной характеристики двигателя, рассчитанной из тока двигателя, команды напряжения AC и команды частоты. Следовательно, устройство управления двигателем согласно настоящему изобретению может определять тип двигателя на основании передаточной характеристики двигателя, менее подверженной фактору, отличному от типа двигателя, такому как конструкция двигателя, таким образом, улучшая точность определения типа двигателя.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 - диаграмма конфигурации согласно устройству управления двигателем варианта осуществления 1 настоящего изобретения.
Фиг. 2 - подробная диаграмма конфигурации согласно устройству управления двигателем варианта осуществления 1 настоящего изобретения.
Фиг. 3 - диаграмма объяснения функций согласно устройству управления двигателем варианта осуществления 1 настоящего изобретения.
Фиг. 4 - диаграмма объяснения функций согласно устройству управления двигателем варианта осуществления 1 настоящего изобретения.
Фиг. 5 - блок-схема последовательности операций для объяснения процесса согласно устройству управления двигателем варианта осуществления 1 настоящего изобретения.
Фиг. 6 - подробная диаграмма конфигурации согласно устройству управления двигателем варианта осуществления 1 настоящего изобретения.
Фиг. 7 - диаграмма объяснения функций согласно устройству управления двигателем варианта осуществления 1 настоящего изобретения.
Фиг. 8 - диаграмма объяснения функций согласно устройству управления двигателем варианта осуществления 1 настоящего изобретения.
Фиг. 9 - другая диаграмма конфигурации согласно устройству управления двигателем варианта осуществления 1 настоящего изобретения.
Фиг. 10 - другая подробная диаграмма конфигурации согласно устройству управления двигателем варианта осуществления 1 настоящего изобретения.
Фиг. 11 - диаграмма конфигурации согласно устройству управления двигателем варианта осуществления 2 настоящего изобретения.
Фиг. 12 - блок-схема последовательности операций для объяснения процесса согласно устройству управления двигателем варианта осуществления 2 настоящего изобретения.
Фиг. 13 - диаграмма конфигурации согласно устройству управления двигателем варианта осуществления 2 настоящего изобретения.
Фиг. 14 - диаграмма эквивалентной схемы двигателя согласно устройству управления двигателем варианта осуществления 2 настоящего изобретения.
Фиг. 15 - подробная диаграмма конфигурации согласно устройству управления двигателем варианта осуществления 2 настоящего изобретения.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Вариант осуществления 1
В дальнейшем в материалах настоящей заявки, вариант осуществления 1 настоящего изобретения будет описан со ссылкой на чертежи. Фиг. 1 - диаграмма, показывающая аппаратную конфигурацию устройства 1 управления двигателем согласно варианту осуществления 1 настоящего изобретения, фиг. 2 - подробная диаграмма конфигурации, фиг. 3 и 4 - диаграммы объяснения функций, фиг. 5 - блок-схема последовательности операций для объяснения процесса, фиг. 6 - подробная диаграмма конфигурации, фиг. 7 и 8 - диаграммы объяснения функций. Вдобавок, фиг. 9 и 10 - диаграммы конфигурации, показывающие изменения согласно варианту осуществления 1 настоящего изобретения.
В дальнейшем в материалах настоящей заявки, устройство 1 управления двигателем согласно варианту осуществления 1 настоящего изобретения будет описано на основании фиг. 1.
В варианте осуществления 1, двигатель 2, приводимый в действие устройством 1 управления двигателем, является AC двигателем. Устройство 1 управления двигателем включает в себя: секцию 4 приложения напряжения для приложения напряжения к двигателю 2; секцию 3 определения тока для определения тока двигателя, протекающего между секцией 4 приложения напряжения и двигателем 2; секцию 5 формирования команд напряжения AC для передачи команды напряжения AC для секции 4 приложения напряжения; секцию 6 установки команд частоты для передачи команды частоты f для секции 5 формирования команд напряжения AC; и секцию 7 определения типа для вычисления передаточной характеристики двигателя из команды напряжения AC, команды частоты и тока двигателя, и определения типа двигателя.
На фиг. 1 секция 3 определения тока определяет u-фазный ток и v-фазный ток. Однако любая комбинация двух фаз, отличная от комбинации u-фазы и v-фазы, может быть определена. Вместо этого, могут быть определены u-фаза, v-фаза и w-фаза.
Секция 4 приложения напряжения является полупроводниковым силовым преобразователем и прикладывает напряжение AC к двигателю 2 на основании команды напряжения AC, выведенной секцией 5 формирования команд напряжения AC.
Фиг. 2 - подробная диаграмма конфигурации секции 5 формирования команд напряжения AC.
Умножитель 51 умножает команду частоты f(n) на 2π, чтобы получить команду угловой частоты ωn. Блок 52 вычисления тригонометрической функции выводит косинусоидную функцию cos(ωn·t) на основании команды угловой частоты ωn. Здесь, тригонометрическая функция, выводимая блоком 52 вычисления тригонометрической функции, может являться либо косинусоидной функцией cos(ωn·t), либо синусоидальной функцией sin(ωn·t). В варианте осуществления 1, ниже будет описан случай вывода косинусоидной функции cos(ωn·t).
Умножитель 53 умножает косинусоидную функцию cos(ωn·t), выводимую блоком 52 вычисления тригонометрической функции, на амплитуду команды напряжения Vref, которая является заданной постоянной величиной, тем самым выводя Vref·cos(ωn·t). Двухфазный/трехфазный преобразователь 54 выполняет двухфазное/трехфазное преобразование для команды напряжения по оси α Vα и команды напряжения по оси β Vβ, которые являются командами напряжения по двум осям в покое, в соответствии с выражением (1), тем самым выводя команды напряжения AC Vu*, Vv*, и Vw*.
[Выражение 1]
В варианте осуществления 1, Vα равняется Vref·cos(ωn·t), выводимому умножителем 53, а Vβ=0 задано. Следовательно, команда напряжения AC, выводимая секцией 5 формирования команд напряжения AC, является переменным напряжением, в котором направление вектора напряжения изменяется между двумя направлениями.
Отметим, что может быть задана команда напряжения AC, рассчитанная посредством выражения (1), используя Vβ=Vref·cos(ωn·t) и Vα=0.
Вдобавок, Vα и Vβ могут быть установлены с тем, чтобы получить переменное напряжение, в котором направление вектора напряжения изменяется среди трех и более направлений. В варианте осуществления 1 будет описан случай задаваемых Vα и Vβ для получения переменного напряжения.
В дальнейшем, в качестве используемого в настоящем изобретении, переменное напряжение (ток) определяется как напряжение (ток), в котором вектор напряжения (тока) меняется между двумя направлениями, например, 0 градусов и 180 градусов.
Со ссылкой на диаграмму объяснения функций на фиг. 3 будет описана функция секции 6 установки команд частоты.
Секция 6 установки команд частоты устанавливает и выводит множество различных команд частоты. В варианте осуществления 1, как показано на фиг. 3, секция 6 установки команд частоты устанавливает, в качестве команды частоты f(n), n различных команд частоты от f(1) до f(n), и последовательно выводит их в соответствии со значением счетчика n.
Далее, со ссылкой на диаграмму объяснения функций на фиг. 4, будет подробно описано функционирование секции 7 определения типа.
Секция 7 определения типа рассчитывает передаточную характеристику из переменного напряжения двигателя 2 к току двигателя посредством использования токов двигателя iu и iv, команд напряжения AC Vu*, Vv*, и Vw*, и команды частоты f(n), и определяет тип двигателя посредством передаточной характеристики.
А именно, тип двигателя определяется в зависимости от двигателя, содержащего цепь (в дальнейшем в материалах настоящей заявки указываемую как вторичная цепь), в которой ток течет в роторе, такого как асинхронный двигатель или синхронный двигатель, и двигателя, не содержащего вторичную цепь, такого как синхронный двигатель с постоянным магнитом или синхронный реактивный двигатель.
Фиг. 4(a) показывает пример передаточной характеристики асинхронного двигателя, а фиг. 4(b) показывает пример передаточной характеристики синхронного двигателя с постоянным магнитом. Отметим, что угловая частота горизонтальной оси на фиг. 4 обозначена, как десятичный логарифм, преобразованный из угловой частоты.
В варианте осуществления 1, как показано на фиг. 4, частотная характеристика (в дальнейшем в материалах настоящей заявки указываемая как амплитудная характеристика) отношения (усиления) между амплитудой переменного напряжения и амплитудой тока двигателя, получаемого посредством деления амплитуды тока двигателя на амплитуду переменного напряжения, используется в качестве передаточной характеристики.
Как показано на фиг. 4, амплитудная характеристика различается между двигателем (асинхронным двигателем), содержащим вторичную цепь, и двигателем (двигателем с постоянным магнитом), не содержащим вторичную цепь.
А именно, в двигателе, содержащем вторичную цепь, показанном на фиг. 4(a), так как двигатель содержит вторичную цепь, передаточная функция двигателя является системой второго порядка. Следовательно, имеется три точки (обозначенные штрихованными кругами), в которых наклон усиления изменяется на амплитудной характеристике. С другой стороны, в двигателе, не содержащем вторичную цепь, показанном на фиг. 4(b), так как его передаточная функция является системой первого порядка, имеется только одна точка, в которой наклон усиления изменяется.
Благодаря такому признаку, если имеется одна точка, в которой наклон усиления изменяется на амплитудной характеристике, двигатель может быть определен как двигатель, не содержащий вторичную цепь, и если имеется две или более точки, в которых наклон усиления изменяется, двигатель может быть определен как двигатель, содержащий вторичную цепь.
Соответственно, в варианте осуществления 1, рассчитывается наклон усиления, и тип двигателя определяется на основании наклона усиления.
В дальнейшем в материалах настоящей заявки будет описан конкретный способ для определения.
Фиг. 5 - блок-схема последовательности операций для объяснения процесса определения типа двигателя согласно устройству управления двигателем варианта осуществления 1.
Когда процесс начинается (S51), устанавливаются начальное значение n=1 и индикатор определения F=0, описанные ниже (S52). Далее, в соответствии со значением счетчика n (начальное значение =1), устанавливается команда частоты f(n) (S53).
Отметим, что команда частоты f при значении счетчика n обозначается f(n), и значение команды частоты, соответствующее каждому значению счетчика, устанавливается заранее.
Затем, переменное напряжение при команде частоты f(n) прикладывается к двигателю (S54). Как описано выше, переменное напряжение формируется секцией 4 приложения напряжения на основании команды напряжения AC, выводимой из секции 5 формирования команд напряжения AC, и затем прикладывается к двигателю 2. Когда переменное напряжение прикладывается, переменный ток течет в двигателе 2, и переменный ток определяется секцией 3 определения тока (S55).
Затем рассчитывается индикатор амплитуды переменного тока (S56), и рассчитывается усиление G(n), которое является отношением между амплитудой переменного тока и амплитудой переменного напряжения при значении счетчика n (S57). Затем рассчитывается наклон Ggd(n) усиления (S58).
Затем рассчитывается индикатор определения F (S59), описываемый подробно позже.
Если значение счетчика n равняется или меньше, чем максимальное значение счетчика N_end, установленное заранее (S60), значение счетчика устанавливается на n+1 посредством прибавления 1 к значению счетчика n (S61). После этого этапы с S53 по S60 повторяются, пока значение счетчика n не станет больше, чем максимальное значение N_end.
Если значение счетчика n больше, чем максимальное значение счетчика, определяют, является ли двигатель двигателем, содержащим вторичную цепь или двигателем, не содержащим вторичную цепь, на основании значения индикатора определения F (с S62 по S64), и затем процесс завершается (S65).
Фиг. 6 - подробная диаграмма конфигурации секции 7 определения типа, в которой выполняется вышеупомянутый расчет индикатора амплитуды переменного тока, амплитуды Vref переменного напряжения, усиления G, и наклона Ggd усиления, и вышеупомянутое определение типа двигателя.
Блок 71 вычисления амплитуды тока рассчитывает и выводит индикатор амплитуды переменного тока Iamp посредством выражения (2), используя токи двигателя iu и iv, выводимые секцией 3 определения тока.
[Выражение 2]
Блок 72 вычисления амплитуды напряжения рассчитывает амплитуду Vref команды напряжения AC посредством выражения (3), используя Vu*, Vv*, и Vw*, выводимые секцией 5 формирования команды напряжения AC.
[Выражение 3]
Делитель 73 делит индикатор амплитуды переменного тока на амплитуду Vref команды напряжения AC, тем самым рассчитывая и выводя усиление G. Блок 75 задержки выводит усиление G(n-1), полученное при значении счетчика n-1, то есть на один подсчет перед настоящим значением счетчика.
Сумматор-вычитатель 74 вычитает усиление G(n-1) на один подсчет раньше, выводимый блоком 75 задержки, из усиления G(n), выводимого делителем 73, тем самым выводя разницу ΔG(n) усиления. Умножитель 76 умножает команду частоты f(n), выводимую секцией 6 установки команд частоты, на 2π, тем самым выводя угловую частоту ωn. Блок 77 преобразования десятичного логарифма преобразовывает угловую частоту ωn, выводимую умножителем 76, в значение десятичного логарифма ωn' угловой частоты, посредством выражения (4).
[Выражение 4]
Блок 79 задержки выводит значение десятичного логарифма ωn-1' угловой частоты, полученное при значении счетчика n-1, то есть на один подсчет перед настоящим значением счетчика. Сумматор-вычитатель 78 вычитает значение десятичного логарифма ωn-1' угловой частоты на один подсчет раньше, выводимое блоком 79 задержки, из значения десятичного логарифма ωn' угловой частоты, выводимого блоком 77 преобразования десятичного логарифма, таким образом, выводя разницу Δωn' значения десятичного логарифма угловой частоты.
Делитель 80 делит разницу ΔG(n) усиления, выводимую сумматором-вычитателем 74, на разницу Δωn' значения десятичного логарифма угловой частоты, выводимую сумматором-вычитателем 78, таким образом, рассчитывая наклон Ggd(n) усиления.
Далее, со ссылкой на диаграммы объяснения функций на фиг. 7 и 8, будет описано функционирование блока 81 вычисления индикатора определения на фиг. 6, то есть функционирование вычисления индикатора определения F (S59) блок-схемы последовательности операций на фиг. 5.
Блок 81 вычисления индикатора определения устанавливает и выводит индикатор определения F на основании наклона Ggd(n) усиления, выводимого делителем 80.
Фиг. 7 показывает пример усиления G(n) и наклона Ggd(n) усиления относительно угловой частоты ωn, когда переменное напряжение при частотах с f(1) по f(n) последовательно прикладывается к двигателю, не содержащему вторичную цепь.
Фиг. 8 показывает пример усиления G(n) и наклона Ggd(n) усиления относительно угловой частоты ωn, когда переменное напряжение при частотах с f(1) по f(n) последовательно прикладывается к двигателю, содержащему вторичную цепь.
Как показано на фиг. 7, в двигателе, не содержащем вторичную цепь, передаточная функция является системой первого порядка, и имеется одна точка, в которой наклон усиления изменяется на амплитудной характеристике. При низких угловых частотах (с ω1 по ω6 на фиг. 7) наклон Ggd усиления близок к нулю. При угловых частотах (с ω7 по ω15 на фиг. 7), более высоких, чем вокруг точки, в которой наклон усиления изменяется, чем выше угловая частота, тем меньше наклон Ggd усиления.
С другой стороны, в двигателе, содержащем вторичную цепь, на фиг. 8, передаточная функция является системой второго порядка, и имеются три точки, в которых наклон усиления изменяется на амплитудной характеристике. При низких угловых частотах (с ω1 по ω4 на фиг. 8) наклон Ggd усиления близок к нулю.
Считая с самой низкой частоты, в диапазоне (с ω5 по ω8 на фиг. 8), примерно от первой точки, в которой наклон усиления меняется, примерно до второй точки, в которой наклон усиления меняется, наклон Ggd усиления уменьшается. Далее, в диапазоне (с ω9 по ω12 на фиг. 8), от второй точки, в которой наклон усиления меняется, примерно до третьей точки, в которой наклон усиления меняется, наклон Ggd усиления вновь увеличивается, чтобы стать близким к нулю. При угловых частотах (с ω13 по ω15 на фиг. 8), более высоких, чем вокруг третьей точки, в которой наклон усиления изменяется, чем выше угловая частота, тем меньше наклон Ggd усиления.
Изменение наклона Ggd усиления будет резюмировано следующим образом. В двигателе, не содержащем вторичную цепь, чем выше частота, тем меньше наклон Ggd усиления. С другой стороны, в двигателе, содержащем вторичную цепь, сначала наклон Ggd усиления уменьшается, когда частота увеличивается, а затем наклон Ggd усиления увеличивается, чтобы стать близким к нулю. После этого наклон Ggd усиления вновь уменьшается.
Блок 81 вычисления индикатора определения устанавливает и выводит индикатор определения F посредством использования вышеописанной разницы в передаточной характеристике.
В дальнейшем в материалах настоящей заявки будет отдельно описан процесс вычисления индикатора определения F (S59) на фиг. 5.
В начале всего процесса начальное значение индикатора определения F, которое должно выводиться блоком 81 вычисления индикатора определения, устанавливают на ноль (S52).
В то время как значение счетчика последовательно изменяется от 1 до n, если наклон Ggd(n) усиления, выводимый делителем 80, меньше, чем наклон Ggd(n-1) усиления на один подсчет раньше, значение Ggd(n) сохраняется как минимальное значение Ggd_min наклона усиления, а если наклон Ggd(n) не меньше, чем наклон Ggd(n-1), Ggd_min остается при своем текущем значении. Вдобавок, в то же время, когда устанавливается Ggd_min, устанавливается пороговое значение Glev наклона усиления.
Glev устанавливается на Kg раз от Ggd_min (Kg является заданным значением в диапазоне 0<Kg<1). Затем, когда наклон Ggd(n+1) усиления при следующем значении счетчика n+1 сравнивается с пороговым значением Glev наклона усиления, если наклон Ggd(n+1) усиления больше, чем пороговое значение Glev наклона усиления, 1 прибавляется к идентификатору определения F.
В двигателе, не содержащем вторичную цепь, как показано на фиг. 7, чем выше угловая частота, тем меньше наклон усиления. Следовательно, наклон Ggd(n+1) усиления никогда не становится больше, чем пороговое значение Glev наклона усиления, поэтому 1 никогда не прибавляется к идентификатору определения F. То есть, в двигателе, не содержащем вторичную цепь, идентификатор определения F равен 0.
Здесь, на фиг. 7, значения Ggd_min и Glev Ggd меняются в каждой точке от Ggd(2) до Ggd(15), и значения Ggd_min и Glev в последнем состоянии показаны на графике.
С другой стороны, в двигателе, содержащем вторичную цепь, как показано на фиг. 8, так как наклон Ggd(n+1) усиления становится больше, чем пороговое значение Glev наклона усиления, 1 прибавляется к идентификатору определения F. То есть, в двигателе, содержащем вторичную цепь, идентификатор определения F равен 1.
Здесь, на фиг. 8, значения Ggd_min и Glev Ggd меняются в каждой точке от Ggd(2) до Ggd(8), и не меняются в Ggd(9) и позже. На графике показаны значения Ggd_min и Glev в последнем состоянии.
На основании значения идентификатора определения F, выводимого блоком 81 вычисления идентификатора определения, если идентификатор определения F равен 0, блок 82 определения типа двигателя определяет, что двигатель является двигателем, не содержащим вторичную цепь, а если идентификатор определения F равен 1, определяет, что двигатель является двигателем, содержащим вторичную цепь, таким образом выводя тип двигателя.
В случае, когда двигатель, как цель определения, является асинхронным двигателем или синхронным двигателем с постоянным магнитом, если идентификатор определения F равен 0, блок 82 определения типа двигателя определяет, что двигатель является синхронным двигателем с постоянным магнитом. Если идентификатор определения F равен 1, блок 82 определения типа двигателя определяет, что двигатель является асинхронным двигателем. Затем блок 82 определения типа двигателя выводит тип двигателя.
Как описано выше, в варианте осуществления 1 блок 72 вычисления амплитуды напряжения на фиг. 6 рассчитывал амплитуду Vref команды напряжения AC посредством выражения (3) из Vu*, Vv* и Vw*, выводимых секцией 5 формирования команд напряжения AC. Однако вместо вычисления амплитуды переменного напряжения посредством выражения (3) Vref может быть получено напрямую от секции 5 формирования команд напряжения AC на фиг. 1. В этом случае блок 72 вычисления амплитуды напряжения не нужен.
Фиг. 9 показывает диаграмму конфигурации устройства управления двигателем в случае, когда Vref получают напрямую от секции 5 формирования команд напряжения AC.
Вдобавок, в варианте осуществления 1 команда частоты f(n) для каждого значения счетчика n устанавливается заранее в соответствии со значением счетчика n. Однако значение десятичного логарифма угловой частоты может изменяться на правильных интервалах в соответствии со значениями счетчика. В этом случае, так как Δωn' постоянно, наклон Ggd(n) усиления просто пропорционален только разнице ΔG(n) усиления.
Для определения типа двигателя не требуется абсолютное значение наклона Ggd(n) усиления, но требуется лишь получить точку, в которой наклон усиления меняется.
Следовательно, как показано на фиг. 10, если разница ΔG(n) усиления задана, как наклон Ggd(n) усиления, вычисление разницы значения десятичного логарифма угловой частоты может быть опущено. В результате, конфигурация секции 7 определения типа устройства управления двигателем, показанная на фиг. 6, может быть упрощена, как конфигурация секции 107 определения типа, показанная на фиг. 10.
Отметим, что в секции 107 определения типа Vref получается напрямую от секции 5 формирования команд напряжения AC.
Таким образом, согласно варианту осуществления 1, устройство 1 управления двигателем определяет тип двигателя на основании передаточной характеристики двигателя 2. Устройство 1 управления двигателем вычисляет, в качестве передаточной характеристики двигателя 2, усиление G, которое является частотной характеристикой отношения между амплитудой переменного напряжения и амплитудой тока двигателя, и затем получает наклон Ggd усиления из рассчитанного усиления G.
Следовательно, так как устройство 1 управления двигателем согласно варианту осуществления 1 определяет, является ли двигатель двигателем, не содержащим вторичную цепь, или двигателем, содержащим вторичную цепь, без использования магнитного насыщения двигателя, устройство 1 управления двигателем предоставляет эффект улучшения точности определения.
Вариант осуществления 2
В дальнейшем в материалах настоящей заявки, вариант осуществления 2 настоящего изобретения будет описан на основании чертежей. Фиг. 11 - диаграмма, показывающая аппаратную конфигурацию устройства 201 управления двигателем согласно варианту осуществления 2 настоящего изобретения, фиг. 12 - блок-схема последовательности операций для объяснения процесса, фиг. 13 - диаграмма конфигурации, фиг. 14 - эквивалентная схема двигателя, фиг. 15 - подробная диаграмма конфигурации. На фиг. 11 компоненты, которые совпадают или соответствуют компонентам на фиг. 1, обозначаются такими же условными обозначениями.
В варианте осуществления 2, постоянная двигателя вычисляется в качестве передаточной характеристики двигателя, и определение типа двигателя о том, является ли двигатель двигателем, содержащим вторичную цепь, или двигателем, не содержащим вторичную цепь, выполняется на основании постоянной двигателя.
Конфигурация устройства 201 управления двигателем согласно варианту осуществления 2 настоящего изобретения, показанному на фиг. 11, отличается только секцией 207 определения типа по сравнению с диаграммой конфигурации варианта осуществления 1, показанного на фиг. 1, а другие части - такие же, как на фиг. 1. Соответственно, будут описаны конфигурация и функционирование только секции 207 определения типа.
Секция 207 определения типа вычисляет постоянную двигателя двигателя 2 посредством предположения, что двигатель 2 является двигателем, содержащим вторичную цепь.
В случае двигателя, содержащего вторичную цепь, как результат вычисления постоянной двигателя, все постоянные двигателя становятся положительными вещественными числами. Однако в случае двигателя, не содержащего вторичную цепь, благодаря отсутствию вторичной цепи, постоянные двигателя, относящиеся к вторичной цепи, такие как сопротивление вторичной обмотки, индуктивность вторичной обмотки, и взаимная индуктивность между индуктивностью первичной обмотки и индуктивностью вторичной обмотки становятся значениями (отрицательным или мнимым числом), отличными от положительных вещественных чисел. Посредством использования вышеприведенного признака определяют, является ли двигатель двигателем, содержащим вторичную цепь, или двигателем, не содержащим вторичную цепь.
Фиг. 12 - блок-схема последовательности операций для определения типа двигателя согласно варианту осуществления 2.
Когда процесс начинается (S101), устанавливают начальное значение n=1 (S102). Далее, в соответствии со значением счетчика n (начальное значение =1), устанавливают команду частоты f(n) (S103).
Затем прикладывают переменное напряжение при команде частоты f(n) (S104), и переменный ток, имеющий ту же частоту, что и переменное напряжение, определяют из тока двигателя, текущего в двигателе 2 (S105).
Чтобы получить постоянную двигателя, содержащего вторичную цепь, посредством предположения, что двигатель 2 является двигателем, содержащим вторичную цепь, синфазный ток, имеющий то же направление фазы, что и переменное напряжение, и ток с квадратурной фазой, имеющий направление квадратурной фазы относительно переменного напряжения, извлекают из переменного тока, и затем сохраняются (S106).
Если значение счетчика n равняется или меньше, чем максимальное значение счетчика N_end, установленное заранее (S107), значение счетчика устанавливается на n+1 посредством прибавления 1 к значению счетчика n (S108). После этого этапы с S103 по S106 повторяются, пока значение счетчика n не станет больше, чем максимальное значение счетчика N_end.
Если значение счетчика n больше, чем максимальное значение счетчика, передаточная функция Gim(s) определяется на основании сохраненных синфазных токов и токов с квадратурной фазой посредством предположения, что двигатель 2 является двигателем, содержащим вторичную цепь (S109).
Далее из определенной передаточной функции Gim(s) вычисляют постоянные двигателя, т.е. сопротивление Rs первичной обмотки, сопротивление Rr вторичной обмотки, индуктивность Ls первичной обмотки, индуктивность Lr вторичной обмотки и взаимную индуктивность M (S110).
В случае, когда двигатель 2 является двигателем, не содержащим вторичную цепь, среди вычисленных постоянных двигателя сопротивление Rr вторичной обмотки и взаимная индуктивность M, которые являются постоянными двигателя, относящимися к вторичной цепи, становятся значениями, отличными от положительного вещественного числа. Следовательно, если сопротивление Rr вторичной обмотки и взаимная индуктивность M являются положительными вещественными числами, двигатель 2 определяется как двигатель, содержащий вторичную цепь, а если они не являются положительными вещественными числами, двигатель 2 определяется как двигатель, не содержащий вторичную цепь.
Отметим, что индуктивность Lr вторичной обмотки также является постоянной двигателя, относящейся к вторичной цепи. Однако, так как в вычислениях предполагается индуктивность Ls первичной обмотки = индуктивности Lr вторичной обмотки, индуктивность Lr вторичной обмотки становится положительным вещественным числом даже в двигателе, не содержащем вторичную цепь, как результат вычисления постоянной двигателя. Следовательно, только сопротивление Rr вторичной обмотки и взаимная индуктивность M используются, чтобы определить тип двигателя.
В дальнейшем в материалах настоящей заявки будет дополнительно описана блок-схема последовательности операций на фиг. 12.
В процессе от установки команды частоты f(n) (S103) до определения переменного тока (S105) на фиг. 12, как в варианте осуществления 1, секция 6 установки команд частоты устанавливает команду частоты f(n) в соответствии со значением счетчика n (начальное значение =1). Секция 5 формирования команды напряжения AC выполняет двухфазное/трехфазное преобразование для команды напряжения по оси α Vα=Vref·cos(ωn·t) и команды напряжения по оси β Vβ=0 на двух осях в покое посредством выражения (1), тем самым формируя команду напряжения AC. На основании команды напряжения AC секция 4 приложения напряжения прикладывает переменное напряжение к двигателю 2. Затем секция 3 определения тока определяет токи двигателя iu и iv.
Определение (S105) переменного тока и последующие этапы в блок-схеме последовательности операций на фиг. 12 соответствуют обработке секцией 207 определения типа на фиг. 11 варианта осуществления 2.
Фиг. 13 - диаграмма конфигурации секции 207 определения типа, а фиг. 15 показывает подробную диаграмму конфигурации секции 270 вычисления постоянной двигателя секции 207 определения типа.
Процесс от определения переменного тока (S105) до вычисления постоянной двигателя (S110) в блок-схеме последовательности операций на фиг. 12 является процессом для вычисления постоянных двигателя посредством предположения, что двигатель 2 является двигателем, содержащим вторичную цепь. Этот процесс соответствует секции 270 вычисления постоянной двигателя на фиг. 13. На этапе 111 определяют, являются или нет сопротивление Rr вторичной обмотки и взаимная индуктивность M положительными вещественными числами.
Сначала будет описана секция 270 вычисления постоянной двигателя секции 207 определения типа.
1
2
0
1
Фиг. 14 - эквивалентная схема для одной фазы асинхронного двигателя, который является двигателем, содержащим вторичную цепь, в остановленном состоянии. Из фиг. 14 передаточная функция Gim(s) от входного напряжения Vs к выходному току может быть представлена выражением (5). Используя коэффициенты a, a, b и b, выражение (5) может быть представлено выражением (6).
[Выражение 5]
[Выражение 6]
Отметим, что символы на фиг. 14 и в выражениях (5) и (6) обозначают следующее:
M: взаимная индуктивность, ls: индуктивность рассеяния первичной обмотки, lr: индуктивность рассеяния вторичной обмотки
Rs: сопротивление первичной обмотки, Ls: индуктивность первичной обмотки (=ls+M)
Rr: сопротивление вторичной обмотки, Lr: индуктивность вторичной обмотки (=lr+M)
s: оператор Лапласа
1
2
0
1
1
2
0
1
Чтобы вычислить постоянную двигателя посредством предположения, что двигатель 2 является двигателем, содержащим вторичную цепь, секция 270 вычисления постоянной двигателя определяет передаточную функцию Gim(s) двигателя, содержащего вторичную цепь, представленную выражением (6), тем самым получая коэффициенты a, a, b и b. Из полученных коэффициентов a, a, b и b постоянные двигателя вычисляют посредством выражений с (7) по (10).
1
2
0
1
Отметим, что обычно индуктивность Ls первичной обмотки и индуктивность Lr вторичной обмотки близки друг к другу. Следовательно, Ls=Lr предполагается при вычислении постоянных двигателя из коэффициентов a, a, b и b.
[Выражение 7]
[Выражение 8]
[Выражение 9]
[Выражение 10]
Фиг. 15 - подробная диаграмма конфигурации секции 270 вычисления постоянной двигателя, которая состоит из части для вычисления и хранения синфазного тока и тока с квадратурной фазой, и часть для определения передаточной функции.
Прикладывается вышеописанное переменное напряжение, основанное на Vα=Vref·cos(ωn·t) и Vβ=0, и секция 3 определения тока определяет ток двигателя. Определенные токи двигателя iu и iv преобразуются в ток по оси α и в ток по оси β на двух осях в покое посредством выражения (11). Если преобразованный ток по оси α обозначается iα, а преобразованный ток по оси β обозначается iβ, iα и iβ могут быть представлены выражением (12). Отметим, что в выражении (12) Iα - это амплитуда тока по оси α, а φ - сдвиг по фазе между Vα и iα.
[Выражение 11]
[Выражение 12]
Если передаточная функция от Vα к iα обозначена как Gα(jωn), передаточная функция Gα(jωn) может быть представлена выражением (13), когда прикладывается переменное напряжение Vα=Vref·cos(ωn·t).
[Выражение 13]
В выражении (13), |Iα/Vref|cosφ указывается как синфазный ток, а |Iα/Vref|sinφ указывается как ток с квадратурной фазой. В части для вычисления и хранения синфазного тока и тока с квадратурной фазой на фиг. 15 вычисляют вышеупомянутые синфазный ток и ток с квадратурной фазой.
В выражении (13), так как Vref является известной величиной, функция передачи Gα(jωn) может быть получена посредством вычисления синфазного тока |Iα|cosφ и тока с квадратурной фазой |Iα|sinφ.
Далее будет описан способ для вычисления синфазного тока |Iα|cosφ и тока с квадратурной фазой |Iα|sinφ. Приготавливаются косинусоидная функция 2cos(ωn·t) и синусоидальная функция 2sin(ωn·t), а затем значения, полученные посредством умножения iα на косинусоидную функцию и синусоидальную функцию, обозначаются как ξr и ξi, соответственно. Затем ξr и ξi представляются посредством выражений (14) и (15), соответственно.
[Выражение 14]
[Выражение 15]
Как очевидно из выражений (14) и (15), ξr и ξi состоят из компоненты AC, имеющей угловую частоту в 2ωn, и компоненты DC |Iα|·cosφ или |Iα|·sinφ. Следовательно, посредством удаления компонента угловой частоты 2ωn из ξr и ξi, могут быть получены синфазный ток |Iα|cosφ и ток с квадратурной фазой |Iα|sinφ.
В варианте осуществления 2, чтобы удалить компонент угловой частоты 2ωn из ξr и ξi, применяется режекторный фильтр, представленный выражением (16), тем самым получая синфазный ток |Iα|cosφ и ток с квадратурной фазой |Iα|sinφ, как показано посредством выражений (17) и (18).
Здесь, режекторный фильтр используется только для извлечения необходимого сигнала. А именно, режекторный фильтр является фильтром, который заставляет усиление для частоты сигнала узкой полосы равняться 0, и заставляет усиление других частот равняться 1.
Отметим, что синфазный ток |Iα|cosφ и ток с квадратурной фазой |Iα|sinφ при значении счетчика n обозначены как Ire(n) и Iim(n), соответственно.
[Выражение 16]
[Выражение 17]
[Выражение 18]
Таким образом, чтобы рассчитать Ire(n) и Iim(n) в части для вычисления и хранения синфазного тока и тока с квадратурной фазой на фиг. 15, трехфазный/двухфазный преобразователь 711 преобразует iu и iv, определенные секцией 3 определения тока, в iα и iβ.
Умножитель 712 умножает команду частоты f(n) при значении счетчика n, выводимую секцией 6 установки команд частоты, на 2π, тем самым выводя команду угловой частоты для ωn. Блок 713 вычисления косинусоидной функции выводит косинусоидную функцию cosωnt с угловой частотой ωn, а блок 714 вычисления синусоидальной функции выводит синусоидальную функцию sinωnt с угловой частотой ωn.
Пропорциональные блоки 715 и 716 удваивают косинусоидную функцию cosωnt, выводимую блоком 713 вычисления косинусоидной функции, и синусоидальную функцию sinωnt, выводимую блоком 714 вычисления синусоидальной функции, тем самым выводя 2cosωnt и 2sinωnt, соответственно. Умножители 717 и 718 умножают 2cosωnt и 2sinωnt, выводимые пропорциональными блоками 715 и 716, на iα, выводимый трехфазным/двухфазным преобразователем 711, тем самым выводя ξr и ξi в выражениях (14) и (15), соответственно.
Режекторные фильтры 719 и 720 применяют режекторные фильтры к ξr и ξi, выводимым умножителями 717 и 718, соответственно, тем самым выводя синфазный ток Ire(n) и ток с квадратурной фазой Iim(n) в выражениях (17) и (18) при значении счетчика n, соответственно.
Вдобавок, если значение счетчика n равно или меньше, чем N_end, блок 721 хранения синфазного тока сохраняет синфазный ток Ire(n). Если значение счетчика n становится больше, чем N_end, блок 712 хранения синфазного тока выводит сохраненные синфазные токи от Ire(1) до Ire(N_end) в качестве сохраненных значений синфазных токов.
Если значение счетчика n равно или меньше, чем N_end, блок 722 хранения тока с квадратурной фазой сохраняет ток с квадратурной фазой Iim(n). Если значение счетчика n становится больше, чем N_end, блок 722 хранения тока с квадратурной фазой выводит сохраненные токи с квадратурной фазой от Iim(1) до Iim(N_end) в качестве сохраненных значений тока с квадратурной фазой.
Если значение счетчика n равно или меньше, чем N_end, блок 723 хранения угловой частоты сохраняет угловую частоту ωn при значении счетчика n. Если значение счетчика n становится больше, чем N_end, блок 723 хранения угловой частоты выводит угловые частоты от ω1 до ωN_end в качестве сохраненных значений угловой частоты.
Далее будет описан блок 725 определения передаточной функции. Когда прикладывается переменное напряжение Vα=Vref·cos(ωn·t), имеющее угловую частоту ωn, передаточная функция от Vα к iα может быть представлена выражением (19), использующим вышеописанный синфазный ток Ire(n) и ток с квадратурной фазой Iim(n). Здесь, передаточная функция в выражении (19) обозначена как H(jωn).
[Выражение 19]
Вдобавок, если знаменатель и числитель передаточной функции Gim(s) двигателя, содержащего вторичную цепь, в выражении (5) обозначить как A(s) и B(s), и определять посредством выражений (20) и (21), соответственно, Gim(s) представляется выражением (22). Вдобавок, если оператор Лапласа s в выражении (22) заменить на jωn, выражение (22) может быть представлено выражением (23).
[Выражение 20]
[Выражение 21]
[Выражение 22]
[Выражение 23]
Как описано выше, в варианте осуществления 2, так как постоянные двигателя вычисляют посредством предположения, что двигатель 2 является двигателем, содержащим вторичную цепь, передаточная функция H(jωn) в выражении (19) предполагается равной передаточной функции Gim(jωn) двигателя, содержащего вторичную цепь, в выражении (23). То есть, получается связь, показанная выражением (24).
[Выражение 24]
Здесь, ε(n) определяется выражением (25). Из выражения (24), в идеале ε(n) в выражении (25) становится нулем. Затем, посредством применения метода наименьших квадратов, вычисляют неизвестные коэффициенты a1, a2, b0 и b1, чтобы минимизировать выражение (26).
[Выражение 25]
[Выражение 26]
Далее будет описан способ для получения выражения (26).
Если ε определяется выражением (27) имеется соотношение, показанное выражением (28), между ε и εT, которое является транспонированной матрицей ε.
[Выражение 27]
[Выражение 28]
Здесь, если ε' определяется выражением (29), функция выражения (26) может быть получена из выражений (28) и (29), как показано выражением (30).
[Выражение 29]
[Выражение 30]
Когда N_end>2, коэффициенты a1, a2, b0 и b1, которые минимизируют выражение (30), могут быть получены посредством применения метода наименьших квадратов, как показано выражением (31).
[Выражение 31]
Если значение счетчика стало больше, чем N_end, как описано выше, блок 725 определения функции передачи на фиг. 15 выполняет вычисление выражений (19) и (29)-(31) посредством использования сохраненных значений синфазного тока и сохраненных значений тока с квадратурной фазой, выводимых блоком 721 хранения синфазного тока, и сохраненных значений угловой частоты, выводимых блоком 723 хранения угловой частоты, тем самым получая коэффициенты a1, a2, b0 и b1.
Отметим, что в качестве Vref в выражении (19) используется Vref, вычисленное из выражения (3) блоком 724 вычисления амплитуды напряжения.
Вдобавок, как описано в варианте осуществления 1, Vref может быть получено напрямую от секции 5 формирования команды напряжения AC на фиг. 11. В этом случае блок 724 вычисления амплитуды напряжения не нужен.
Блок 726 преобразования постоянных двигателя вычисляет постоянные двигателя, то есть, сопротивление Rs первичной обмотки, сопротивление Rr вторичной обмотки, индуктивность Ls первичной обмотки (= индуктивности Lr вторичной обмотки), и взаимную индуктивность M из коэффициентов a1, a2, b0 и b1, выводимых блоком 725 определения функции передачи, посредством использования выражений (7)-(10). Из этих значений блок 726 преобразования постоянных двигателя выводит сопротивление Rr вторичной обмотки и взаимную индуктивность M, чтобы использовать их для определения типа двигателя.
Секция 270 вычисления постоянных двигателя на фиг. 13 выводит на блок 271 определения типа двигателя сопротивление Rr вторичной обмотки и взаимную индуктивность M, выводимые блоком 726 преобразования постоянных двигателя.
Блок 271 определения типа двигателя на фиг. 13 определяет тип двигателя из сопротивления Rr вторичной обмотки и взаимной индуктивности M, выводимых секцией 270 вычисления постоянных двигателя.
Если как сопротивление Rr вторичной обмотки, так и взаимная индуктивность M являются положительными вещественными числами, блок 271 определения типа двигателя определяет двигатель как двигатель, содержащий вторичную цепь, а если обе величины не являются положительными вещественными числами, блок 271 определения типа двигателя определяет двигатель как двигатель, не содержащий вторичную цепь. Затем блок 271 определения типа двигателя выводит определенный тип двигателя.
Отметим, что в случае, когда двигатель 2 является асинхронным двигателем или синхронным двигателем с постоянным магнитом, если как сопротивление Rr вторичной обмотки, так и взаимная индуктивность M являются положительными вещественными числами, двигатель 2 может быть определен, как асинхронный двигатель, а если нет, двигатель 2 может быть определен, как синхронный двигатель с постоянным магнитом.
Как описано выше, устройство 201 управления двигателем согласно варианту осуществления 2 вычисляет постоянные двигателя в качестве передаточной характеристики двигателя 2 и определяет тип двигателя из постоянных двигателя.
Устройство 201 управления двигателем прикладывает переменное напряжение, установленное на основании множества различных команд частоты, к двигателю 2, и затем определяет передаточную функцию двигателя 2 из переменного тока, текущего в двигателе 2, и переменного напряжения посредством предположения, что двигатель 2 является двигателем, содержащим вторичную цепь. Из определенной передаточной функции устройство 201 управления двигателем вычисляет постоянные двигателя в качестве передаточных характеристик двигателя 2. Из вычисленных постоянных двигателя, если как сопротивление Rr вторичной обмотки, так и взаимная индуктивность M являются положительными вещественными числами, устройство 201 управления двигателем определяет двигатель как двигатель содержащий вторичную цепь, а если нет, определяет двигатель как двигатель не содержащий вторичную цепь. Следовательно, так как устройство 201 управления двигателем согласно варианту осуществления 2 определяет, является ли двигатель двигателем, содержащим вторичную цепь, или двигателем, не содержащим вторичную цепь, без использования магнитного насыщения двигателя, устройство 201 управления двигателем предоставляет эффект улучшения точности определения.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Настоящее изобретение относится к устройству управления для двигателя, и более конкретно, к устройству управления для двигателя, содержащему средство для определения типа двигателя, который является целью управления, посредством использования передаточной характеристики двигателя, и является широко применимым к устройству управления для двигателя AC.