УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
CONTROL UNIT FOR AC ROTATING MACHINE

Область техники
Настоящее изобретение относится к устройству управления для вращающейся машины переменного тока, имеющему функцию ограничения тока для защиты вращающейся машины переменного тока и ее схемы возбуждения от перегрузки по току.
Предшествующий уровень техники
Традиционное устройство управления для вращающейся машины переменного тока этого вида раскрыто в JP5-68398A (патентный документ 1). Устройство управления для вращающейся машины переменного тока, раскрытое в этом патентном документе 1, содержит арифметическую схему по току для вычисления детектированного значения тока из каждого фазного тока, протекающего через вращающуюся машину переменного тока, арифметическую схему частоты коррекции для вычисления частотной коррекции из заданного значения тока и детектированного значения тока в соответствии с предварительно определенной арифметической операцией, модуль вычитания для вычитания значения частотной коррекции из значения команды управления частотой, арифметическую схему команд управления напряжением для вычисления значения команды управления напряжением в соответствии с выводом вычитания модуля вычитания и средство приложения напряжения для приложения напряжения возбуждения к вращающейся машине переменного тока на основе значения команды управления напряжением.
В устройстве управления для вращающейся машины переменного тока, раскрытом в патентном документе 1, детектированное значение тока выводится посредством арифметической схемы по току. Если детектированное значение тока превышает предварительно установленное заданное значение тока, арифметическая схема частоты коррекции вычисляет и выводит значение частотной коррекции посредством интегрирования, по меньшей мере, отклонения между детектированным значением тока и заданным значением тока.
Значение частотной коррекции вычитается из значения команды управления частотой, введенного извне, посредством модуля вычитания, и вводится в качестве частоты инвертора в схему команд управления напряжением. Схема команд управления напряжением вычисляет значение команды управления напряжением в соответствии с предварительно установленным функциональным соотношением, при этом значение команды управления напряжением выводится в средство приложения напряжения. В средстве приложения напряжения напряжение возбуждения, прикладываемое к вращающейся машине переменного тока, управляется так, чтобы следовать значению команды управления напряжением.
В данном документе арифметическая схема частоты коррекции выводит значение частотной коррекции для коррекции значения команды управления частотой в соответствии с предварительно определенной функциональной операцией, так что детектированное значение тока может не превышать заданное значение тока независимо от приводного или рекуперативного состояния вращающейся машины переменного тока. При такой конфигурации, устройство управления для асинхронного электродвигателя может защищать схему инвертора от перегрузки по току посредством проведения операции ограничения тока, которая является стабильной не только во время обычного режима работы, но также и во время жесткого ускорения или замедления либо рекуперации.
Краткое изложение существа изобретения
В устройстве управления для вращающейся машины переменного тока показатель ограничения тока сильно зависит от класса или вида вращающейся машины переменного тока и усиления арифметического средства значений частотной коррекции. Например, если усиление является слишком низким для вращающейся машины переменного тока, которая должна возбуждаться, переходная характеристика показателя ограничения тока хуже, и возникает перегрузка по току. Наоборот, если усиление является слишком высоким для вращающейся машины переменного тока, которая должна возбуждаться, система управления становится нестабильной вследствие влияния периода управления или несущей частоты силового инвертора. По этим причинам, необходимо надлежащим образом задавать усиление для вращающейся машины переменного тока, которая должна возбуждаться, чтобы получать требуемый показатель ограничения тока. Тем не менее, способ задания усиления не раскрыт в патентном документе 1.
Вследствие различия в рабочей области вращающейся машины переменного тока, в частности, когда вращающаяся машина переменного тока работает в области постоянной выходной мощности, имеется проблема в том, что требуемый показатель ограничения тока не может быть получен даже посредством использования способа, как описано в патентном документе 1.
Это изобретение осуществлено для того, чтобы разрешать вышеуказанную проблему.
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы получить надежный показатель ограничения тока при возбуждении вращающейся машины переменного тока с известной или неизвестной электрической постоянной и предоставить устройство управления для вращающейся машины переменного тока, в котором коэффициент усиления в арифметическом средстве значений частотной коррекции надлежащим образом вычисляется из электрической постоянной вращающейся машины переменного тока.
Согласно изобретению предоставляется устройство управления для вращающейся машины переменного тока, содержащее средство детектирования тока для детектирования тока, подаваемого во вращающуюся машину переменного тока, в качестве детектируемого значения тока, арифметическое средство значений частотной коррекции для вывода значения частотной коррекции, арифметическое средство частоты инвертора для вывода частоты инвертора на основе значения команды управления частотой и значения частотной коррекции, арифметическое средство команд управления напряжением для вычисления значения команды управления напряжением в соответствии с частотой инвертора и средство приложения напряжения для приложения напряжения к вращающейся машине переменного тока на основе значения команды управления напряжением, при этом арифметическое средство значений частотной коррекции содержит элемент вычисления отклонения тока для вывода отклонения тока на основе детектированного значения тока и значения команды управления для ограничения тока, постоянное запоминающее устройство для сохранения электрической постоянной вращающейся машины переменного тока, элемент вычисления коэффициента усиления для вычисления коэффициента усиления посредством использования электрической постоянной вращающейся машины переменного тока, выведенной из постоянного запоминающего устройства и произвольно заданного значения, усилитель для усиления отклонения тока, выводимого посредством элемента вычисления отклонения тока, на основе коэффициента усиления, вычисленного посредством элемента вычисления коэффициента усиления, чтобы вычислять арифметическое значение частотной коррекции, и модуль выбора выхода для вывода арифметического значения частотной коррекции в качестве значения частотной коррекции в предварительно определенном режиме работы вращающейся машины переменного тока.
Преимущество изобретения
С помощью устройства управления для вращающейся машины переменного тока согласно этому изобретению амплитуда тока вращающейся машины переменного тока может ограничиваться значением команды управления для ограничения тока или быть меньше посредством коррекции частоты инвертора, если детектированное значение тока превышает значение команды управления для ограничения тока. Кроме того, при возбуждении вращающейся машины переменного тока с электрической постоянной, сохраненной в постоянном запоминающем устройстве, коэффициент усиления может быть надлежащим образом рассчитан, посредством чего может получаться надежный показатель ограничения тока.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:
Фиг.1 изображает структурную схему варианта 1 осуществления устройства управления для вращающейся машины переменного тока согласно этому изобретению;
Фиг.2 изображает блок-схему последовательности операций способа, показывающую операцию ограничения тока варианта 1 осуществления;
Фиг.3 изображает блок-схему передаточной характеристики системы управления согласно варианту 1 осуществления;
Фиг.4 изображает эквивалентную блок-схему перезаписи фиг.3;
Фиг.5 изображает характеристическую диаграмму передаточной характеристики системы управления согласно варианту 1 осуществления;
Фиг.6 изображает пояснительный вид для рабочего диапазона вращающейся машины переменного тока;
Фиг.7 изображает блок-схему модификации 1A варианта 1 осуществления;
Фиг.8 изображает блок-схему варианта 2 осуществления устройства управления для вращающейся машины переменного тока согласно этому изобретению;
Фиг.9 изображает блок-схему модификации 2A варианта 2 осуществления;
Фиг.10 изображает блок-схему варианта 3 осуществления устройства управления для вращающейся машины переменного тока согласно этому изобретению;
Фиг.11 изображает характеристическую схему передаточной характеристики устройства управления согласно варианту 3 осуществления;
Фиг.12 изображает блок-схему модификации 3A варианта 3 осуществления;
Фиг.13 изображает блок-схему варианта 4 осуществления устройства управления для вращающейся машины переменного тока согласно этому изобретению;
Фиг.14 изображает блок-схему модификации 4A варианта 4 осуществления;
Фиг.15 изображает блок-схему варианта 5 осуществления устройства управления для вращающейся машины переменного тока согласно этому изобретению;
Фиг.16 изображает блок-схему модификации 5A варианта 5 осуществления;
Фиг.17 изображает блок-схему варианта 6 осуществления устройства управления для вращающейся машины переменного тока согласно этому изобретению;
Фиг.18 изображает блок-схему модификации 6A варианта 6 осуществления;
Фиг.19 изображает блок-схему варианта 7 осуществления устройства управления для вращающейся машины переменного тока согласно этому изобретению;
Фиг.20 изображает блок-схему модификации 7A варианта 7 осуществления;
Фиг.21 изображает блок-схему варианта 8 осуществления устройства управления для вращающейся машины переменного тока согласно этому изобретению;
Фиг.22 изображает блок-схему модификации 8A варианта 8 осуществления;
Фиг.23 изображает блок-схему варианта 9 осуществления устройства управления для вращающейся машины переменного тока согласно этому изобретению;
Фиг.24 изображает блок-схему модификации 9A варианта 9 осуществления;
Фиг.25 изображает блок-схему варианта 10 осуществления устройства управления для вращающейся машины переменного тока согласно этому изобретению;
Фиг.26 изображает блок-схему модификации 10A варианта 10 осуществления.
Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Вариант 1 осуществления
(1) Пояснение конфигурации варианта 1 осуществления
Фиг.1 изображает блок-схему конфигурации варианта 1 осуществления устройства управления для вращающейся машины переменного тока согласно изобретению. Как показано на Фиг.1, устройство управления для вращающейся машины переменного тока согласно варианту 1 осуществления содержит средство 11 приложения напряжения для возбуждения вращающейся машины 10 переменного тока, средство 13 детектирования тока, средство 15 команд управления напряжением, арифметическое средство 17 частоты инвертора и арифметическое средство 20 значений частотной коррекции. Преобразователь 132 трехфазных координат в координаты по dq-оси средства 13 детектирования тока, средство 15 команд управления напряжением, арифметическое средство 17 частоты инвертора и арифметическое средство 20 значений частотной коррекции выполнены, например, из микрокомпьютера.
Вращающаяся машина 10 переменного тока является асинхронным электродвигателем 10I в варианте 1 осуществления. Средство 11 приложения напряжения является возбуждающей схемой для вращающейся машины 10 переменного тока и конкретно состоит из трехфазного инвертора VVVF-типа, который генерирует напряжение Vuvw возбуждения трехфазного переменного тока на основе команды V* управления трехфазным напряжением, введенной из средства 15 команд управления напряжением, и прикладывает это напряжение Vuvw возбуждения трехфазного переменного тока к вращающейся машине 10 переменного тока. Трехфазный инвертор VVVF-типа, составляющий средство 11 приложения напряжения, которое является переменным по напряжению V возбуждения напряжения Vuvw возбуждения трехфазного переменного тока для вывода и по частоте f возбуждения, генерирует напряжение Vuvw возбуждения трехфазного переменного тока, имеющее напряжение V возбуждения, обозначенное посредством команды V* управления трехфазным напряжением, и частоту f возбуждения, и подает это напряжение Vuvw возбуждения трехфазного переменного тока в асинхронный электродвигатель 10I.
u
v
w
u
v
w
u
v
w
Средство 13 детектирования тока содержит детектор 131 тока и преобразователь 132 трехфазных координат в координаты по dq-оси. Детектор 131 тока, который выполнен с использованием трансформатора тока, например, детектирует каждый фазный ток i, i, i из трех фаз, протекающий через асинхронный электродвигатель 10I, на основе напряжения Vuvw возбуждения трехфазного переменного тока, и предоставляет каждый фазный ток i, i, i в преобразователь 132 трехфазных координат в координаты по dq-оси. Преобразователь 132 трехфазных координат в координаты по dq-оси, который является модулем координатного преобразования для преобразования трехфазных координат во вращающиеся двухосные координаты, включающие в себя ортогональные d-ось и q-ось, вводит фазный сигнал θ и формирует соответствующее значение id тока d-оси и значение iq тока q-оси из каждого фазного тока i, i, i посредством использования этого фазного сигнала θ. Преобразователь 132 трехфазных координат в координаты по dq-оси формирует детектированное значение I тока наряду со значением id тока d-оси и значением iq тока q-оси. Значение id тока d-оси и значение iq тока q-оси предоставляются в средство 15 команд управления напряжением. Детектированное значение I тока предоставляется в арифметическое средство 20 значений частотной коррекции. Детектированное значение I тока задается равным значению iq тока q-оси в этом варианте 1 осуществления и предоставляется в следующем уравнении 1.
<mrow><mi>I</mi><mo>=</mo><mi>i</mi><mi>q</mi></mrow>
[уравнение 1]
Средство 15 команд управления напряжением конфигурируется как известная система управления постоянной наведенного напряжения/частоты возбуждения (в дальнейшем называемая системой управления постоянной (E/f)) или известная система управления постоянной напряжения возбуждения/частоты возбуждения (в дальнейшем называемая системой управления постоянной (V/f)). Система управления постоянной (E/f) заключает в себе управление соотношением (E/f) наведенного напряжения E, наведенного во вращающейся машине 10 переменного тока на основе напряжения Vuvw возбуждения трехфазного переменного тока, к частоте f возбуждения так, что оно является постоянным. Система управления постоянной (V/f) заключает в себе управление соотношением (V/f) напряжения V возбуждения напряжения Vuvw возбуждения трехфазного переменного тока к частоте f возбуждения так, что оно является постоянным. В этом варианте 1 осуществления, средство 15 команд управления напряжением конфигурируется как система управления постоянной (E/f). Средство 15 команд управления напряжением этой системы управления постоянной (E/f) имеет арифметическое средство 153 команд управления напряжением способа управления постоянной (E/f) и преобразователь 157 координат по dq-оси в трехфазные координаты.
i
Арифметическое средство 17 частоты инвертора содержит модуль 171 вычитания. В этот модуль 171 вычитания предоставляется значение ω* команды управления частотой извне, а также предоставляется значение ∆ω частотной коррекции из арифметического средства 20 значений частотной коррекции. Арифметическое средство 17 частоты инвертора вычитает значение ∆ω частотной коррекции из значения ω* команды управления частотой в соответствии со следующим уравнением 2 и выводит частоту ω инвертора.
<mrow><msub><mi>ω</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><msup><mi>ω</mi><mo>*</mo></msup><mo>−</mo><mi>Δ</mi><mi>ω</mi></mrow>
[уравнение 2]
i
i
В арифметическое средство 153 команд управления напряжением системы управления постоянной (E/f) предоставляется значение id тока d-оси и значение iq тока q-оси из преобразователя 132 трехфазных координат в координаты по dq-оси средства 13 детектирования тока, а также предоставляется частота ω инвертора из арифметического средства 17 частоты инвертора. Это арифметическое средство 153 команд управления напряжением вычисляет команду vd* управления напряжением d-оси и команду vq* управления напряжением q-оси на основе значения id тока d-оси, значения iq тока q-оси и частоты ω инвертора в соответствии со следующими уравнениями 3 и 4 и предоставляет команду vd* управления напряжением d-оси и команду vq* управления напряжением q-оси в преобразователь 157 координат по dq-оси в трехфазные координаты. Преобразователь 157 координат по dq-оси в трехфазные координаты, в который вводится фазный сигнал 9, преобразует команду vd* управления напряжением d-оси и команду vq* управления напряжением q-оси в команду V* управления трехфазным напряжением посредством использования этого фазного сигнала θ и предоставляет эту команду V* управления трехфазным напряжением в средство 11 приложения напряжения.
<mrow><mi>v</mi><msup><mi>d</mi><mo>*</mo></msup><mo>=</mo><msub><mi>R</mi><mn>1</mn></msub><mo>×</mo><mi>i</mi><mi>d</mi></mrow>
[уравнение 3]
<mrow><mi>v</mi><msup><mi>q</mi><mo>*</mo></msup><mo>=</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>R</mi><mn>1</mn></msub><mo>×</mo><mi>i</mi><mi>q</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>ω</mi><mi>i</mi></msub><mo>×</mo><msub><mi>L</mi><mn>1</mn></msub><mo>×</mo><mi>i</mi><msup><mi>d</mi><mo>*</mo></msup><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
[уравнение 4]
1
1
В уравнениях 3 и 4 R является сопротивлением статора асинхронного электродвигателя 10I, а L является индуктивностью его статора.
limit
i
i
Арифметическое средство 20 значений частотной коррекции имеет шесть портов 20-I1-20-I6 ввода и один порт 20-O вывода и внутренне содержит элемент 201 вычисления отклонения тока, постоянное запоминающее устройство 203, элемент 210 вычисления коэффициента усиления, усилитель 230, компонент 231 вывода нулевых значений, формирователь 233 сигналов состояния и модуль 235 выбора выхода. В порт 20-I1 ввода предоставляется детектированное значение I тока из преобразователя 132 трехфазных координат в координаты по dq-оси средства 13 детектирования тока. В порт 20-I2 ввода предоставляется значение I команды ограничения тока извне. В порт 20-I3 ввода предоставляется частота ω инвертора. В порт 20-I4 ввода предоставляется значение ω* команды управления частотой. В порт 20-I5 ввода предоставляется, по меньшей мере, одно из частоты ω инвертора, значения ω* команды управления частотой и команды V* управления трехфазным напряжением. В порт 20-I6 ввода предоставляется команда id* управления током d-оси для вращающейся машины 10 переменного тока или асинхронного электродвигателя 10I в этом варианте 1 осуществления.
Эта команда id* управления током d-оси, которая является током возбуждения для асинхронного электродвигателя 10I, используется в арифметическом средстве 153 команд управления напряжением и предоставляется из этого арифметического средства 153 команд управления напряжением. Порт 20-O вывода выводит значение ∆ω частотной коррекции в модуль 171 вычитания арифметического средства 17 частоты инвертора.
limit
Элемент 201 вычисления отклонения тока содержит модуль 202 вычитания, и этот модуль 202 вычитания подключается к портам 20-I1 ввода и 20-I2. Элемент 201 вычисления отклонения тока вычитает значение I ограничения тока из детектированного значения I тока в соответствии со следующим уравнением 5 и выводит отклонение ∆I тока.
<mrow><mi>Δ</mi><mi>I</mi><mo>=</mo><mi>I</mi><mo>−</mo><msub><mi>I</mi><mrow><mi>lim</mi><mi>i</mi><mi>t</mi></mrow></msub></mrow>
[уравнение 5]
2
2
x
Постоянное запоминающее устройство 203 сохраняет различные виды электрических постоянных, касающихся вращающейся машины 10 переменного тока или асинхронного электродвигателя 10I в варианте 1 осуществления. Электрические постоянные, сохраненные в этом постоянном запоминающем устройстве 203, включают в себя, по меньшей мере, постоянную σ утечки асинхронного электродвигателя 10I, его сопротивление R ротора, его индуктивность L ротора и заданное значение ω скорости отклика при ограничении тока для асинхронного электродвигателя 10I.
2
2
x
2
2
x
Элемент 210 вычисления коэффициента усиления содержит арифметический компонент 213 коэффициентов усиления, компонент 221 вывода нулевых значений, компонент 223 формирования сигналов переключения и переключающий компонент 225. Электрические постоянные σ, R, L и ω, сохраненные в постоянном запоминающем устройстве 203, предоставляются в арифметический компонент 213 коэффициентов усиления. Арифметический компонент 213 коэффициентов усиления подключается к постоянному запоминающему устройству 203 и порту 20-I6 ввода. Этот арифметический компонент 213 коэффициентов усиления вычисляет коэффициенты G1 и G2 усиления посредством использования электрических постоянных σ, R, L и ω, предоставляемых из постоянного запоминающего устройства 203, и команды id* управления током d-оси, предоставляемой в порт 20-I6 ввода, в соответствии со следующими уравнениями 6 и 7 и предоставляет эти коэффициенты G1 и G2 усиления на вход a переключающего компонента 225.
<mrow><mi>G</mi><mn>1</mn><mo>=</mo><mi>σ</mi><mo>×</mo><mfrac><mrow><msub><mi>ω</mi><mi>x</mi></msub></mrow><mrow><mi>i</mi><msup><mi>d</mi><mo>*</mo></msup></mrow></mfrac></mrow>
[уравнение 6]
<mrow><mi>G</mi><mn>2</mn><mo>=</mo><mfrac><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><mi>σ</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>×</mo><msub><mi>R</mi><mn>2</mn></msub><mo>×</mo><msub><mi>ω</mi><mi>x</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>L</mi><mn>2</mn></msub><mo>×</mo><mi>i</mi><msup><mi>d</mi><mrow><msub><mrow /><mrow /></msub></mrow></msup><mo>*</mo></mrow></mfrac></mrow>
[уравнение 7]
Команда id* управления током d-оси предоставляется посредством следующего уравнения 8.
<mrow><mi>i</mi><msup><mi>d</mi><mo>*</mo></msup><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>V</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mrow><mn>2</mn><mo>×</mo><mi>π</mi><mo>×</mo><msub><mi>f</mi><mn>0</mn></msub><mo>×</mo><msub><mi>L</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>K</mi><mrow><mi>v</mi><mi>f</mi></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>L</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
[уравнение 8]
0
0
vf
vf
В этом уравнении (8) V является номинальным напряжением вращающейся машины 10 переменного тока или асинхронного электродвигателя 10I в варианте 1 осуществления, f является основной частотой, а K является так называемым коэффициентом усиления преобразования V/F. Этот коэффициент усиления K преобразования V/f предоставляется посредством следующего уравнения 9:
<mrow><msub><mi>K</mi><mrow><mi>v</mi><mi>f</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>V</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mrow><mn>2</mn><mo>×</mo><mi>π</mi><mo>×</mo><msub><mi>f</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
[уравнение 9]
i
Компонент 221 вывода нулевых значений предоставляет вывод нулевого значения на вход b переключающего компонента 225. Компонент 223 формирования сигналов переключения подключается к порту 20-I5 ввода. Компонент 223 формирования сигналов переключения определяет то, находится или нет рабочий диапазон вращающейся машины 10 переменного тока или асинхронного электродвигателя 10I в области постоянного крутящего момента, на основе, по меньшей мере, одного из частоты ω инвертора, значения ω* команды управления частотой и команды V* управления трехфазным напряжением, предоставляемой в порт 20-I5 ввода, и формирует сигнал SS переключения на основе этого определения. Переключающий компонент 225 имеет вход a, подключенный к арифметическому компоненту 213 коэффициентов усиления, вход b, подключенный к компоненту 221 вывода нулевых значений, и выход c. В состоянии, в котором вращающаяся машина 10 переменного тока или асинхронный электромотор 10I в варианте 1 осуществления работает в области постоянного крутящего момента, сигнал SS переключения предоставляет возможность переключающему компоненту 225 выбирать вход a, который должен выводиться на выход c, и предоставлять коэффициенты G1 и G2 усиления, как представлено в уравнениях 6 и 7, из выхода c в усилитель 230. В состоянии, в котором вращающаяся машина 10 переменного тока или асинхронный электродвигатель 10I сдвигается от области постоянного крутящего момента к области постоянной выходной мощности, сигнал SS переключения предоставляет возможность переключающему компоненту 225 выбирать вход b, который должен выводиться на выход c, и предоставлять вывод нулевого значения из компонента 221 вывода нулевых значений из выхода c в усилитель 230.
a
a
В состоянии, в котором вращающаяся машина 10 переменного тока или асинхронный электродвигатель 10I работает в области постоянного крутящего момента, усилитель 230 вычисляет арифметическое значение ∆ω частотной коррекции посредством использования коэффициентов G1 и G2 усиления, предоставленных из арифметического компонента 213 коэффициентов усиления в соответствии со следующим уравнением 10, и выводит это арифметическое значение ∆ω частотной коррекции на вход a модуля 235 выбора выхода.
<mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>ω</mi><mi>a</mi></msub><mo>=</mo><mrow><mo>{</mo><mrow><mi>G</mi><mn>1</mn><mo>+</mo><mfrac><mrow><mi>G</mi><mn>2</mn></mrow><mi>s</mi></mfrac></mrow><mo>}</mo></mrow><mo>×</mo><mi>Δ</mi><mi>I</mi></mrow>
[уравнение 10]
В этом уравнении (10) s - это оператор Лапласа.
a
Компонент 231 вывода нулевых значений выводит вывод нулевого значения на вход b модуля 235 выбора выхода. Модуль 235 выбора выхода выбирает любой из входов a и b, который должен выводиться на выход c. Выход c этого модуля 235 выбора выхода является значением ∆ω частотной коррекции и предоставляется из порта 20-O вывода арифметического средства 20 значений частотной коррекции в модуль 171 вычитания арифметического средства 17 частоты инвертора. Значение ∆ω частотной коррекции, выведенное из выхода c модуля 235 выбора выхода, является арифметическим значением ∆ω частотной коррекции, выведенным из усилителя 230, или выводом нулевого значения, выведенным из компонента 231 вывода нулевых значений.
limit
i
limit
limit
limit
a
limit
i
i
Формирователь 233 сигналов состояния подключается к портам 20-I1-20-I4 ввода, в которых детектированное значение I тока предоставляется из порта 20-I1 ввода, значение I команды ограничения тока предоставляется из порта 20-I2 ввода, частота ω инвертора предоставляется из порта 20-I3 ввода, а значение ω* команды управления частотой предоставляется из порта 20-I4 ввода. Этот формирователь 233 сигналов состояния, во-первых, сравнивает детектированное значение I тока со значением I команды ограничения тока, при этом как результат сравнения, если детектированное значение I тока превышает значение I команды ограничения тока или существует зависимость I>I, сигнал CS переключения предоставляет возможность модулю 235 выбора выхода выбирать вход a, чтобы выводить арифметическое значение ∆ω частотной коррекции, предоставляемое на вход a, в качестве значения ∆ω частотной коррекции на выход c. Кроме того, если детектированное значение I тока меньше значения I команды ограничения тока, и если частота ω инвертора превышает значение ω* команды управления частотой, или зависимость ω<ω* отрицается в состоянии, в котором модуль 235 выбора выхода выбирает вход a, сигнал CS состояния, сформированный посредством формирователя 233 сигналов состояния, предоставляет возможность модулю 235 выбора выхода выбирать вход b, чтобы выводить вывод нулевого значения, предоставляемый на вход b, в качестве значения ∆ω частотной коррекции.
i
В данном документе фазный сигнал θ для использования в координатном преобразовании может получаться посредством интегрирования частоты ω инвертора, как представлено в следующем уравнении 11:
<mrow><mi>θ</mi><mo>=</mo><mstyle displaystyle="true"><mrow><mo>∫</mo><mrow><msub><mi>ω</mi><mi>i</mi></msub></mrow></mrow></mstyle><mi>d</mi><mi>t</mi></mrow>
[уравнение 11]
Для преобразователя 132 трехфазных координат в координаты по dq-оси, из значения id тока d-оси и значения iq тока q-оси во вращательных биаксиальных координатах, включающих в себя d-ось и q-ось, которые являются ортогональными, значение id тока d-оси является составляющей тока, синфазной с фазным сигналом θ, а значение iq тока q-оси является составляющей тока, синфазной ортогонально фазному сигналу θ. Кроме того, для преобразователя 157 координат по dq-оси в трехфазные координаты, из команды vd* управления напряжением d-оси и команды vq* управления напряжением q-оси во вращательных двуосных координатах, включающих в себя d-ось и q-ось, которые являются ортогональными, команда vd* управления напряжением d-оси является составляющей команды управления напряжением, синфазной с фазным сигналом θ, и команда vq* управления напряжением q-оси является составляющей команды управления напряжением, синфазной ортогонально фазному сигналу θ.
(2) Пояснение работы варианта 1 осуществления
limit
limit
i
limit
Ссылаясь на Фиг.1, ниже описывается работа арифметического средства 20 значений частотной коррекции, которое ограничивает ток, протекающий через асинхронный электродвигатель 10I, значением I команды управления для ограничения тока. В состоянии, в котором вращающаяся машина 10 переменного тока или асинхронный электродвигатель 10I в этом варианте 1 осуществления работает в области постоянного крутящего момента, арифметическое средство 20 значений частотной коррекции имеет функцию подавления тока, протекающего через асинхронный электродвигатель 10I, до значения, меньшего значения I команды управления ограничения тока, посредством коррекции частоты ω инвертора с помощью значения ∆ω частотной коррекции, когда асинхронный электродвигатель 10I переходит в режим вращения, в котором ток, протекающий через асинхронный электродвигатель 10I, превышает значение I команды управления ограничения тока.
limit
i
В состоянии, в котором асинхронный электродвигатель 10I работает в области постоянного крутящего момента, вероятно, может осуществляться, например, режим вращения, в котором ток, протекающий через асинхронный электродвигатель 10I, превышает значение I команды управления для ограничения тока, когда предоставляется значение команды управления жестким ускорением или значение команды управления жестким замедлением, причем значение ω* команды управления частотой мгновенно изменяется во времени, или существует изменение мгновенно приложенной нагрузки, к примеру, ударной нагрузки в асинхронном электродвигателе 10I. В таком режиме вращения ток, протекающий через асинхронный электродвигатель 10I, подавляется посредством регулирования частоты ω инвертора так, что она увеличивается или уменьшается, с помощью значения ∆ω частотной коррекции.
limit
i
limit
i
i
limit
В данном документе, если ток, протекающий через вращающуюся машину 10 переменного тока, превышает значение I команды управления ограничения тока, операция регулирования частоты ω инвертора называется операцией SA стопорения, а если ток, протекающий через вращающуюся машину 10 переменного тока, не превышает значение I команды управления ограничения тока, операция регулирования частоты ω инвертора так, что она совпадает со значением ω* команды управления частотой, называется операцией RA восстановления. Арифметическое средство 20 значений частотной коррекции в варианте 1 осуществления имеет действие автоматического выполнения работы регулирования частоты ω инвертора в состоянии, в котором асинхронный электродвигатель 10I работает в области постоянного крутящего момента, если асинхронный электродвигатель 10I переходит в режим вращения, в котором ток, протекающий через асинхронный электродвигатель 10I, превышает команду I управления для ограничения тока.
a
limit
i
a
limit
В частности, прежде всего, элемент 201 вычисления отклонения тока вычисляет отклонение ∆I тока в соответствии с уравнением 5. Усилитель 230 вычисляет арифметическое значение ∆ω частотной коррекции, соответствующее избыточной величине тока асинхронного электродвигателя 10I в соответствии с уравнением 10 в состоянии, в котором вращающаяся машина 10 переменного тока или асинхронный электродвигатель 10I работает в области постоянного крутящего момента, поскольку переключающий компонент 225 выводит коэффициенты G1 и G2 усиления, вычисленные в арифметическом компоненте 213 коэффициентов усиления. Формирователь 233 сигналов состояния, во-первых, сравнивает детектированное значение I тока со значением I команды управления ограничения тока, затем сравнивает частоту ω инвертора со значением ω* команды управления частотой и формирует сигнал CS состояния. На основе сигнала CS состояния, модуль 235 выбора выхода выводит вывод нулевого значения из компонента 231 вывода нулевых значений в обычном режиме вращения или выводит арифметическое значение ∆ω частотной коррекции в режиме вращения, в котором ток, протекающий через асинхронный электромотор 10I, превышает значение I команды управления ограничения тока.
a
limit
a
Таким образом, формирователь 233 сигналов состояния управляет переключением вывода модуля 235 выбора выхода между выводом нулевого значения и арифметическим значением ∆ω частотной коррекции, посредством чего обеспечивается операция ограничения тока, как показано на Фиг.2. Фиг.2 является блок-схемой последовательности операций способа, показывающей операцию ограничения тока. Блок-схема последовательности операций способа по Фиг.2 включает в себя семь этапов S11-S17 от начала. Во-первых, на этапе S11, формирователь 233 сигналов состояния выполняет детектирование того, превышает или нет детектированное значение I тока значение I команды управления ограничения тока. Если результатом детектирования является "Да", процесс переходит к этапу S12. На этом этапе S12, модуль 235 выбора выхода выбирает вход a, чтобы выводить арифметическое значение ∆ω частотной коррекции в качестве значения ∆ω частотной коррекции. Если результатом детектирования на этапе S11 является "Нет", процесс снова возвращается к этапу S11.
limit
Переходя от этапа S12 к этапу S13, формирователь 233 сигналов состояния снова выполняет определение на этапе S13 того, превышает или нет детектированное значение I тока значение I команды управления ограничения тока. Если результатом определения является "Да", процесс переходит к этапу S14, на котором выполняется операция SA стопорения. Если операция SA стопорения завершается на этом этапе S14, процесс снова возвращается к этапу S13. Если результатом определения на этапе S13 является "Нет", процесс переходит к этапу S15, на котором выполняется операция RA восстановления. Если операция RA восстановления на этом этапе S15 завершается, процесс переходит к этапу S16.
i
i
На этапе S16 формирователь 233 сигналов состояния выполняет определение того, меньше или нет частота ω инвертора значения ω* команды управления частотой. Если частота ω инвертора превышает значение ω* команды управления частотой и, таким образом, результатом определения на этапе S16 является "Нет", процесс переходит к этапу S17, на котором модуль 235 выбора выхода выбирает вывод нулевого значения входа b, и процесс возвращается к этапу S11. Если результатом определения на этапе S16 является "Да", процесс возвращается к этапу S13.
limit
limit
a
limit
i
i
На этой блок-схеме последовательности операций способа по Фиг.2, если детектированное значение I тока превышает значение I команды управления для ограничения тока, ток, протекающий через асинхронный электродвигатель 10I, управляется так, что он меньше или равен значению I команды управления для ограничения тока посредством повторения операции SA стопорения и операции RA восстановления посредством использования арифметического значения ∆ω частотной коррекции, вычисленного посредством усилителя 230, на этапах S12-S15. Тем не менее, если ток, протекающий через асинхронный электродвигатель 10I, поддерживает значение I команды управления для ограничения тока, асинхронный электродвигатель 10I продолжает ускоряться в любое время. Тем самым, если частота ω инвертора превышает значение команды управления частотой ω*, отрицая зависимость ω<ω*, на этапе S16, значение ∆ω частотной коррекции задается равным нулевому значению на этапе S17 в качестве завершения операции ограничения тока, посредством чего обеспечивается обычный режим работы.
limit
i
a
limit
Таким образом, если детектированное значение I тока превышает значение I команды управления для ограничения тока, частота ω инвертора корректируется с помощью арифметического значения ∆ω частотной коррекции, посредством чего амплитуда тока асинхронного электродвигателя 10I может ограничиваться значением I команды управления для ограничения тока или меньше, или иначе, значение ∆ω частотной коррекции арифметического средства 20 значений частотной коррекции задается равным нулевому значению, посредством чего асинхронный электродвигатель 10I может управляться на частоте, совпадающей со значением ω* команды управления частотой.
i
limit
Операция коррекции частоты ω инвертора с помощью значения ∆ω частотной коррекции и подавления тока асинхронного электродвигателя 10I до значения I команды управления для ограничения тока или меньше постоянно ограничивается случаем, когда надлежащим образом задаются коэффициенты G1 и G2 усиления усилителя 230. Например, если коэффициенты G1 и G2 усиления усилителя 230 задаются чрезвычайно низкими, внезапное увеличение амплитуды тока не может подавляться, так что избыточный ток протекает через асинхронный электродвигатель 10I. Кроме того, если коэффициенты G1 и G2 усиления усилителя 230 задаются чрезвычайно большими, например, вся система управления становится нестабильной. В таком случае, имеется проблема в том, что инвертор, составляющий средство 11 приложения напряжения, может размыкаться.
Ниже описывается элемент 210 вычисления коэффициента усиления. Элемент 210 вычисления коэффициента усиления вычисляет коэффициенты G1 и G2 усиления для использования в усилителе 230 на основе электрических постоянных, введенных из постоянного запоминающего устройства 203, сохраняющего электрические постоянные асинхронного электродвигателя 10I, и задает эти коэффициенты G1 и G2 усиления для усилителя 230 в состоянии, в котором асинхронный электродвигатель 10I работает в области постоянного крутящего момента. Важным признаком варианта 1 осуществления является то, что коэффициенты G1 и G2 усиления надлежащим образом задаются посредством использования электрических постоянных асинхронного электродвигателя 10I, введенных из постоянного запоминающего устройства 203.
a
a
limit
x
В варианте 1 осуществления коэффициенты G1 и G2 усиления усилителя 230, используемые для того, чтобы вычислять арифметическое значение ∆ω частотной коррекции, соответствующее избыточной величине тока асинхронного электродвигателя 10I, вычисляются в качестве соответствующих усилений для ограничения тока, протекающего через асинхронный электродвигатель 10I, на основе электрических постоянных асинхронного электродвигателя 10I, в состоянии, в котором асинхронный электромотор 10I работает в области постоянного крутящего момента, и коэффициенты усиления усилителя 230 автоматически задаются посредством вычисленных коэффициентов G1 и G2 усиления. Этот усилитель 230 вычисляет арифметическое значение ∆ω частотной коррекции посредством использования набора коэффициентов G1 и G2 усиления в соответствующих значениях в соответствии с уравнением 10, посредством чего разрешается такая проблема, что избыточный ток может протекать через асинхронный электродвигатель 10I, или такая проблема, что вся система управления становится нестабильной. Если ток, протекающий через асинхронный электродвигатель 10I, превышает значение I команды управления для ограничения тока, ток, протекающий через асинхронный электродвигатель 10I, подавляется со скоростью, соответствующей заданному значению ωскорости отклика при ограничении тока, включенному в уравнения 6 и 7.
x
Как описано выше, в варианте 1 осуществления, посредством использования арифметического средства 20 значений частотной коррекции, коэффициенты G1 и G2 усиления усилителя 230 могут быть надлежащим образом рассчитаны и автоматически заданы для асинхронного электродвигателя 10I, который должен возбуждаться, когда асинхронный электродвигатель 10I с известными электрическими постоянными возбуждается в состоянии, в котором асинхронный электродвигатель 10I работает в области постоянного крутящего момента, и ток, протекающий через асинхронный электродвигатель 10I, может надежно подавляться с помощью произвольного заданного значения ω скорости отклика при ограничении тока, посредством чего разрешается такая проблема, что избыточный ток может протекать через асинхронный электродвигатель 10I, или такая проблема, что вся система управления становится нестабильной.
(3) Пояснение обоснования получения уравнений 6 и 7 для вычисления коэффициентов G1 и G2 усиления в варианте 1 осуществления
a
IM
i
PI
m
t
m
t
r
r
Ниже описывается принцип получения уравнений 6 и 7, которые являются операционными выражениями для вычисления коэффициентов G1 и G2 усиления усилителя 230. Фиг.3 является блок-схемой, показывающей передаточную характеристику системы управления в случае, если переключающий компонент 225 выбирает вход a, который должен выводиться на выход c, и модуль 235 выбора выхода выбирает арифметическое значение ∆ω частотной коррекции, предоставляемое на вход a, и выводит его на выход c в варианте 1 осуществления, как показано на Фиг.1. На Фиг.3, G, как указано в блоке 31, является передаточной функцией только для электрической системы от частоты ω инвертора к детектированному значению тока I=iq, включающей в себя средство 15 команд управления напряжением, средство 11 приложения напряжения, вращающуюся машину 10 переменного тока и средство 13 детектирования тока, как показано на Фиг.1. G, как указано в блоке 32, является передаточной функцией усилителя 230. Кроме того, блок 33 указывает P×K/(J×s), где P, K и J являются числом полюсов, постоянной крутящего момента и инерцией вращающейся машины 10 переменного тока, соответственно, тем самым, представляя механическую систему. ω является частотой вращения вращающейся машины 10 переменного тока, как показано электрическим углом, посредством чего частота ω вращения вращающейся машины 10 переменного тока выводится из блока 33.
IM
r
PI
i
r
i
Детектированное значение I тока выводится из блока 31, представляющего передаточную характеристику G, и это детектированное значение I тока предоставляется в модуль 202 вычитания. Это детектированное значение I тока составляет I=iq, причем это детектированное значение I тока обуславливает выходной ток из средства 11 приложения напряжения. Этот ток также предоставляется в блок 33, показывающий механическую систему вращающейся машины 10 переменного тока, и частота ω вращения вращающейся машины 10 переменного тока выводится из блока 33. Отклонение ∆I тока вводится из модуля 202 вычитания в блок 32, представляющий передаточную характеристику G, и значения ∆ω частотной коррекции выводятся из блока 32 в модуль 171 вычитания. Модуль 171 вычитания выводит частоту ω инвертора в модуль 34 вычитания. Этот модуль 34 вычитания, который эквивалентно включен на входной стороне блока 31, вычитает частоту ω вращения вращающейся машины 10 переменного тока из частоты ω инвертора и вводит вывод вычитания в блок 31.
limit
IM
IMSYS
IM
Фиг.3 является развернутой блок-схемой, на которой значение ω* команды управления частотой является постоянным на Фиг.2. Из Фиг.3 можно понять, что управление с обратной связью выполняется с помощью усилителя 230 так, что детектированное значение тока I=iq может совпадать со значением I команды управления для ограничения тока в варианте 1 осуществления. Фиг.4 является эквивалентной блок-схемой по Фиг.3. На Фиг.4, как переписано из Фиг.3, модуль 202 вычитания размещается в левом конце, и блок 31, представляющий передаточную характеристику G, размещается в правом конце, так что детектированное значение I тока выводится из блока 31 в правую сторону. На Фиг.4, блок 35 представляет передаточную характеристику G. Этот блок 35 является передаточной функцией от значения ∆ω частотной коррекции к детектированному значению тока I=iq, включающей в себя блок 31, представляющий передаточную характеристику G, блок 33, представляющий механическую систему вращающейся машины 10 переменного тока, и модули 171 и 34 вычитания.
IMSYS
Показатель ограничения тока системы управления в варианте 1 осуществления определяется посредством коэффициентов G1 и G2 усиления усилителя 230, и соответствующие значения коэффициентов G1 и G2 усиления могут получаться из характеристики передаточной функции G от значения ∆ω частотной коррекции к выходному току I=iq, как показано на Фиг.4.
IMSYS
i
i
i
IMSYS
i
i
i
i
Фиг.5 является характеристической диаграммой, показывающей передаточную характеристику G в случаях, если значение частотной коррекции ∆ω=0, а именно значение команды управления частотой ω*=частота ω инвертора, с ω*=ω=10 [Гц], 20 [Гц], 30 [Гц] и 40 [Гц] в варианте 1 осуществления. Фиг.5(A) показывает характеристику выходной абсолютной величины, и Фиг.5(B) показывает характеристику выходной фазы. Характеристика выходной абсолютной величины по Фиг.5(A) показывает результат предоставления сигнала, в котором ω*=ω добавляется к входной синусоидальной волне, имеющей предварительно определенную абсолютную величину и изменяющейся по частоте, в блок 35, представляющий передаточную характеристику G, и анализа изменения в абсолютной величине выходного сигнала, выведенного из блока 35, в котором горизонтальная ось представляет частоту входной синусоидальной волны в (рад/сек), а вертикальная ось представляет абсолютную величину выходного сигнала в (дБ). Характеристика m1 по Фиг.5(A) является характеристикой, при ω*=ω=10 [Гц], характеристика m2 является характеристикой, при ω*=ω=20 [Гц], характеристика m3 является характеристикой, при ω*=ω=30 [Гц], и характеристика m4 является характеристикой, при ω*=ω=40 [Гц].
i
IMSYS
i
i
i
i
Характеристика выходной фазы по Фиг.5(B) показывает результат предоставления сигнала, в котором ω*=ω добавляется к входной синусоидальной волне, имеющей предварительно определенную абсолютную величину и изменяющейся по частоте, в блок 35, представляющий передаточную характеристику G, и анализа изменения в фазе выходного сигнала, выведенного из блока 35, в котором горизонтальная ось представляет частоту входной синусоидальной волны в (рад/сек), а вертикальная ось представляет фазу выходного сигнала в (градусах). Характеристика p1 на Фиг.5(B) является характеристикой, при ω*=ω=10 [Гц], характеристика p2 является характеристикой, при ω*=ω=20 [Гц], характеристика p3 является характеристикой, при ω*=ω=30 [Гц], и характеристика p4 является характеристикой, при ω*=ω=40 [Гц].
i
i
i
i
На Фиг.5(A) характеристика m1 имеет крутое изменение в характеристике около значения команды управления частотой ω*=ω=10 [Гц]~60 [рад/сек], характеристика m2 имеет крутое изменение в характеристике около значения команды управления частотой ω*=ω=20 [Гц]~120 [рад/сек], характеристика m3 имеет крутое изменение в характеристике около значения команды управления частотой ω*=ω=30 [Гц]~180 [рад/сек], и характеристика m4 имеет крутое изменение в характеристике около значения команды управления частотой ω*=ω=40 [Гц]~240 [рад/сек], при этом нужно понимать, что абсолютная величина уменьшается приблизительно на 20 (дБ/декада), как если фильтр верхних частот применяется в области более низкой частоты, чем крутое изменение в характеристике, но характеристика запаздывания первого порядка, как показано в области A, является преобладающей в области более высокой частоты крутого изменения в характеристике.
IMSYS
IM
IM
Таким образом, в качестве передаточной характеристики G~G, передаточная характеристика G извлекается посредством линеаризации уравнения для напряжения асинхронного электродвигателя 10I следующим образом.
Прежде всего, значение iq тока q-оси, представленное из уравнения для напряжения асинхронного электродвигателя 10I, предоставляется следующим уравнением 12.
[уравнение 12]
1
2
d2
1
2
r
i
В уравнении 12 id является значением тока d-оси асинхронного электродвигателя 10I, R является сопротивлением статора асинхронного электродвигателя 10I, iq является значением тока q-оси асинхронного электродвигателя 10I, R является сопротивлением ротора асинхронного электродвигателя 10I, ϕ является составляющей d-оси магнитного потока ротора асинхронного электродвигателя 10I, L является индуктивностью статора асинхронного электродвигателя 10I, vq является напряжением q-оси напряжения статора асинхронного электродвигателя 10I, L является индуктивностью ротора асинхронного электродвигателя 10I, σ является постоянной утечки асинхронного электродвигателя 10I, M является взаимоиндуктивностью асинхронного электродвигателя 10I, ω является частотой вращения (электрическим углом) асинхронного электродвигателя 10I, и ω является частотой инвертора (электрическим углом) асинхронного электродвигателя 10I.
i
i
В данном документе крутое изменение характеристики около частоты ω инвертора в передаточной характеристике асинхронного электродвигателя 10I вызывается посредством характеристики помех между d-осью и q-осью. В уравнении 12, представляющем значение iq тока q-оси, второй член содержит значение id тока d-оси, и второй член является составляющей помехи между d-осью и q-осью. Соответственно, передаточная характеристика без учета крутого изменения характеристики около частоты ω инвертора может быть получена посредством задания второго члена уравнения 12 равным нулю. В данном документе, если посредством задания второго члена уравнения 12 равным нулю и vq=vq* при дополнительном допущении идеального источника питания может получаться следующее уравнение 13.
[уравнение 13]
Кроме того, операционное выражение напряжения команды vq* управления напряжением q-оси является уравнением 4 и подстановка уравнения 4 в уравнение 13 дает в результате следующее уравнение 14.
[уравнение 14]
Из этого уравнения 14 получается следующее уравнение 15.
[уравнение 15]
IM
i
Соответственно, на основе уравнения 15, коэффициент усиления K постоянного тока передаточной характеристики G от частоты ω инвертора к значению iq тока q-оси и частоте 1/T в точке изгиба предоставляется в следующих уравнениях 16 и 17, соответственно.
<mrow><mi>K</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>L</mi><mn>2</mn></msub><mo>×</mo><mi>i</mi><msup><mi>d</mi><mo>*</mo></msup></mrow><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><mi>σ</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>×</mo><msub><mi>R</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
[уравнение 16]
<mrow><mfrac><mn>1</mn><mi>T</mi></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><mi>σ</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>×</mo><msub><mi>R</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mrow><mi>σ</mi><mo>×</mo><msub><mi>L</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
[уравнение 17]
IM
Коэффициент усиления K постоянного тока передаточной характеристики G проиллюстрирован посредством пунктирной линии, параллельной горизонтальной оси по Фиг.5(A), а частота 1/T в точке изгиба проиллюстрирована посредством пунктирной линии, параллельной вертикальной оси Фиг.5(A) и 5(B).
i
IM
IM
Выражение отношения между значением ∆ω частотной коррекции и частотой ω инвертора, как показано на Фиг.3 и 4, является уравнением 2, в, котором если значение команды управления входной частоты ω* является фиксированным, передаточная характеристика от значения ∆ω частотной коррекции к значению iq тока q-оси является передаточной характеристикой Gсо знаком минус или -G.
x
IM
PI
x
IM
PI
x
Затем, коэффициенты G1 и G2 усиления усилителя 230 заданы так, что скорость отклика при ограничении тока во время ограничения тока может составлять ω, посредством использования вышеуказанной передаточной характеристики G. Из уравнения 10, передаточная характеристика G усилителя 230 предоставляется посредством следующего уравнения 18. В данном документе скорость отклика при ограничении тока во время ограничения тока становится ω посредством задания коэффициентов G1 и G2 усиления так, что передаточная характеристика по разомкнутому контуру G×G может составлять ω/s.
<mrow><msub><mi>G</mi><mrow><mi>P</mi><mi>I</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>G</mi><mn>1</mn><mo>×</mo><mi>s</mi><mo>+</mo><mi>G</mi><mn>2</mn></mrow><mi>s</mi></mfrac></mrow>
[уравнение 18]
Из выражения отношения следующего уравнения 19, коэффициенты G1 и G2 усиления усилителя 230 могут получаться в следующих уравнениях 20 и 21. Уравнение 6 получается из уравнения 20, и уравнение 7 получается из уравнения 21.
[уравнение 19]
[уравнение 20]
[уравнение 21]
a
x
Как описано выше, в уравнении 10, которое является операционным выражением арифметического значения ∆ω частотной коррекции в усилителе 230, скорость отклика при ограничении тока во время ограничения тока может быть выполнена с заданным значением ω посредством использования коэффициентов G1 и G2 усиления, как показано в уравнениях 6 и 7.
IM
x
Кроме того, когда частота 1/T в точке изгиба в передаточной характеристике G асинхронного электродвигателя 10I является достаточно небольшой, т.е. равной или меньшей одной пятой заданного значения ω скорости отклика при ограничении тока, операционное выражение коэффициента G2 усиления использует следующее уравнение 22 вместо уравнений 7 и 21, посредством чего коэффициент усиления в низкочастотной области может увеличиваться, чтобы улучшать характеристику.
<mrow><mi>G</mi><mn>2</mn><mo>=</mo><mi>G</mi><mn>1</mn><mo>×</mo><mfrac><mrow><msub><mi>ω</mi><mi>x</mi></msub></mrow><mn>5</mn></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>σ</mi><mo>×</mo><msubsup><mi>ω</mi><mi>x</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow><mrow><mn>5</mn><mo>×</mo><mi>i</mi><msup><mi>d</mi><mo>*</mo></msup></mrow></mfrac></mrow>
[уравнение 22]
limit
Как описано выше, в состоянии, в котором вращающаяся машина 10 переменного тока или асинхронный электродвигатель 10I в варианте 1 осуществления работает в области постоянного крутящего момента, вероятно, может осуществляться, например, режим работы, в котором ток, протекающий через асинхронный электродвигатель 10I, превышает значение I команды управления ограничения тока, когда предоставляется значение команды управления жестким ускорением или значение команды управления жестким замедлением, причем значение ω* команды управления частотой мгновенно изменяется во времени, или существует внезапное изменение нагрузки, к примеру, ударной нагрузки в асинхронном электродвигателе 10I.
x
x
i
limit
Соответственно, в качестве индикатора задания заданного значения ω скорости отклика при ограничении тока во время ограничения тока, желательно то, чтобы расчетное значение ω скорости отклика при ограничении тока во время ограничения тока задавалось превышающим или равным частоте ω инвертора или максимально высоким, чтобы надежно ограничивать ток, протекающий через асинхронный электродвигатель 10I, в рамках значения I команды управления ограничения тока, от этого внезапного изменения тока.
(4) Пояснение для рабочей области асинхронного электродвигателя 10I в варианте 1 осуществления
Фиг.6 является пояснительным видом для пояснения рабочего диапазона вращающейся машины 10 переменного тока. Фиг.6(A) является графиком, представляющим соотношение между угловой частотой мощности и выводом для вращающейся машины 10 переменного тока, и Фиг.6(B) является графиком, представляющим соотношение между угловой частотой мощности и крутящим моментом для вращающейся машины 10 переменного тока. Горизонтальная ось Фиг.6(A) и 6(B) представляет угловую частоту мощности вращающейся машины 10 переменного тока и угловую частоту мощности вращающейся машины 10 переменного тока, в общем, для Фиг.6(A) и 6(B). Вертикальная ось по Фиг.6(A) показывает вывод вращающейся машины 10 переменного тока, а вертикальная ось по Фиг.6(B) показывает ее крутящий момент.
На Фиг.6(A) и 6(B) показаны область CTA постоянного крутящего момента и область COA постоянной выходной мощности. Область CTA постоянного крутящего момента является областью, в которой вращающаяся машина 10 переменного тока работает при постоянном крутящем моменте, как показано на Фиг.6(B). При условии, что наведенное напряжение, сгенерированное во вращающейся машине 10 переменного тока, составляет E, напряжение возбуждения вращающейся машины 10 переменного тока посредством средства 11 приложения напряжения составляет V, а частота возбуждения напряжения возбуждения составляет f, если вращающаяся машина 10 переменного тока возбуждается с (E/f) или (V/f), поддерживаемым постоянным, магнитный поток вращающейся машины 10 переменного тока становится почти постоянным, посредством чего в асинхронном электродвигателе 10 обеспечивается работа при постоянном крутящем моменте, при которой крутящий момент является постоянным независимо от скорости вращения, если частота скольжения является постоянной. Область, в которой такая работа при постоянном крутящем моменте выполняется, является областью CTA постоянного крутящего момента. В синхронном электродвигателе частота скольжения равна нулю, или эквивалентно, частота скольжения является постоянной, посредством чего, если синхронный электродвигатель возбуждается с (E/f) или (V/f), поддерживаемым постоянным, он также управляется в области CTA постоянного крутящего момента.
i
i
i
С другой стороны, если частота ω инвертора увеличивается с соотношением (E/f) или (V/f), поддерживаемым постоянным, до тех пор, пока частота ω инвертора не достигает основной частоты, напряжение V возбуждения не может увеличиваться вследствие ограничений источника питания, так что работа выполняется вне области CTA постоянного крутящего момента, и если частота f возбуждения повышается с напряжением V возбуждения, поддерживаемым постоянным, ввод вращающейся машины 10 переменного тока является постоянным, и крутящий момент является обратно пропорциональным частоте ω инвертора, посредством чего обеспечивается операция постоянной выходной мощности, при которой выходная мощность является почти постоянной. Область, в которой выполняется такая работа при постоянной выходной мощности, является областью COA постоянной выходной мощности.
IM
a
x
Хотя в варианте 1 осуществления вращающаяся машина 10 переменного тока является асинхронным электродвигателем 10I, передаточная характеристика G, как описано в этом варианте 1 осуществления, является характеристикой для области CTA постоянного крутящего момента, и коэффициенты G1 и G2 усиления в уравнениях 6 и 7 и уравнениях 20 и 21 также являются соответствующими в области CTA постоянного крутящего момента, но несоответствующими значениями в области COA постоянной выходной мощности. Следовательно, в варианте 1 осуществления, переключающий компонент 225 выбирает вывод нулевого значения из компонента 221 вывода нулевых значений в состоянии, в котором асинхронный электродвигатель 10I работает в области COA постоянной выходной мощности, посредством сигнала SS переключения компонента 223 формирования сигналов переключения, тем самым задавая коэффициенты G1 и G2 усиления усилителя 230 равными нулю и задавая арифметическое значение ∆ω частотной коррекции усилителя 230 равным нулю. Следовательно, эффективным является то, чтобы ток, протекающий через асинхронный электродвигатель 10I, ограничивался заданным значением ω скорости отклика при ограничении тока в состоянии, в котором асинхронный электродвигатель 10I работает в области CTA постоянного крутящего момента в варианте 1 осуществления.
Модификация 1A варианта 1 осуществления
Хотя в варианте 1 осуществления вращающаяся машина 10 переменного тока является асинхронным электродвигателем 10I, вращающаяся машина 10 переменного тока не ограничивается этим, а может быть любой другой вращающейся машиной переменного тока, например, синхронным электродвигателем 10S, чтобы достигать идентичных эффектов.
Фиг.7 является блок-схемой, показывающей устройство управления для вращающейся машины переменного тока согласно этой модификации 1A. Эта модификация 1A конфигурируется посредством модификации варианта 1 осуществления, как показано на Фиг.1, так что вращающаяся машина 10 переменного тока конфигурируется посредством синхронного электродвигателя 10S, средство 15 команд управления напряжением заменяется средством 15A команд управления напряжением, арифметическое средство 17 частоты инвертора заменяется арифметическим средством 17A частоты инвертора, и дополнительно добавляется фильтр 40 верхних частот для стабилизации. В этой модификации 1A, средство 11 приложения напряжения, средство 13 детектирования тока и арифметическое средство 20 значений частотной коррекции задаются способом, аналогичным варианту 1 осуществления. Средство 15A команд управления напряжением, арифметическое средство 17A частоты инвертора и фильтр 40 верхних частот для стабилизации выполнены, например, из микрокомпьютера.
high
i
high
i
high
high
i
i
В модификации 1A, как показано на Фиг.7, фильтр 40 верхних частот для стабилизации принимает значение детектированного тока I=iq из средства 13 детектирования тока и выводит высокочастотную составляющую ω стабилизации частоты. Арифметическое средство 17A частоты инвертора этой модификации 1A, которое содержит два модуля 171 и 172 вычитания, вычисляет частоту ω инвертора на основе значения команды управления частотой ω*, значения ∆ω частотной коррекции из арифметического средства 20 значений частотной коррекции и высокочастотного компонента ω стабилизации частоты из фильтра 40 верхних частот для стабилизации и предоставляет частоту ω инвертора в средство 15A команд управления напряжением. В модуль 171 вычитания предоставляется значение ω* команды управления частотой и значение ∆ω частотной коррекции из арифметического средства 20 значений частотной коррекции, он вычитает значение ∆ω частотной коррекции из значения ω* команды управления частотой и предоставляет вывод ω*-∆ω вычитания в модуль 172 вычитания. В модуль 172 вычитания дополнительно предоставляется высокочастотный компонент ω стабилизации частоты из фильтра 40 верхних частот для стабилизации. Этот модуль 172 вычитания вычитает высокочастотный компонент ω стабилизации частоты из вывода ω*-∆ω вычитания, вычисляет частоту ω инвертора в соответствии со следующим уравнением 23 и предоставляет частоту ω инвертора в средство 15A команд управления напряжением.
<mrow><msub><mi>ω</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><msup><mi>ω</mi><mo>*</mo></msup><mo>−</mo><mi>Δ</mi><mi>ω</mi><mo>−</mo><msub><mi>ω</mi><mrow><mi>h</mi><mi>i</mi><mi>g</mi><mi>h</mi></mrow></msub></mrow>
[уравнение 23]
i
Средство 15A команд управления напряжением в модификации 1A, аналогично варианту 1 осуществления, основывается на системе управления постоянной (E/f) и имеет арифметическое средство 154 команд управления напряжением системы управления постоянной (E/f) и преобразователь 157 координат по dq-оси в трехфазные координаты. Арифметическое средство 154 команд управления напряжением вычисляет команду vd* управления напряжением d-оси и команду vq* управления напряжением q-оси на основе частоты ω инвертора из арифметического средства 17A частоты инвертора и значения id тока d-оси и значения iq тока q-оси из преобразователя 132 трехфазных координат в координаты по dq-оси средства 13 детектирования тока в соответствии со следующими уравнениями 24 и 25 и выводит их.
<mrow><mi>v</mi><mi>d</mi><mo>*</mo><mo>=</mo><mi>R</mi><mo>×</mo><mi>i</mi><mi>d</mi></mrow>
[уравнение 24]
<mrow><mi>v</mi><msup><mi>q</mi><mo>*</mo></msup><mo>=</mo><mi>R</mi><mo>×</mo><mi>i</mi><mi>q</mi><mo>+</mo><msub><mi>ω</mi><mi>i</mi></msub><mo>×</mo><msub><mi>φ</mi><mi>f</mi></msub></mrow>
[уравнение 25]
f
В уравнениях 24 и 25 R является сопротивлением обмотки статора [Ω] синхронного электродвигателя 10S, и ϕ является магнитным потоком магнита [Wb] синхронного электродвигателя 10S.
В модификации 1A арифметический компонент 213 коэффициентов усиления арифметического средства 20 значений частотной коррекции вычисляет коэффициенты G1 и G2 усиления в соответствии со следующими уравнениями 26 и 27:
<mrow><mi>G</mi><mn>1</mn><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>ω</mi><mi>x</mi></msub><mo>×</mo><msub><mi>L</mi><mi>q</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>φ</mi><mi>f</mi></msub></mrow></mfrac></mrow>
[уравнение 26]
<mrow><mi>G</mi><mn>2</mn><mo>=</mo><msubsup><mi>ω</mi><mi>x</mi><mrow /></msubsup><mo>×</mo><msub><mi>K</mi><mi>h</mi></msub></mrow>
[уравнение 27]
q
h
x
q
f
h
x
В этих уравнениях 26 и 27 L является индуктивностью q-оси [H] синхронного электродвигателя 10S, K является усилением фильтра 40 верхних частот для стабилизации, и ω является заданным значением скорости отклика ограничения тока. Электрические постоянные, касающиеся синхронного электродвигателя 10S, в частности, индуктивность L q-оси синхронного электродвигателя 10S, магнитного потока магнита ϕ, усиление K фильтра 40 верхних частот для стабилизации и заданное значение ω скорости отклика при ограничении тока сохраняются в постоянном запоминающем устройстве 203 и предоставляются в арифметический компонент 213 коэффициентов усиления.
Ниже описывается принцип извлечения уравнений 26 и 27 в модификации 1A. В этой модификации 1A, следующие уравнения 28-32 подставляются вместо уравнений 13-17. Прежде всего, в модификации 1A, значение iq тока q-оси синхронного электродвигателя 10S предоставляется посредством следующего уравнения 28. Это уравнение 28 является подстановкой вместо уравнения 13 в варианте 1 осуществления.
<mrow><mi>i</mi><mi>q</mi><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>L</mi><mi>q</mi></msub><mo>×</mo><mi>s</mi><mo>+</mo><mi>R</mi></mrow></mfrac><mo>×</mo><mi>v</mi><msup><mi>q</mi><mo>*</mo></msup></mrow>
[уравнение 28]
Подстановка уравнения 25 в команду vq* управления напряжением q-оси уравнения 28 дает в результате следующее уравнение 29. Это уравнение 29 является подстановкой вместо уравнения 14 в варианте 1 осуществления.
<mrow><mi>i</mi><mi>q</mi><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>L</mi><mi>q</mi></msub><mo>×</mo><mi>s</mi><mo>+</mo><mi>R</mi></mrow></mfrac><mo>×</mo><mrow><mo>{</mo><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>R</mi><mo>×</mo><mi>i</mi><mi>q</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>ω</mi><mi>i</mi></msub><mo>×</mo><msub><mi>φ</mi><mi>f</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>}</mo></mrow></mrow>
[уравнение 29]
Из этого уравнения 29 получается следующее уравнение 30. Это уравнение 30 является подстановкой вместо уравнения 15 в варианте 1 осуществления.
<mrow><mfrac><mrow><mi>i</mi><mi>q</mi></mrow><mrow><msub><mi>ω</mi><mi>i</mi></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>K</mi><mi>h</mi></msub></mrow></mfrac></mrow><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>L</mi><mi>q</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>K</mi><mi>h</mi></msub><mo>×</mo><msub><mi>φ</mi><mi>f</mi></msub></mrow></mfrac><mo>×</mo><mi>s</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mi>K</mi><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>T</mi><mo>×</mo><mi>s</mi></mrow></mfrac></mrow>
[уравнение 30]
Из этого уравнения 30 коэффициент усиления K постоянного тока передаточной характеристики и частоты 1/T в точке изгиба представляются, как в следующих уравнениях 31 и 32, соответственно. Эти уравнения 31 и 32 являются подстановкой вместо уравнений 16 и 17 в варианте 1 осуществления.
<mrow><mi>K</mi><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>K</mi><mi>h</mi></msub></mrow></mfrac></mrow>
[уравнение 31]
<mrow><mfrac><mn>1</mn><mi>T</mi></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>K</mi><mi>h</mi></msub><mo>×</mo><msub><mi>φ</mi><mi>f</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>L</mi><mi>q</mi></msub></mrow></mfrac></mrow>
[уравнение 32]
На основе уравнений 31 и 32 в модификации 1A, коэффициенты G1 и G2 усиления предоставляются посредством следующих уравнений 33 и 34. Эти уравнения 33 и 34 являются уравнениями, соответствующими уравнениям 20 и 21 в варианте 1 осуществления, и уравнения 26 и 27 получаются из этих уравнений 33 и 34.
<mrow><mi>G</mi><mn>1</mn><mo>=</mo><msub><mi>ω</mi><mi>x</mi></msub><mo>×</mo><mfrac><mi>T</mi><mi>K</mi></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>ϖ</mi><mi>x</mi></msub><mo>×</mo><msub><mi>L</mi><mi>q</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>φ</mi><mi>f</mi></msub></mrow></mfrac></mrow>
[уравнение 33]
<mrow><mi>G</mi><mn>2</mn><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>G</mi><mn>1</mn></mrow><mi>T</mi></mfrac><mo>=</mo><msub><mi>ω</mi><mi>x</mi></msub><mo>×</mo><msub><mi>K</mi><mi>h</mi></msub></mrow>
[уравнение 34]
x
В этой модификации 1A аналогично варианту 1 осуществления, с использованием арифметического средства 20 значений частотной коррекции коэффициенты G1 и G2 усиления усилителя 230 могут быть надлежащим образом рассчитаны и автоматически заданы для синхронного электродвигателя 10S, который должен возбуждаться, когда синхронный электродвигатель 10S с известными электрическими постоянными возбуждается в состоянии, в котором синхронный электродвигатель 10S работает в области CTA постоянного крутящего момента, и ток, протекающий через синхронный электродвигатель 10S, может надежно подавляться с помощью произвольного заданного значения ω скорости отклика при ограничении тока, посредством чего разрешается такая проблема, что избыточный ток может протекать через синхронный электродвигатель 10S, или такая проблема, что вся система управления становится нестабильной.
Вариант 2 осуществления
Фиг.8 изображает блок-схему, показывающую вариант 2 осуществления устройства управления для вращающейся машины переменного тока согласно этому изобретению. Этот вариант 2 осуществления конфигурируется посредством модификации варианта 1 осуществления так, что средство 15 команд управления напряжением заменяется средством 15B команд управления напряжением. Это средство 15B команд управления напряжением является средством команд управления напряжением системы управления постоянной (V/f) и конкретно имеет арифметическое средство 155 команд управления напряжением системы управления постоянной (V/f) и преобразователь 157 координат по dq-оси в трехфазные координаты. Другими словами, вариант 2 осуществления конфигурируется образом, аналогичным варианту 1 осуществления, в котором вращающаяся машина 10 переменного тока является асинхронным электродвигателем 10I. Средство 15B команд управления напряжением выполнено, например, из микрокомпьютера.
i
В варианте 2 осуществления арифметическое средство 155 команд управления напряжением выводит команду управления напряжением d-оси vd*=0 на основе следующего уравнения 35, вычисляет команду vq* управления напряжением q-оси на основе значения iq тока q-оси из средства 13 детектирования тока и частоты ω инвертора из арифметического средства 17 частоты инвертора в соответствии со следующим уравнением 36 и предоставляет команду vd* управления напряжением d-оси и команду vq* управления напряжением q-оси в преобразователь 157 координат по dq-оси в трехфазные координаты.
<mrow><mi>v</mi><msup><mi>d</mi><mo>*</mo></msup><mo>=</mo><mn>0</mn></mrow>
[уравнение 35]
<mrow><mi>v</mi><msup><mi>q</mi><mo>*</mo></msup><mo>=</mo><msub><mi>ω</mi><mi>i</mi></msub><mo>×</mo><msub><mi>L</mi><mn>1</mn></msub><mo>×</mo><mi>i</mi><msup><mi>d</mi><mo>*</mo></msup></mrow>
[уравнение 36]
i
В уравнении 36, id* является командой управления током d-оси или значением команды управления тока возбуждения для асинхронного электродвигателя 10I. Эта команда id* управления током d-оси изменяется согласно техническим требованиям асинхронного электродвигателя 10I, если они отличаются, но если технические требования асинхронного электродвигателя 10I являются фиксированными, она является постоянным значением. В этом варианте 2 осуществления, команда vd* управления напряжением d-оси равна 0, как показано в уравнении 35, и дополнительно, если технические требования асинхронного электродвигателя 10I определены, команда id* управления током d-оси также является постоянным значением. Как должно быть очевидным из уравнения 36, команда vq* управления напряжением q-оси изменяется пропорционально частоте ω инвертора, и, следовательно, управляется так, что соотношение напряжения V возбуждения к частоте f возбуждения из средства 11 приложения напряжения может сохраняться постоянным, посредством чего управление выполняется посредством системы управления постоянной (V/f).
В этом варианте 2 осуществления арифметический компонент 213 коэффициентов усиления элемента 210 вычисления коэффициента усиления в арифметическом средстве 20 значений частотной коррекции вычисляет коэффициенты G1 и G2 усиления в соответствии со следующими уравнениями 37 и 38 и предоставляет эти коэффициенты G1 и G2 усиления в усилитель 230 в качестве усиления для усилителя в состоянии, в котором асинхронный электродвигатель 10I работает в области постоянного крутящего момента.
<mrow><mi>G</mi><mn>1</mn><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>σ</mi><mo>×</mo><msub><mi>ω</mi><mi>x</mi></msub></mrow><mrow><mi>i</mi><msup><mi>d</mi><mo>*</mo></msup></mrow></mfrac></mrow>
[уравнение 37]
<mrow><mi>G</mi><mn>2</mn><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>R</mi><mn>1</mn></msub><mo>×</mo><msub><mi>ω</mi><mi>x</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>L</mi><mn>1</mn></msub><mo>×</mo><mi>i</mi><msup><mi>d</mi><mo>*</mo></msup></mrow></mfrac></mrow>
[уравнение 38]
1
1
x
1
1
x
В этом варианте 2 осуществления постоянная σ утечки асинхронного электродвигателя 10I, сопротивление R статора, индуктивность L статора и заданное значение ω скорости отклика при ограничении тока предоставляются из постоянного запоминающего устройства 203 в арифметический компонент 213 коэффициентов усиления, и команда id* управления током d-оси предоставляется через порт 20-I6 ввода из арифметического средства 155 команд управления напряжением в арифметический компонент 213 коэффициентов усиления. Арифметический компонент 213 коэффициентов усиления вычисляет коэффициенты G1 и G2 усиления на основе этих σ, R, L, ω и id* в соответствии с уравнениями 37 и 38 и предоставляет их в усилитель 230.
a
В варианте 2 осуществления усилитель 230 вычисляет арифметическое значение ∆ω частотной коррекции посредством использования коэффициентов G1 и G2 усиления в соответствии с уравнением 10 в состоянии, в котором асинхронный электродвигатель 10I работает в области постоянного крутящего момента, тем самым достигая эффектов, идентичных эффектам варианта 1 осуществления.
Обоснование получения операционных выражений 37 и 38 для коэффициентов G1 и G2 усиления в варианте 2 осуществления включает в себя подстановку команды vq* управления напряжением q-оси, предоставляемой посредством уравнения 36, в уравнение 13 и разворачивание выражений, аналогичных уравнениям 14-23, посредством чего получаются уравнения 37 и 38.
Таким образом, в варианте 2 осуществления, прежде всего, подстановка уравнения 36 в уравнение 13 дает в результате следующее уравнение 39.
[уравнение 39]
Из этого уравнения 39 получается следующее уравнение 40.
[уравнение 40]
IM
i
Соответственно, коэффициент усиления K постоянного тока передаточной характеристики G от частоты ω инвертора к значению iq тока q-оси и частоте в точке изгиба получается из уравнения 40, как в следующих уравнениях 41 и 42.
[уравнение 41]
[уравнение 42]
Подстановка уравнений 41 и 42 в уравнение 20 дает в результате следующее уравнение 43, и подстановка уравнения 42 в уравнение 21 дает в результате следующее уравнение 44.
[уравнение 43]
[уравнение 44]
1
2
2
1
2
1
В уравнении 44, поскольку R×L>>(1-σ)×R×L, (1-σ)×R×L рассматривается как равное 0. Уравнение 37 получается из уравнения 43, и уравнение 38 получается из уравнения 44.
В варианте 2 осуществления коэффициенты G1 и G2 усиления вычисляются в соответствии с уравнениями 37 и 38, тем самым достигая эффектов, идентичных эффектам варианта 1 осуществления.
x
Как описано выше, в варианте 2 осуществления, скорость отклика при ограничении тока во время ограничения тока может быть выполнена с заданным значением ω, посредством использования коэффициентов G1 и G2 усиления, как показано в уравнениях 37 и 38, в уравнении 10, которое является операционным выражением усилителя 230 в состоянии, в котором асинхронный электродвигатель 10I работает в области постоянного крутящего момента.
Модификация 2A варианта 2 осуществления
Хотя в варианте 2 осуществления вращающаяся машина 10 переменного тока является асинхронным электродвигателем 10I, вращающаяся машина 10 переменного тока не ограничивается этим, а может быть любой другой вращающейся машиной переменного тока, например, синхронным электродвигателем 10S, чтобы достигать идентичных эффектов.
Фиг.9 изображает блок-схему устройства управления для вращающейся машины переменного тока в модификации 2 этого варианта 2 осуществления. Эта модификация 2A этого варианта 2 осуществления конфигурируется посредством модификации варианта 2 осуществления так, что вращающаяся машина 10 переменного тока конфигурируется посредством синхронного электродвигателя 10S, средство 15B команд управления напряжением заменяется средством 15C команд управления напряжением, арифметическое средство 17 частоты инвертора заменяется арифметическим средством 17A частоты инвертора, и дополнительно добавляется фильтр 40 верхних частот для стабилизации. В модификации 2A, средство 11 приложения напряжения, средство 13 детектирования тока и арифметическое средство 20 значений частотной коррекции конфигурируются способом, аналогичным варианту 2 осуществления. Средство 15C команд управления напряжением также выполнено, например, из микрокомпьютера.
high
i
high
i
high
high
i
i
В модификации 2A варианта 2 осуществления, как показано на Фиг.9, фильтр 40 верхних частот для стабилизации принимает значение детектированного тока I=iq из средства 13 детектирования тока и выводит высокочастотную составляющую ω стабилизации частоты. Арифметическое средство 17A частоты инвертора модификации 2A, который содержит два модуля 171 и 172 вычитания, вычисляет частоту ω инвертора на основе значения команды управления частотой ω*, значения ∆ω частотной коррекции из арифметического средства 20 значений частотной коррекции и высокочастотной составляющей ω стабилизации частоты из фильтра 40 верхних частот для стабилизации и предоставляет эту частоту ω инвертора в средство 15C команд управления напряжением. В модуль 171 вычитания предоставляется значение ω* команды управления частотой и значение ∆ω частотной коррекции, он вычитает значение ∆ω частотной коррекции из значения ω* команды управления частотой и предоставляет вывод ω*-∆ω вычитания в модуль 172 вычитания. В модуль 172 вычитания дополнительно предоставляется высокочастотная составляющая ω стабилизации частоты из фильтра 40 верхних частот для стабилизации. Этот модуль 172 вычитания вычитает высокочастотную составляющую ω стабилизации частоты из вывода ω*-∆ω вычитания, вычисляет частоту ω инвертора в соответствии с уравнением 23 и предоставляет частоту ω инвертора в средство 15C команд управления напряжением.
i
Средство 15C команд управления напряжением в модификации 2A конфигурируется как средство команд управления напряжением системы управления постоянной (V/f) и имеет арифметическое средство 156 команд управления напряжением системы управления постоянной (V/f) и преобразователь 157 координат по dq-оси в трехфазные координаты, как показано на Фиг.9. Арифметическое средство 156 команд управления напряжением вычисляет команду vd* управления напряжением d-оси и команду vq* управления напряжением q-оси на основе частоты ω инвертора из арифметического средства 17A частоты инвертора в соответствии со следующими уравнениями 45 и 46 и выводит их в преобразователь 157 координат по dq-оси в трехфазные координаты.
<mrow><mi>v</mi><msup><mi>d</mi><mo>*</mo></msup><mo>=</mo><mn>0</mn></mrow>
[уравнение 45]
<mrow><mi>v</mi><msup><mi>d</mi><mo>*</mo></msup><mo>=</mo><msub><mi>ω</mi><mi>i</mi></msub><mo>×</mo><msub><mi>φ</mi><mi>f</mi></msub></mrow>
[уравнение 46]
f
В уравнении 46 ϕ является магнитным потоком магнита [Wb] синхронного электродвигателя 10S.
В модификации 2A варианта 2 осуществления арифметический компонент 213 коэффициентов усиления арифметического средства 20 значений частотной коррекции вычисляет коэффициенты G1 и G2 усиления в соответствии со следующими уравнениями 47 и 48.
<mrow><mi>G</mi><mn>1</mn><mo>=</mo><msub><mi>ω</mi><mi>x</mi></msub><mo>×</mo><mfrac><mrow><msub><mi>L</mi><mi>q</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>φ</mi><mi>f</mi></msub></mrow></mfrac></mrow>
[уравнение 47]
<mrow><mi>G</mi><mn>2</mn><mo>=</mo><msub><mi>ω</mi><mi>x</mi></msub><mo>×</mo><mfrac><mrow><mi>R</mi><mo>+</mo><msub><mi>φ</mi><mi>f</mi></msub><mo>×</mo><msub><mi>K</mi><mi>h</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>φ</mi><mi>f</mi></msub></mrow></mfrac></mrow>
[уравнение 48]
q
h
x
q
f
h
x
В этих уравнениях 47 и 48 L является индуктивностью q-оси [Гн] синхронного электродвигателя 10S, R является сопротивлением обмотки статора [Ω], K является усилением фильтра 40 верхних частот для стабилизации, и ω является заданным значением скорости отклика при ограничении тока, идентичным значению, используемому в варианте 2 осуществления. Электрические постоянные, касающиеся синхронного электродвигателя 10S, в частности, индуктивность L q-оси синхронного электродвигателя 10S, магнитный поток ϕ магнита, сопротивление R обмотки статора, коэффициент усиления K фильтра 40 верхних частот для стабилизации и заданное значение ω скорости отклика при ограничении тока сохраняются в постоянном запоминающем устройстве 203 и предоставляются в арифметический компонент 213 коэффициентов усиления.
x
Уравнения 47 и 48 в модификации 2A получаются способом, аналогичным уравнениям 33 и 38 в модификации 1A варианта 1 осуществления, хотя пояснение принципа их получения опускается. В этой модификации 2A, посредством использования арифметического средства 20 значений частотной коррекции, коэффициенты G1 и G2 усиления усилителя 230 могут быть надлежащим образом рассчитаны и автоматически заданы для синхронного электродвигателя 10S, который должен возбуждаться, когда синхронный электродвигатель 10S с известными электрическими постоянными возбуждается в состоянии, в котором синхронный электродвигатель 10S работает в области постоянного крутящего момента, и ток, протекающий через синхронный электродвигатель 10S, может надежно подавляться с помощью произвольного заданного значения ω скорости отклика при ограничении тока, посредством чего разрешается такая проблема, что избыточный ток может протекать через синхронный электродвигатель 10S, или такая проблема, что вся система управления становится нестабильной.
u
v
w
Хотя в варианте 1 осуществления и его модификации 1A, а также в варианте 2 осуществления и его модификация 2A, средство 13 детектирования тока детектирует все трехфазные токи i, i и i, протекающие через вращающуюся машину 10 переменного тока, могут детектироваться двухфазные токи этих трехфазных токов, например, или могут детектироваться токи на шине средства 11 приложения напряжения, и трехфазные токи, протекающие через вращающуюся машину 10 переменного тока, могут детектироваться на основе детектированного значения токов на шине. Кроме того, для детектированного значения I тока, которое выводится в арифметическое средство 20 значений частотной коррекции, I=iq, но действующие значения трехфазных токов, протекающих через вращающуюся машину 10 переменного тока, могут выводиться посредством вычисления детектированного значения I тока в соответствии со следующим уравнением 49, или токи на шине средства 11 приложения напряжения могут детектироваться и выводиться.
<mrow><mi>I</mi><mo>=</mo><msqrt><mrow><mi>i</mi><msup><mi>d</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><mi>i</mi><msup><mi>q</mi><mn>2</mn></msup></mrow></msqrt></mrow>
[уравнение 49]
Вариант 3 осуществления
(1) Пояснение конфигурации варианта 3 осуществления
Фиг.10 изображает блок-схему конфигурации варианта 3 осуществления устройства управления для вращающейся машины переменного тока согласно этому изобретению. Устройство управления для вращающейся машины переменного тока согласно этому варианту 3 осуществления конфигурируется посредством модификации варианта 1 осуществления так, что арифметическое средство 20 значений частотной коррекции заменяется арифметическим средством 20A значений частотной коррекции. Вращающаяся машина 10 переменного тока в варианте 3 осуществления является асинхронным электродвигателем 10I, как в варианте 1 осуществления, и имеет средство 11 приложения напряжения, средство 13 детектирования тока, средство 15 команд управления напряжением и арифметическое средство 17 частоты инвертора, аналогично варианту 1 осуществления. Арифметическое средство 20A значений частотной коррекции также выполнено, например, из микрокомпьютера.
limit
i
i
Арифметическое средство 20A значений частотной коррекции в варианте 3 осуществления имеет пять портов ввода, от порта 20-I1 до порта 20-I5, и один порт 20-O вывода. В этом арифметическом средстве 20A значений частотной коррекции, порт 20-I6 ввода в арифметическом средстве 20 значений частотной коррекции варианта 1 осуществления исключается. Способом, аналогичным варианту 1 осуществления, в порт 20-I1 ввода предоставляется детектированное значение I тока из преобразователя 132 трехфазных координат в координаты по dq-оси средства 13 детектирования тока, в порт 20-I2 ввода предоставляется значение I команды управления ограничения тока извне, в порт 20-I3 ввода предоставляется частота ω инвертора, в порт 20-I4 ввода предоставляется значение ω* команды управления частотой, и в порт 20-I5 ввода предоставляется, по меньшей мере, одно из частоты ω инвертора, значения ω* команды управления частотой и команды V* управления трехфазным напряжением. Кроме того, порт 20-O вывода предоставляет значение ∆ω частотной коррекции в модуль 171 вычитания арифметического средства 17 частоты инвертора.
Арифметическое средство 20A значений частотной коррекции в варианте 3 осуществления внутренне содержит элемент 201 вычисления отклонения тока, постоянное запоминающее устройство 203, элемент 210A вычисления коэффициента усиления, усилитель 230, компонент 231 вывода нулевых значений, формирователь 233 сигналов состояния и модуль 235 выбора выхода. Элемент 201 вычисления отклонения тока, постоянное запоминающее устройство 203, усилитель 230, компонент 231 вывода нулевых значений, формирователь 233 сигналов состояния и модуль 235 выбора выхода в варианте 3 осуществления конфигурируются способом, аналогичным варианту 1 осуществления. Элемент 210A вычисления коэффициента усиления предоставляется вместо элемента 210 вычисления коэффициента усиления варианта 1 осуществления. Элемент 210A вычисления коэффициента усиления в варианте 3 осуществления имеет арифметический компонент 214 коэффициентов усиления, компонент 221 вывода нулевых значений, компонент 223 формирования сигналов переключения и переключающий компонент 225. Арифметический компонент 214 коэффициентов усиления подключается к входу b переключающего компонента 225, и компонент 221 вывода нулевых значений подключается к порту a ввода переключающего компонента 225.
i
i
В арифметический компонент 214 коэффициентов усиления в варианте 3 осуществления предоставляется частота ω инвертора из порта 20-I3 ввода и электрические постоянные асинхронного электродвигателя 10I из постоянного запоминающего устройства 203. Этот арифметический компонент 214 коэффициентов усиления вычисляет коэффициенты G1 и G2 усиления усилителя 230 на основе частоты ω инвертора и электрических постоянных асинхронного электродвигателя 10I в соответствии со следующими уравнениями 50 и 51 и предоставляет коэффициенты G1 и G2 усиления в усилитель 230.
<mrow><mi>G</mi><mn>1</mn><mo>=</mo><msub><mi>R</mi><mn>2</mn></msub><mo>×</mo><mfrac><mrow><msub><mi>ω</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>V</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
[уравнение 50]
<mrow><mi>G</mi><mn>2</mn><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>R</mi><mn>1</mn></msub><mo>×</mo><msub><mi>R</mi><mn>2</mn></msub><mo>×</mo><msub><mi>ω</mi><mi>i</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>V</mi><mn>0</mn></msub><mo>×</mo><mi>σ</mi><mo>×</mo><msub><mi>L</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
[уравнение 51]
1
2
1
0
i
1
2
1
0
i
В уравнениях 50 и 51 σ является постоянной утечки асинхронного электродвигателя 10I, R является сопротивлением статора, R является сопротивлением ротора, L является индуктивностью статора, V является номинальным напряжением асинхронного электродвигателя 10I, и ω является частотой инвертора. Постоянная σ утечки асинхронного электродвигателя 10I, сопротивление R статора, сопротивление R ротора, индуктивность L статора и номинальное напряжение V сохраняются в постоянном запоминающем устройстве 203 и предоставляются в арифметический компонент 214 коэффициентов усиления. Частота ω инвертора предоставляется из порта 20-I3 ввода в арифметический компонент 214 коэффициентов усиления.
(2) Пояснение для рабочей области асинхронного электродвигателя 10I в варианте 3 осуществления
IM
Когда вращающаяся машина 10 переменного тока возбуждается посредством средства 11 приложения напряжения, выполненного с использованием инвертора, рабочая область вращающейся машины 10 переменного тока включает в себя область CTA постоянного крутящего момента и область COA постоянной выходной мощности, как показано на Фиг.6. Передаточная характеристика G, используемая в варианте 1 осуществления и модификации 1A варианта 1 осуществления, а также в варианте 2 осуществления и модификации 2A варианта 2 осуществления, является передаточной характеристикой с учетом области постоянного крутящего момента, и коэффициент усиления усилителя, рассчитанный на ее основе, не может достигать требуемого показателя ограничения тока в области постоянной выходной мощности, в которой значение V напряжения возбуждения напряжения Vuvw возбуждения трехфазного переменного тока является постоянным, посредством чего вывод нулевого значения предоставляется из переключающего компонента 225 в усилитель 230, чтобы задавать коэффициенты G1 и G2 усиления равными нулю в состоянии, в котором вращающаяся машина 10 переменного тока работает в области COA постоянной выходной мощности. В этом варианте 3 осуществления, можно достигать требуемого показателя ограничения тока в состоянии, в котором вращающаяся машина 10 переменного тока работает в области COA постоянной выходной мощности.
(3) Пояснение для работы варианта 3 осуществления
В состоянии, в котором асинхронный электродвигатель 10I работает в области COA постоянной выходной мощности, элемент 210A вычисления коэффициента усиления вычисляет коэффициенты G1 и G2 усиления усилителя 230 в соответствии с уравнениями 50 и 51.
x
При арифметическом средстве 20A значений частотной коррекции, сконфигурированном таким образом, когда асинхронный электродвигатель 10I с известными электрическими постоянными возбуждается, коэффициенты G1 и G2 усиления усилителя 230 могут быть надлежащим образом рассчитаны и заданы "на лету" для асинхронного электродвигателя 10I, который должен возбуждаться в области COA постоянной выходной мощности, посредством чего ток, протекающий через асинхронный электродвигатель 10I, может подавляться при заданном значении ωскорости отклика при ограничении тока. Тем самым требуемый показатель ограничения тока может обеспечиваться в состоянии, в котором асинхронный электродвигатель 10I работает в области COA постоянной выходной мощности.
В варианте 3 осуществления переключающий компонент 225 арифметического средства 210A коэффициентов усиления выводит нулевое значение из компонента 221 вывода нулевых значений в усилитель 230 в состоянии, в котором вращающаяся машина переменного тока или асинхронный электродвигатель 10I работает в области CTA постоянного крутящего момента.
x
В этом варианте 3 осуществления заданное значение ω скорости отклика при ограничении тока предоставляется посредством следующего уравнения 52.
<mrow><msub><mi>ω</mi><mi>x</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>R</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><mi>σ</mi><mo>×</mo><msub><mi>L</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
[уравнение 52]
x
x
1
1
Заданное значение ω этой скорости отклика при ограничении тока может сохраняться в качестве заданного значения ω в постоянном запоминающем устройстве 203 или вычисляться посредством арифметического компонента 214 коэффициентов усиления из сопротивления R статора, индуктивности L статора и постоянной σ утечки, которые сохраняются в постоянном запоминающем устройстве 203.
(4) Пояснение для обоснования получения уравнений 50 и 51 для вычисления коэффициентов G1 и G2 усиления в варианте 3 осуществления
IM
Ниже описывается принцип получения уравнений 50 и 51, которые являются выражениями расчета коэффициентов G1 и G2 усиления усилителя 230 в области COA постоянной выходной мощности. Процессы получения уравнений 50 и 51 заключаются в том, чтобы рассчитывать коэффициенты G1 и G2 усиления усилителя 230 в области COA постоянной выходной мощности из передаточной характеристики Gасинхронного электродвигателя 10I, возбуждаемого в области COA постоянной выходной мощности, как в варианте 1 осуществления.
IMSYS
i
i
IMSYS
IMSYS
Фиг.11 изображает характеристическую диаграмму, показывающую передаточную характеристику G от значения ∆ω частотной коррекции к значению детектированного тока I=iq, как показано на Фиг.4, когда асинхронный электродвигатель 10I возбуждается при значении команды управления частотой ω*=частота ω инвертора=40 [Гц], при котором рабочей областью асинхронного электродвигателя 10I является область CTA постоянного крутящего момента, и при значении команды управления частотой ω*=частота ω инвертора=50 [Гц], 100 [Гц], 150 [Гц], 200 [Гц], при котором рабочей областью асинхронного электродвигателя 10I является область COA постоянной выходной мощности. Фиг.11(A) изображает характеристику выходной абсолютной величины передаточной характеристики G, и Фиг.11(B) изображает характеристику выходной фазы передаточной характеристики G.
i
IMSYS
i
i
i
i
i
Характеристика выходной абсолютной величины по Фиг.11(A) изображает результат предоставления сигнала, в котором ω*=ω добавляется к входной синусоидальной волне, имеющей предварительно определенную абсолютную величину и изменяющейся по частоте, в блок 35, представляющий передаточную функцию G, и анализа изменения в абсолютной величине выходного сигнала, выведенного из блока 35, в котором горизонтальная ось представляет частоту входной синусоидальной волны в (рад/сек), а вертикальная ось представляет абсолютную величину выходного сигнала в (дБ). Характеристика m4 на Фиг.11(A) является характеристикой, при ω*=ω=40 [Гц], характеристика m5 является характеристикой, при ω*=ω=50 [Гц], характеристика m6 является характеристикой, при ω*=ω=100 [Гц], характеристика m7 является характеристикой, при ω*=ω=150 [Гц], и характеристика m8 является характеристикой, при ω*=ω=200 [Гц].
i
IMSYS
i
i
i
i
i
Характеристика выходной фазы по Фиг.11(B) показывает результат предоставления сигнала, в котором ω*=ω добавляется к входной синусоидальной волне, имеющей предварительно определенную абсолютную величину и изменяющейся по частоте, в блок 35, представляющий передаточную функцию G, и анализа изменения в фазе выходного сигнала, выведенного из блока 35, в котором горизонтальная ось представляет частоту входной синусоидальной волны в (рад/сек), а вертикальная ось представляет фазу выходного сигнала в (градусах). Характеристика p4 на Фиг.11(B) является характеристикой, при ω*=ω=40 [Гц], характеристика p5 является характеристикой, при ω*=ω=50 [Гц], характеристика p6 является характеристикой, при ω*=ω=100 [Гц], характеристика p7 является характеристикой, при ω*=ω=150 [Гц], и характеристика p8 является характеристикой, при ω*=ω=200 [Гц].
На Фиг.11(A) и 11(B) штрихпунктирные линии f5, f6, f7 и f8, параллельные вертикальной оси, показывают иллюстрацию на частоте 50 [Гц], 100 [Гц], 150 [Гц] и 200 [Гц] соответственно.
i
i
i
Из Фиг.11(A) можно понять, что передаточная характеристика в области COA постоянной выходной мощности существенно отличается от характеристики запаздывания первого порядка, которая является передаточной характеристикой в области CTA постоянного крутящего момента. Кроме того, существует внезапное изменение в характеристике около полосы частот по частоте ω инвертора, и выходная абсолютная величина по Фиг.11(A) внезапно падает с наклоном в -20 дБ/декада или меньше. Можно понять, что передаточная характеристика в целом является комплексной, но характеристика запаздывания первого порядка в полосе частот частоты ω инвертора или меньше. Кроме того, можно понять, что по мере того, как частота ω инвертора увеличивается, усиление постоянного тока передаточной характеристики падает.
IM
0
Передаточная характеристика G в области COA постоянной выходной мощности может описываться в следующем уравнении 53 посредством линеаризации уравнения для напряжения асинхронного электродвигателя 10I в качестве vq*=V.
[уравнение 53]
В уравнении 53 все постоянные являются значениями, определяемыми из электрических постоянных асинхронного электродвигателя 10I.
x
i
IM
Хотя в варианте 1 осуществления быстрый отклик при ограничении тока может быть реализован посредством задания скорости ω отклика при ограничении тока во время ограничения тока в частотном диапазоне выше частоты ω инвертора, передаточная характеристика G в области COA постоянной выходной мощности не является характеристикой запаздывания первого порядка, поскольку выходная абсолютная величина внезапно падает при кривой в -20 дБdB/декада или менее, как показано на Фиг.11(A). Кроме того, поскольку фаза становится -180° или менее, как указано посредством прямой линии ϕ-180, параллельной горизонтальной оси на Фиг.11(B), система управления становится нестабильной при расчете коэффициентов G1 и G2 усиления усилителя 230, как показано в варианте 1 осуществления. Эти явления могут приводить к такой проблеме, что требуемый показатель ограничения тока не может получаться даже с использованием средства 15, 15A команд управления напряжением системы управления постоянной (E/f), когда вращающаяся машина 10 переменного тока работает в области COA постоянной выходной мощности.
i
В варианте 3 осуществления коэффициенты усиления усилителя 230 рассчитываются в полосе частот ниже частоты ω инвертора, указывающей характеристику запаздывания первого порядка на Фиг.11(A).
i
В частности, передаточная характеристика, указывающая характеристику запаздывания первого порядка, совпадающую в полосе частот ниже частоты ω инвертора, получается из уравнения 53, и коэффициенты усиления усилителя 230 рассчитываются из передаточной характеристики, полученной в здесь.
Уравнение 53, аналогично уравнению 15, аппроксимируется посредством K/(1+T×s). В этом случае, прежде всего, оператор Лапласа s в уравнении 53 задается равным нулю, посредством чего следующее уравнение 54 получается, чтобы обеспечивать коэффициент K усиления постоянного тока.
<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>V</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>R</mi><mn>2</mn></msub><mo>×</mo><msub><mi>ω</mi><mi>i</mi></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mi>K</mi></mrow>
[уравнение 54]
Кроме того, если получается характеристика запаздывания первого порядка, содержащаяся в уравнении 53, то эта характеристика запаздывания первого порядка представляется в следующем уравнении 55.
<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>R</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>R</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><mi>σ</mi><mo>×</mo><msub><mi>L</mi><mn>1</mn></msub><mo>×</mo><mi>s</mi></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><mfrac><mrow><mi>σ</mi><mo>×</mo><msub><mi>L</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>R</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac><mo>×</mo><mi>s</mi></mrow></mfrac></mrow>
[уравнение 55]
IM
1
1
Передаточная характеристика G, аппроксимированная посредством характеристики запаздывания первого порядка, является комбинацией уравнений 54 и 55, и обратная величина σ×L/R, включенного в знаменатель уравнения 55, становится частотой 1/T в точке перегиба. Таким образом, частота 1/T в точке перегиба предоставляется посредством следующего уравнения 56.
<mrow><mfrac><mn>1</mn><mi>T</mi></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>R</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><mi>σ</mi><mo>×</mo><msub><mi>L</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
[уравнение 56]
Из уравнений 55 и 56 коэффициенты G1 и G2 усиления в варианте 3 осуществления предоставляются посредством следующих уравнений 57 и 58 способом, аналогичным уравнениям 20 и 21.
<mrow><mi>G</mi><mn>1</mn><mo>=</mo><msub><mi>ω</mi><mi>x</mi></msub><mo>×</mo><mfrac><mi>T</mi><mi>K</mi></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>ω</mi><mi>x</mi></msub><mo>×</mo><msub><mi>ω</mi><mi>i</mi></msub><mo>×</mo><mi>σ</mi><mo>×</mo><msub><mi>L</mi><mn>1</mn></msub><mo>×</mo><msub><mi>R</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>V</mi><mn>0</mn></msub><mo>×</mo><msub><mi>R</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
[уравнение 57]
<mrow><mi>G</mi><mn>2</mn><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>G</mi><mn>1</mn></mrow><mi>T</mi></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>ω</mi><mi>x</mi></msub><mo>×</mo><msub><mi>ω</mi><mi>i</mi></msub><mo>×</mo><msub><mi>R</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>V</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
[уравнение 58]
IM
x
i
x
i
IM
i
i
IM
x
1
1
В данном документе при рассмотрении характеристики передаточной функции G в области COA постоянной выходной мощности, заданное значение ω скорости отклика при ограничении тока во время ограничения тока задается равным меньшей частоте, чем частота инвертора ω в уравнениях 57 и 58, посредством чего может быть обеспечена стабильность. Приблизительная оценка задания заданного значения ω скорости отклика при ограничении тока может составлять примерно одну пятую частоты ω инвертора. Дополнительно, в характеристике передаточной характеристики G в области COA постоянной выходной мощности, как показано на Фиг.11(A), существует тенденция, что по мере того, как частота ω инвертора увеличивается, точка максимума выходной абсолютной величины в полосе частот частоты ω инвертора становится более высокой. При этом пиковом значении в характеристике передаточной характеристики G абсолютная величина характеристики запаздывания первого порядка равна или меньше абсолютной величины, соответствующей частоте 1/T в точке перегиба. Таким образом, заданное значение ω скорости отклика при ограничении тока равно частоте (1/T)=R/(σ×L) в точке перегиба в характеристике запаздывания первого порядка, как показано в уравнении 52, посредством чего система управления во время ограничения тока может всегда содержаться в стабильной области. В этом случае, запас по усилению системы управления может быть обеспечен равным 3 дБ или более.
IM
Соответственно, если коэффициенты G1 и G2 усиления усилителя 230 рассчитываются с учетом передаточной характеристики G в области COA постоянной выходной мощности, подстановка уравнения 52 в уравнения 57 и 58 дает в результате уравнения 50 и 51.
1
1
i
i
x
x
i
x
i
Если частота (1/T)=R/(σ×L) в точке перегиба в характеристике запаздывания первого порядка не является удаленной от частоты ω инверторана расстояние, которое равно или превышает одну пятую частоты ω инвертора, заданное значение ω скорости отклика при ограничении тока рассчитывается как ω=ω/5, посредством чего может быть выполнена стабилизация. В это время, подстановка ω=ω/5 в уравнения 50 и 51 для расчета коэффициентов G1 и G2 усиления усилителя 230 дает в результате следующие уравнения 59 и 60.
<mrow><mi>G</mi><mn>1</mn><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>σ</mi><mo>×</mo><msub><mi>L</mi><mn>1</mn></msub><mo>×</mo><msub><mi>R</mi><mn>2</mn></msub><mo>×</mo><msubsup><mi>ω</mi><mi>i</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow><mrow><mn>5</mn><mo>×</mo><msub><mi>V</mi><mn>0</mn></msub><mo>×</mo><msub><mi>R</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
[уравнение 59]
<mrow><mi>G</mi><mn>2</mn><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>R</mi><mn>2</mn></msub><mo>×</mo><msubsup><mi>ω</mi><mi>i</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow><mrow><mn>5</mn><mo>×</mo><msub><mi>V</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
[уравнение 60]
limit
i
i
i
Таким образом, если ток асинхронного электродвигателя 10I, возбуждаемого в области COA постоянной выходной мощности, ограничивается значением I команды управления для ограничения тока, показатель надежного ограничения тока может достигаться посредством использования вышеуказанных коэффициентов усиления усилителя при частоте ω инвертора, чтобы возбуждать асинхронный электродвигатель 10I. Хотя в варианте 3 осуществления, частота ω инвертора используется для того, чтобы вычислять коэффициенты G1 и G2 усиления, значение ω* команды управления частотой может использоваться вместо частоты ω инвертора, чтобы достигать идентичных эффектов.
Модификация 3A варианта 3 осуществления
Хотя в варианте 3 осуществления вращающаяся машина 10 переменного тока является асинхронным электродвигателем 10I, в этой модификации 3A вращающаяся машина 10 переменного тока в варианте 3 осуществления заменяется любой другой вращающейся машиной переменного тока, например, синхронным электродвигателем 10S.
Фиг.12 изображает блок-схему устройства управления для вращающейся машины переменного тока согласно этой модификации 3A, в которой вращающаяся машина 10 переменного тока является синхронным электродвигателем 10S. В этой модификации 3A, фильтр 40 верхних частот для стабилизации дополнительно добавляется к варианту 3 осуществления, как показано на Фиг.10, средство 15 команд управления напряжением в варианте 3 осуществления заменяется средством 15A команд управления напряжением, и арифметическое средство модуль 17 частоты инвертора заменяется арифметическим средством 17A частоты инвертора. Фильтр 40 верхних частот для стабилизации, средство 15A команд управления напряжением и арифметическое средство 17A частоты инвертора являются идентичными модификации 1A варианта 1 осуществления, как показано на Фиг.7. Другими словами, модификация 3A конфигурируется способом, аналогичным варианту 3 осуществления.
i
В модификации 3A варианта 3 осуществления уравнения 50 и 51, а также уравнения 59 и 60 в варианте 3 осуществления изменяются согласно синхронному электродвигателю 10S, чтобы вычислять коэффициенты G1 и G2 усиления, и коэффициенты G1 и G2 усиления предоставляются в усилитель 230 в состоянии, в котором синхронный электродвигатель 10S работает в области COA постоянной выходной мощности. В модификации 3A варианта 3 осуществления, значение ω* команды управления частотой может использоваться вместо частоты ω инвертора при вычислении коэффициентов G1 и G2 усилений, тем самым достигая идентичных эффектов.
Вариант 4 осуществления
Фиг.13 изображает блок-схему варианта 4 осуществления устройства управления для вращающейся машины переменного тока согласно этому изобретению. Этот вариант 4 осуществления конфигурируется посредством модификации варианта 3 осуществления, как показано на Фиг.10, так что средство 15 команд управления напряжением заменяется средством 15B команд управления напряжением. Другими словами, вариант 4 осуществления конфигурируется образом, аналогичным варианту 3 осуществления, в котором вращающаяся машина 10 переменного тока является асинхронным электродвигателем 10I. В этом варианте 4 осуществления, также используется идентичное арифметическое средство 20A значений частотной коррекции, как в варианте 3 осуществления.
i
i
Средство 15B команд управления напряжением в варианте 4 осуществления является идентичным варианту 2 осуществления, как показано на Фиг.8. Это средство 15B команд управления напряжением является средством команд управления напряжением системы управления постоянной (V/f). Это средство 15B команд управления напряжением имеет арифметическое средство 155 команд управления напряжением системы управления постоянной (V/f) и преобразователь 157 координат по dq-оси в трехфазные координаты. В арифметическое средство 155 команд управления напряжением предоставляется частота ω инвертора из арифметического средства 17 частоты инвертора. Арифметическое средство 155 команд управления напряжением вычисляет команду vd* управления напряжением d-оси и команду vq* управления напряжением q-оси на основе частоты ω инвертора в соответствии с уравнениями 35 и 36 и предоставляет их в преобразователь 157 координат по dq-оси в трехфазные координаты.
i
В варианте 4 осуществления, аналогично варианту 3 осуществления, арифметический компонент 214 коэффициентов усиления арифметического средства 20A значений частотной коррекции вычисляет коэффициенты G1 и G2 усиления в соответствии с уравнениями 50 и 51 или уравнениями 59 и 60 и предоставляет эти коэффициенты G1 и G2 усиления в усилитель 230 в состоянии, в котором асинхронный электродвигатель 10I работает в области COA постоянной выходной мощности, тем самым достигая эффектов, идентичных эффектам варианта 3 осуществления. В варианте 4 осуществления, при вычислении усилений G1 и G2, значение ω* команды управления частотой может использоваться вместо частоты ω инвертора, тем самым достигая идентичных эффектов.
Модификация 4A варианта 4 осуществления
Хотя в варианте 4 осуществления вращающаяся машина 10 переменного тока является асинхронным электродвигателем 10I в этой модификации 4A, вращающаяся машина 10 переменного тока в варианте 4 осуществления является любой другой вращающейся машиной переменного тока, например, синхронным электродвигателем 10S.
Фиг.14 изображает блок-схему устройства управления для вращающейся машины переменного тока в модификации 4A, в которой вращающаяся машина 10 переменного тока является синхронным электродвигателем 10S. В модификации 4A, фильтр 40 верхних частот для стабилизации дополнительно добавляется к варианту 4 осуществления, как показано на Фиг.13, средство 15B команд управления напряжением в варианте 4 осуществления заменяется средством 15C команд управления напряжением, и арифметическое средство 17 частоты инвертора заменяется арифметическим средством 17A частоты инвертора. Другими словами, модификация 4A конфигурируется способом, аналогичным варианту 4 осуществления.
Фильтр 40 верхних частот для стабилизации в этой модификации 4A является идентичным фильтру 40 верхних частот для стабилизации в модификации 2A, как показано на Фиг.9, и арифметическое средство 17A частоты инвертора в модификации 4A является идентичным арифметическому средству 17A частоты инвертора, как показано на Фиг.9.
i
В модификации 4A этого варианта 4 осуществления уравнения 50 и 51, а также уравнения 59 и 60 в варианте 3 осуществления изменяются согласно синхронному электродвигателю 10S, для вычисления коэффициентов G1 и G2 усиления, посредством чего коэффициенты G1 и G2 усиления предоставляются в усилитель 230 в состоянии, в котором синхронный электродвигатель 10S работает в области COA постоянной выходной мощности. В модификации 4A варианта 4 осуществления, значение ω* команды управления частотой может использоваться вместо частоты ω инвертора при вычислении коэффициентов G1 и G2 усилений, тем самым достигая идентичных эффектов.
Вариант 5 осуществления
Фиг.15 изображает блок-схему варианта 5 осуществления устройства управления для вращающейся машины переменного тока согласно этому изобретению. Этот вариант 5 осуществления конфигурируется посредством модификации варианта 1 осуществления, как показано на Фиг.1, так что арифметическое средство 20 значений частотной коррекции заменяется арифметическим средством 20B значений частотной коррекции. Другими словами, вариант 5 осуществления конфигурируется способом, аналогичным варианту 1 осуществления. Вращающаяся машина 10 переменного тока является асинхронным электродвигателем 10I, идентичным варианту 1 осуществления, и средство 15 команд управления напряжением, которое конфигурируется как средство команд управления напряжением системы управления постоянной (E/f), идентичное средству в варианте 1 осуществления, имеет арифметическое средство 153 команд управления напряжением системы управления постоянной (E/f) и преобразователь 157 координат по dq-оси в трехфазные координаты. Арифметическое средство 20B значений частотной коррекции также выполнено, например, из микрокомпьютера.
Арифметическое средство 20B значений частотной коррекции для использования в варианте 5 осуществления имеет элемент 210B вычисления коэффициента усиления, который подставляется вместо элемента 210 вычисления коэффициента усиления в арифметическом средстве 20 значений частотной коррекции в варианте 1 осуществления, как показано на Фиг.1. В арифметическом средстве 20B значений частотной коррекции, порт 20-I6 ввода в арифметическом средстве 20 значений частотной коррекции варианта 1 осуществления исключается. Другими словами, арифметическое средство 20B значений частотной коррекции конфигурируется способом, аналогичным арифметическому средству 20 значений частотной коррекции, как показано на Фиг.1.
Элемент 210B вычисления коэффициента усиления для использования в варианте 5 осуществления имеет арифметический компонент 211 первого коэффициента усиления, арифметический компонент 212 второго коэффициента усиления, компонент 223 формирования сигналов переключения и переключающий компонент 225. Компонент 223 формирования сигналов переключения и переключающий компонент 225 являются идентичными переключающему компоненту, используемому в варианте 1 осуществления, как показано на Фиг.1. Арифметический компонент 211 первого коэффициента усиления конфигурируется с использованием арифметического компонента 213 коэффициентов усиления, идентичного арифметическому компоненту, используемому в элементе 20 вычисления значения частотной коррекции, как показано на Фиг.1. Этот арифметический компонент 213 коэффициентов усиления вычисляет коэффициенты G1 и G2 усиления на основе электрических постоянных, касательно асинхронного электродвигателя 10I, сохраненных в постоянном запоминающем устройстве 203, в соответствии с уравнениями 6 и 7 или уравнениями 6 и 22 и предоставляет их на вход a переключающего компонента 225.
i
Арифметический компонент 212 второго коэффициента усиления конфигурируется посредством использования арифметического компонента 214 коэффициентов усиления, идентичного арифметическому компоненту, используемому в арифметическом средстве 20A значений частотной коррекции, как показано на Фиг.10. Этот арифметический компонент 214 коэффициентов усиления вычисляет коэффициенты G1 и G2 усиления на основе электрических постоянных, касательно асинхронного электродвигателя 10I, сохраненных в постоянном запоминающем устройстве 203, и частоты ω инвертора, предоставляемой в порт 20-I3 конца ввода, в соответствии с уравнениями 50 и 51 или уравнениями 59 и 60, и предоставляет их на вход b переключающего компонента 225.
a
a
В варианте 5 осуществления, как показано на Фиг.15, сигнал SS переключения компонента 223 формирования сигналов переключения предоставляет возможность переключающему компоненту 225 выбирать коэффициенты G1 и G2 усиления из арифметического компонента 213 коэффициентов усиления, предоставляемые на вход a, и предоставлять их из выхода c переключающего компонента 225 в усилитель 230 в состоянии, в котором асинхронный электродвигатель 10I работает в области CTA постоянного крутящего момента. Усилитель 230 вычисляет арифметическое значение ∆ω частотной коррекции в соответствии с уравнением 10 посредством использования коэффициентов G1 и G2 усиления, которые арифметический компонент 213 коэффициентов усиления вычисляет в соответствии с уравнениями 6 и 7 или уравнениями 6 и 22 в варианте 1 осуществления, и предоставляет это арифметическое значение ∆ω частотной коррекции на вход a модуля 235 выбора выхода в состоянии, в котором асинхронный электродвигатель 10I работает в области CTA постоянного крутящего момента.
a
a
В варианте 5 осуществления, как показано на Фиг.15, сигнал SS переключения компонента 223 формирования сигналов переключения предоставляет возможность переключающему компоненту 225 выбирать коэффициенты G1 и G2 усиления из арифметического компонента 214 коэффициентов усиления, предоставляемые на вход b, и предоставлять их из выхода c переключающего компонента 225 в усилитель 230 в состоянии, в котором асинхронный электродвигатель 10I работает в области COA постоянной выходной мощности. Усилитель 230 вычисляет арифметическое значение ∆ω частотной коррекции в соответствии с уравнением 10 посредством использования коэффициентов G1 и G2 усиления, которые арифметический компонент 214 коэффициентов усиления вычисляет в соответствии с уравнениями 50 и 51 или уравнениями 59 и 60 в варианте 3 осуществления, и предоставляет это арифметическое значение ∆ω частотной коррекции на вход a модуля 235 выбора выхода в состоянии, в котором асинхронный электродвигатель 10I работает в области COA постоянной выходной мощности.
limit
Следовательно, арифметическое средство 20B значений частотной коррекции в варианте 5 осуществления выполняет операцию, идентичную операции усилителя 230 в варианте 1 осуществления, усиливает отклонение ∆I тока посредством использования коэффициентов G1 и G2 усиления с помощью арифметического компонента 213 коэффициентов усиления в состоянии, в котором асинхронный электродвигатель 10I работает в области CTA постоянного крутящего момента, и выполняет операцию, идентичную операции усилителя 230 в варианте 3 осуществления, усиливает отклонение ∆I тока с использованием коэффициентов G1 и G2 усиления с помощью арифметического компонента 214 коэффициентов усиления в состоянии, в котором асинхронный электродвигатель 10I работает в области COA постоянной выходной мощности. Соответственно, ток, протекающий через асинхронный электродвигатель 10I, может ограничиваться значением I команды управления ограничения тока или меньше, независимо от того, работает асинхронный электродвигатель 10I в области CTA постоянного крутящего момента или в области COA постоянной выходной мощности.
Таким образом, с вариантом 5 осуществления, когда асинхронный электродвигатель 10I возбуждается на переменной скорости в широком диапазоне скоростей от области CTA постоянного крутящего момента до области COA постоянной выходной мощности, может надежно выполняться ограничение тока. Кроме того, коэффициенты G1 и G2 усиления усилителя 230 переключаются, в то время как компоненты системы управления являются неизменными, посредством чего может быть упрощена программа для установки системы управления.
i
В варианте 5 осуществления значение ω* команды управления частотой может использоваться вместо частоты ω инвертора при вычислении коэффициентов G1 и G2 усиления с помощью арифметического компонента 214 коэффициентов усиления, тем самым достигая идентичных эффектов.
Модификация 5A варианта 5 осуществления
Фиг.16 является модификацией, в которой для вращающейся машины 10 переменного тока, асинхронный электродвигатель 10I заменяется любой другой вращающейся машиной переменного тока, например, синхронным электродвигателем 10S. Эта модификация 5A конфигурируется посредством модификации варианта 5 осуществления, как показано на Фиг.15, так что вращающаяся машина 10 переменного тока конфигурируется посредством синхронного электродвигателя 10S, средство 15 команд управления напряжением заменяется средством 15A команд управления напряжением, арифметический модуль 17 частоты инвертора заменяется арифметическим средством 17A частоты инвертора, и дополнительно добавляется фильтр 40 верхних частот для стабилизации. Другими словами, модификация 5A конфигурируется образом, аналогичным варианту 5 осуществления, как показано на Фиг.15.
Средство 15A команд управления напряжением в модификации 5A конфигурируется как средство команд управления напряжением системы управления постоянной (E/f), как в модификации 1A варианта 1 осуществления, как показано на Фиг.7, и имеет арифметическое средство 154 команд управления напряжением системы управления постоянной (E/f) и преобразователь 157 координат по dq-оси в трехфазные координаты. Арифметическое средство 17A частоты инвертора и фильтр 40 верхних частот для стабилизации в модификации 5A являются идентичными модификации 1A варианта 1 осуществления, как показано на Фиг.7.
В этой модификации 5A также используется идентичное арифметическое средство 20B значений частотной коррекции, как показано на Фиг.15. В этой модификации 5A, в состоянии, в котором синхронный электродвигатель 10S работает в области CTA постоянного крутящего момента, арифметический компонент 213 коэффициентов усиления в арифметическом средстве 20B значений частотной коррекции вычисляет коэффициенты G1 и G2 усиления в соответствии с уравнениями 26 и 27, как в модификации 1A. Кроме того, в состоянии, в котором синхронный электродвигатель 10S работает в области COA постоянной выходной мощности, арифметический компонент 214 коэффициентов усиления вычисляет коэффициенты G1 и G2 усиления в соответствии с выражениями, измененными согласно синхронному электродвигателю 10S, из уравнений 50 и 51 или уравнений 59 и 60.
limit
Следовательно, арифметическое средство 20B значений частотной коррекции в модификации 5A варианта 5 осуществления выполняет операцию, идентичную операции усилителя 230 в модификации 1A варианта 1 осуществления, усиливает отклонение ∆I тока посредством использования коэффициентов G1 и G2 усиления с помощью арифметического компонента 213 коэффициентов усиления в состоянии, в котором синхронный электродвигатель 10S работает в области CTA постоянного крутящего момента, и выполняет операцию, идентичную операции усилителя 230 в модификации 3A варианта 3 осуществления, усиливает отклонение ∆I тока посредством использования коэффициентов G1 и G2 усиления с помощью арифметического компонента 214 коэффициентов усиления в состоянии, в котором синхронный электродвигатель 10S работает в области COA постоянной выходной мощности. Соответственно, ток, протекающий через синхронный электродвигатель 10S, может ограничиваться значением I команды управления ограничения тока или меньше, независимо от того, работает синхронный электродвигатель 10S в области CTA постоянного крутящего момента или области COA постоянной выходной мощности.
i
Таким образом, с модификацией 5A варианта 5 осуществления, когда синхронный электродвигатель 10S возбуждается на переменной скорости в широком диапазоне скоростей от области CTA постоянного крутящего момента до области COA постоянной выходной мощности, ограничение тока может надежно выполняться. Кроме того, коэффициенты G1 и G2 усиления усилителя 230 переключаются при неизменных компонентах системы управления, посредством чего может упрощаться программа для установки системы управления. В модификации 5A варианта 5 осуществления, значение ω* команды управления частотой может использоваться вместо частоты ω инвертора при вычислении коэффициентов G1 и G2 усиления с помощью арифметического компонента 214 коэффициентов усиления, тем самым достигая идентичных эффектов.
Вариант 6 осуществления
Фиг.17 изображает блок-схему варианта 6 осуществления устройства управления для вращающейся машины переменного тока согласно этому изобретению. Этот вариант 6 осуществления конфигурируется посредством модификации варианта 2 осуществления, как показано на Фиг.8, так что арифметическое средство 20 значений частотной коррекции заменяется арифметическим средством 20B значений частотной коррекции. Другими словами, вариант 6 осуществления конфигурируется образом, аналогичным варианту 2 осуществления. В этом варианте 6 осуществления, вращающаяся машина 10 переменного тока является асинхронным электродвигателем 10I, и средство 15B команд управления напряжением системы управления постоянной (V/f) используется, как в варианте 2 осуществления, показанном на Фиг.8.
В этом варианте 6 осуществления также используется идентичное арифметическое средство 20B значений частотной коррекции, как показано на Фиг.15. В этом варианте 6 осуществления, арифметический компонент 213 коэффициентов усиления в арифметическом средстве 20B значений частотной коррекции вычисляет коэффициенты G1 и G2 усиления в соответствии с уравнениями 37 и 38 способом, аналогичным варианту 2 осуществления в состоянии, в котором асинхронный электродвигатель 10S работает в области CTA постоянного крутящего момента. Кроме того, арифметический компонент 214 коэффициентов усиления вычисляет коэффициенты G1 и G2 усиления в соответствии с уравнениями 50 и 51 или уравнениями 59 и 60 в состоянии, в котором асинхронный электродвигатель 10I работает в области COA постоянной выходной мощности.
limit
Следовательно, арифметическое средство 20B значений частотной коррекции в варианте 6 осуществления выполняет операцию, идентичную операции усилителя 230 в варианте 2 осуществления, усиливает отклонение ∆I тока посредством использования коэффициентов G1 и G2 усиления с помощью арифметического компонента 213 коэффициентов усиления в состоянии, в котором асинхронный электродвигатель 10I работает в области CTA постоянного крутящего момента, и выполняет операцию, идентичную операции усилителя 230 в варианте 4 осуществления, усиливает отклонение ∆I тока посредством использования коэффициентов G1 и G2 усиления с помощью арифметического компонента 214 коэффициентов усиления в состоянии, в котором асинхронный электродвигатель 10I работает в области COA постоянной выходной мощности. Соответственно, ток, протекающий через асинхронный электродвигатель 10I, может ограничиваться значением I команды управления ограничения тока или меньше, независимо от того, работает асинхронный электродвигатель 10I в области CTA постоянного крутящего момента или в области COA постоянной выходной мощности.
Таким образом, с вариантом 6 осуществления, когда асинхронный электродвигатель 10I возбуждается на переменной скорости в широком диапазоне скоростей от области CTA постоянного крутящего момента до области COA постоянной выходной мощности, ограничение тока может надежно выполняться. Кроме того, коэффициенты G1 и G2 усиления усилителя 230 переключаются при неизменных компонентах системы управления, посредством чего может упрощаться программа для установки системы управления.
i
В варианте 6 осуществления значение ω* команды управления частотой может использоваться вместо частоты ω инвертора при вычислении усилений G1 и G2 с помощью арифметического компонента 214 коэффициентов усиления, тем самым достигая идентичных эффектов.
Модификация 6A варианта 6 осуществления
Фиг.18 является модификацией варианта 6 осуществления, в котором для вращающейся машины 10 переменного тока, асинхронный электродвигатель 10I заменяется любой другой вращающейся машиной переменного тока, например, синхронным электродвигателем 10S. Эта модификация 6A конфигурируется посредством модификации варианта 6 осуществления, как показано на Фиг.17, так что вращающаяся машина 10 переменного тока является синхронным электродвигателем 10S, средство 15B команд управления напряжением заменяется средством 15C команд управления напряжением, арифметический модуль 17 частоты инвертора заменяется арифметическим средством 17A частоты инвертора, и дополнительно для стабилизации добавляется фильтр 40 верхних частот. Другими словами, модификация 6A конфигурируется образом, аналогичным варианту 6 осуществления, как показано на Фиг.17.
Средство 15C команд управления напряжением в модификации 6A конфигурируется как средство команд управления напряжением системы управления постоянной (V/f), как в модификации 2A варианта 2 осуществления, как показано на Фиг.9, и имеет арифметическое средство 156 команд управления напряжением системы управления постоянной (V/f) и преобразователь 157 координат по dq-оси в трехфазные координаты. Арифметическое средство 17A частоты инвертора и фильтр 40 верхних частот для стабилизации в модификации 6A являются идентичными модификации 2A варианта 2 осуществления, как показано на Фиг.9.
В этой модификации 6A также используется идентичное арифметическое средство 20B значений частотной коррекции, как показано на Фиг.15. В этой модификации 6A, в состоянии, в котором синхронный электродвигатель 10S работает в области CTA постоянного крутящего момента, арифметический компонент 213 коэффициентов усиления в арифметическом средстве 20B значений частотной коррекции вычисляет коэффициенты G1 и G2 усиления в соответствии с уравнениями 47 и 48 способом, аналогичным модификации 2A. Кроме того, в состоянии, в котором синхронный электродвигатель 10S работает в области COA постоянной выходной мощности, арифметический компонент 214 коэффициентов усиления вычисляет коэффициенты G1 и G2 усиления в соответствии с выражениями, измененными согласно синхронному электродвигателю 10S, из уравнений 50 и 51 или уравнений 59 и 60.
limit
Следовательно, арифметическое средство 20B значений частотной коррекции в модификации 6A варианта 6 осуществления выполняет операцию, идентичную операции усилителя 230 в модификации 2A варианта 2 осуществления, усиливает отклонение ∆I тока посредством использования коэффициентов G1 и G2 усиления с помощью арифметического компонента 213 коэффициентов усиления в состоянии, в котором синхронный электродвигатель 10S работает в области CTA постоянного крутящего момента, и выполняет операцию, идентичную операции усилителя 230 в модификации 4A варианта 4 осуществления, усиливает отклонение ∆I тока посредством использования коэффициентов G1 и G2 усиления с помощью арифметического компонента 214 коэффициентов усиления в состоянии, в котором синхронный электродвигатель 10S работает в области COA постоянной выходной мощности. Соответственно, ток, протекающий через синхронный электродвигатель 10S, может ограничиваться значением I команды управления ограничения тока или меньше, независимо от того, работает синхронный электродвигатель 10S в области CTA постоянного крутящего момента или области COA постоянной выходной мощности.
i
Таким образом, с модификацией 6A варианта 6 осуществления, когда синхронный электродвигатель 10S возбуждается на переменной скорости в широком диапазоне скоростей от области CTA постоянного крутящего момента до области COA постоянной выходной мощности, ограничение тока может надежно выполняться. Кроме того, коэффициенты G1 и G2 усиления усилителя 230 переключаются при неизменных компонентах системы управления, посредством чего может упрощаться программа для установки системы управления. В модификации 6A варианта 6 осуществления, значение ω* команды управления частотой может использоваться вместо частоты ω инвертора при вычислении коэффициентов G1 и G2 усиления с помощью арифметического компонента 214 коэффициентов усиления, тем самым достигая идентичных эффектов.
Вариант 7 осуществления
Фиг.19 изображает блок-схему варианта 7 осуществления устройства управления для вращающейся машины переменного тока согласно этому изобретению. Этот вариант 7 осуществления конфигурируется посредством модификации варианта 5 осуществления, как показано на Фиг.15, так что арифметическое средство 20B значений частотной коррекции заменяется арифметическим средством 20C значений частотной коррекции. Другими словами, вариант 7 осуществления конфигурируется образом, аналогичным варианту 5 осуществления. В этом варианте осуществления 7, вращающаяся машина 10 переменного тока является асинхронным электродвигателем 10I, и используется средство 15 команд управления напряжением способа управления постоянной (E/f). Арифметическое средство 20C значений частотной коррекции также выполнено, например, из микрокомпьютера.
Арифметическое средство 20C значений частотной коррекции для использования в варианте 7 осуществления имеет элемент 210C вычисления коэффициента усиления, который подставляется вместо элемента 210B вычисления коэффициента усиления в арифметическом средстве 20B значений частотной коррекции в варианте 5 осуществления, как показано на Фиг.15. Другими словами, арифметическое средство 20C значений частотной коррекции конфигурируется образом, аналогичным арифметическому средству 20B значений частотной коррекции. Элемент 210C вычисления коэффициента усиления имеет компонент 215 регулирования первого коэффициента усиления в дополнение к арифметическому компоненту 211 первого коэффициента усиления и компонент 216 регулирования второго коэффициента усиления в дополнение к арифметическому компоненту 212 второго коэффициента усиления в элементе 210B вычисления коэффициента усиления варианта 5 осуществления, как показано на Фиг.15. Другими словами, элемент 210C вычисления коэффициента усиления конфигурируется образом, аналогичным элементу 210B вычисления коэффициента усиления.
Компонент 215 регулирования первого коэффициента усиления принимает коэффициент G1, G2 усиления, вычисленный посредством арифметического компонента 213 коэффициентов усиления, регулирует его абсолютную величину и предоставляет коэффициент G1, G2 усиления с абсолютной величиной, отрегулированной для входа a переключающего компонента 225. Компонент 216 регулирования второго коэффициента усиления принимает коэффициент G1, G2 усиления, вычисленный посредством арифметического компонента 214 коэффициентов усиления, регулирует его абсолютную величину и предоставляет коэффициент G1, G2 усиления с абсолютной величиной, отрегулированной для входа b переключающего компонента 225.
Компоненты 215 и 216 регулирования первого и второго коэффициентов усиления регулируют абсолютную величину коэффициентов G1 и G2 усиления, вычисленных посредством арифметических компонентов 213 и 214 коэффициентов усиления, чтобы регулировать собственные колебания в механической системе, в которую встроена вращающаяся машина 10 переменного тока. В частности, когда механическая система, в которую встроена вращающаяся машина 10 переменного тока, имеет собственные колебания, на основе неизвестного большого момента инерции, если операция ограничения тока выполняется для вращающейся машины 10 переменного тока, встроенной в эту механическую систему, собственные колебания механической системы появляются при срабатывании ограничения тока. Компоненты 215 и 216 регулирования первого и второго коэффициентов усиления регулируют собственные колебания, появляющиеся при срабатывании ограничения тока посредством регулирования абсолютной величины коэффициентов G1 и G2 усиления, вычисленных посредством арифметических частей 213 и 214 коэффициентов усиления, посредством чего можно достигать надежного показателя ограничения тока и регулировать собственные колебания механической системы на основе этого показателя ограничения тока.
Модификация 7A варианта 7 осуществления
Фиг.20 изображает блок-схему модификации 7A варианта 7 осуществления. Эта модификация 7A конфигурируется посредством модификации варианта 7 осуществления так, что вращающаяся машина 10I переменного тока заменяется синхронным электродвигателем 10S, и средство 15A команд управления напряжением и арифметическое средство 17A частоты инвертора используется, как в модификации 1A, как показано на Фиг.7, и используется дополнительно фильтр 40 верхних частот для стабилизации. Другими словами, модификация 7A является идентичной варианту 7 осуществления, как показано на Фиг.19.
В этой модификации 7A также используется идентичное арифметическое средство 20C значений частотной коррекции, как в варианте 7 осуществления, как показано на Фиг.19. В этом арифметическом средстве 20C значений частотной коррекции, используется идентичный элемент 210C вычисления коэффициента усиления, как показано на Фиг.19, и элемент 210C вычисления коэффициента усиления имеет компоненты 215 и 216 регулирования первого и второго коэффициентов усиления, как в варианте 7 осуществления. Эти компоненты 215 и 216 регулирования первого и второго коэффициентов усиления регулируют собственные колебания, появляющиеся при срабатывании ограничения тока из механической системы, встроенной в синхронный электродвигатель 10S, посредством регулирования абсолютной величины коэффициентов G1 и G2 усиления, вычисленных посредством арифметических компонентов 213 и 214 коэффициентов усиления, посредством чего можно достигать надежного показателя ограничения тока и регулировать собственные колебания механической системы на основе этого показателя ограничения тока.
Вариант 8 осуществления
Фиг.21 изображает блок-схему варианта 8 осуществления устройства управления для вращающейся машины переменного тока согласно этому изобретению. Этот вариант 8 осуществления конфигурируется посредством модификации варианта 7 осуществления так, что средство 15 команд управления напряжением заменяется средством 15B команд управления напряжением, идентичным средству в варианте 2 осуществления, как показано на Фиг.8. Другими словами, вариант 8 осуществления конфигурируется способом, аналогичным варианту 7 осуществления, как показано на Фиг.19. Вращающаяся машина 10 переменного тока является асинхронным электродвигателем 10I.
В этом варианте 8 осуществления также используется идентичное арифметическое средство 20C значений частотной коррекции, как в варианте 7 осуществления, как показано на Фиг.19. В этом арифметическом средстве 20C значений частотной коррекции, используется идентичный элемент 210C вычисления коэффициента усиления, как показано на Фиг.19, и элемент 210C вычисления коэффициента усиления имеет компоненты 215 и 216 регулирования первого коэффициента усиления способом, аналогичным варианту 7 осуществления. Эти компоненты 215 и 216 регулирования первого и второго коэффициентов усиления регулируют собственные колебания, появляющиеся при срабатывании ограничения тока из механической системы, в которую встроен асинхронный электродвигатель 10I, посредством регулирования абсолютной величины коэффициентов G1 и G2 усиления, вычисленных посредством арифметических компонентов 213 и 214 коэффициентов усиления, посредством чего можно достигать надежного показателя ограничения тока и регулировать собственные колебания механической системы на основе этого показателя ограничения тока.
Модификация 8A варианта 8 осуществления
Фиг.22 изображает блок-схему устройства управления для вращающейся машины переменного тока согласно модификации 8A варианта 8 осуществления. Эта модификация 8A конфигурируется посредством модификации варианта 8 осуществления так, что вращающаяся машина 10I переменного тока заменяется синхронным электродвигателем 10S, средство 15C команд управления напряжением и арифметическое средство 17A частоты инвертора, используются как в модификации 2A, как показано на Фиг.9, и дополнительно для стабилизации используется фильтр 40 верхних частот. Другими словами, модификация 8A является идентичной варианту 8 осуществления, как показано на Фиг.21.
Средство 15C команд управления напряжением в этой модификации 8A конфигурируется как средство команд управления напряжением системы управления постоянной (V/f), как в модификации 2A варианта 2 осуществления, как показано на Фиг.9, и имеет арифметическое средство 156 команд управления напряжением системы управления постоянной (V/f) и преобразователь 157 координат по dq-оси в трехфазные координаты. Арифметическое средство 17A частоты инвертора и фильтр 40 верхних частот для стабилизации в модификации 8A являются идентичными модификации 2A варианта 2 осуществления.
В этой модификации 8A также используется идентичное арифметическое средство 20C значений частотной коррекции, как в варианте 7 осуществления, как показано на Фиг.19. В этом арифметическом средстве 20C значений частотной коррекции, используется идентичный элемент 210C вычисления коэффициента усиления, как показано на Фиг.19, и элемент 210C вычисления коэффициента усиления имеет компоненты 215 и 216 регулирования первого и второго коэффициентов усиления, как в варианте 7 осуществления. Эти компоненты 215 и 216 регулирования первого и второго коэффициентов усиления регулируют собственные колебания, появляющиеся при срабатывании ограничения тока из механической системы, в которую синхронный электродвигатель 10S встроен, посредством регулирования абсолютной величины коэффициентов G1 и G2 усиления, вычисленных посредством арифметических компонентов 213 и 214 коэффициентов усиления, посредством чего можно достигать надежного показателя ограничения тока и регулировать собственные колебания механической системы на основе этого показателя ограничения тока.
Вариант 9 осуществления
Фиг.23 изображает блок-схему варианта 9 осуществления устройства управления для вращающейся машины переменного тока согласно этому изобретению. Этот вариант 9 осуществления конфигурируется посредством модификации варианта 5 осуществления, как показано на Фиг.15, так что средство 15 команд управления напряжением заменяется средством 15A команд управления напряжением, и арифметическое средство 20B значений частотной коррекции заменяется арифметическим средством 20Ba значений частотной коррекции. Другими словами, вариант 9 осуществления конфигурируется образом, аналогичным варианту 5 осуществления. В этом варианте осуществления 9, вращающаяся машина 10 переменного тока является асинхронным электродвигателем 10I. Средство 15A команд управления напряжением и арифметическое средство 20Ba значений частотной коррекции также выполнены, например, из микрокомпьютера.
m
m
m
m
Средство 15A команд управления напряжением, используемое в этом варианте осуществления 9, имеет первое арифметическое средство 151 команд управления напряжением, второе арифметическое средство 152 команд управления напряжением, преобразователь 157 координат по dq-оси в трехфазные координаты и средство 159 выбора команд управления напряжением. Первое арифметическое средство 151 команд управления напряжением, используемое в этом варианте осуществления 9, имеет обе из первой и второй функций. Первая функция заключается в том, чтобы предоставлять команду v* управления напряжением измерения для измерения электрических постоянных асинхронного электродвигателя 10I в средство 11 приложения напряжения и подавать напряжение v измерения однофазного переменного тока для измерения электрических постоянных асинхронного электродвигателя 10I из средства 11 приложения напряжения в асинхронный электродвигатель 10. Вторая функция заключается в том, чтобы вычислять электрические постоянные асинхронного электродвигателя 10I посредством приема тока i измерения однофазного переменного тока, выведенного из средства 13 детектирования тока, на основе тока, вытекающего из средства 11 приложения напряжения в асинхронный электродвигатель 10I при напряжении v измерения однофазного переменного тока.
m
m
Второе арифметическое средство 152 команд управления напряжением является средством команд управления напряжением системы управления постоянной (E/f) и конфигурируется посредством использования идентичного арифметического средства 153 команд управления напряжением, как показано на Фиг.15, чтобы вычислять команду vd* управления напряжением d-оси и команду vq* управления напряжением q-оси в соответствии с уравнениями 3 и 4 и предоставлять их в преобразователь 157 координат по dq-оси в трехфазные координаты. Средство 159 выбора команд управления напряжением имеет порт a ввода для приема команды v* управления напряжением измерения из первого арифметического средства 151 команд управления напряжением, порт b ввода для приема команды V* управления трехфазным напряжением из преобразователя 157 координат по dq-оси в трехфазные координаты и порт c вывода, подключенный к средству 11 приложения напряжения. Средство 159 выбора команд управления напряжением выбирает порт a ввода, чтобы подключаться к порту c вывода, чтобы предоставлять команду v* управления напряжением измерения из первого арифметического средства 151 команд управления напряжением в средство 11 приложения напряжения при измерении электрических постоянных асинхронного электродвигателя 10I, и выбирает порт b ввода, чтобы подключаться к порту c вывода, чтобы предоставлять команду V* управления трехфазным напряжением в средство 11 приложения напряжения при возбуждении асинхронного электродвигателя 10I.
Арифметическое средство 20Ba значений частотной коррекции для использования в варианте 9 осуществления имеет порт 20-I7 ввода, добавленный к арифметическому средству 20B значений частотной коррекции в варианте 5 осуществления, как показано на Фиг.15. Другими словами, это арифметическое средство 20Ba значений частотной коррекции конфигурируется образом, аналогичным арифметическому средству 20B значений частотной коррекции, как показано на Фиг.15. Арифметическое средство 20Ba значений частотной коррекции содержит арифметический элемент 201 отклонения тока, постоянное запоминающее устройство 203, элемент 210B вычисления коэффициента усиления, усилитель 230, компонент 231 вывода нулевых значений, формирователь 233 сигналов состояния и модуль 235 выбора выхода, как в варианте 5 осуществления. В этом арифметическом средстве 20Ba значений частотной коррекции, новый добавленный порт 20-I7 ввода подключается к первому арифметическому средству 151 команд управления напряжением и также подключается к постоянному запоминающему устройству 203 внутри арифметического средства 20Ba значений частотной коррекции.
m
m
m
m
m
m
m
Устройство измерения постоянных для измерения электрических постоянных вращающейся машины 10 переменного тока, к примеру, асинхронного электродвигателя описано в официальном бюллетене международной публикации WO2006/008846 данного заявителя в отношении этой заявки, и подробное описание опускается. Когда средство 159 выбора команд управления напряжением в варианте 9 осуществления выбирает команду v* управления напряжением измерения с помощью первого арифметического средства 151 команд управления напряжением, напряжение v измерения однофазного переменного тока для измерения электрических постоянных предоставляется из средства 11 приложения напряжения в асинхронный электродвигатель 10I, и средство 13 детектирования тока детектирует ток i измерения однофазного переменного тока, протекающего через асинхронный электродвигатель 10I при этом напряжении v измерения однофазного переменного тока. Первое арифметическое средство 151 команд управления напряжением вычисляет электрические постоянные асинхронного электродвигателя 10I на основе тока i измерения и любой из команды v* управления напряжением измерения и напряжения v измерения однофазного переменного тока и предоставляет их в постоянное запоминающее устройство 203.
x
i
В варианте 9 осуществления вращающаяся машина 10 переменного тока является асинхронным электродвигателем 10I, и арифметический компонент 213 коэффициентов усиления вычисляет коэффициенты G1 и G2 усиления в соответствии с уравнениями 6 и 7 или уравнениями 6 и 22, и арифметический компонент 214 коэффициентов усиления вычисляет коэффициенты G1 и G2 усиления в соответствии с уравнениями 50 и 51 или уравнениями 59 и 60, посредством чего электрические постоянные асинхронного электродвигателя 10I, требуемые для этих арифметических операций, вычисляются с помощью первого арифметического средства 151 команд управления напряжением и сохраняются в постоянном запоминающем устройстве 203. Заданное значение ω скорости отклика при ограничении тока не измеряется посредством первого арифметического средства 151 команд управления напряжением, а сохраняется в постоянном запоминающем устройстве 203. В варианте 9 осуществления, при вычислении коэффициентов G1 и G2 усиления с помощью арифметического компонента 214 коэффициентов усиления, значение ω* команды управления частотой может использоваться вместо частоты ω инвертора, тем самым достигая идентичных эффектов.
a
limit
С этим вариантом 9 осуществления, даже когда электрические постоянные асинхронного электродвигателя 10I являются неизвестными, электрические постоянные асинхронного электродвигателя 10I могут, во-первых, измеряться посредством использования первого арифметического средства 151 команд управления напряжением и сохраняться в постоянном запоминающем устройстве 203. После этого, когда средство 159 выбора команд управления напряжением снова выбирает команду V* управления трехфазным напряжением с командой vd* управления напряжением d-оси и командой vq* управления напряжением q-оси, выведенной посредством второго арифметического средства 152 команд управления напряжением, чтобы возбуждать асинхронный электродвигатель 10, арифметическое значение ∆ω значения частотной коррекцииможет быть вычислено с помощью коэффициентов G1 и G2 усиления усилителя 230, рассчитанных надлежащим образом, посредством чего ток может надежно ограничиваться значением I команды управления для ограничения токас требуемым показателем ограничения тока.
В варианте 9 осуществления арифметическое средство 20Ba значений частотной коррекции может заменяться арифметическим средством 20A значений частотной коррекции, в котором порт 20-I7 ввода добавляется к арифметическому средству 20 значений частотной коррекции, как показано на Фиг.1, арифметическим средством 20Aa значений частотной коррекции, в котором порт 20-I7 ввода добавляется к арифметическому средству 20A значений частотной коррекции, как показано на Фиг.10 или арифметическим средством 20Ca значений частотной коррекции, в котором порт 20-I7 ввода добавляется к арифметическому средству 20C значений частотной коррекции, как показано на Фиг.19. Арифметическое средство 20a, 20A или 20Ca значений частотной коррекции также выполнено, например, из микрокомпьютера, в котором добавленный порт 20-I7 ввода подключается к первому арифметическому средству 151 команд управления напряжением и постоянному запоминающему устройству 203, и электрические постоянные асинхронного электродвигателя 10I, вычисленные посредством первого арифметического средства 151 команд управления напряжением, сохраняются в постоянном запоминающем устройстве 203.
Модификация 9A варианта 9 осуществления
Фиг.24 изображает блок-схему устройства управления для вращающейся машины переменного тока согласно модификации 9A варианта 9 осуществления. Эта модификация 9A конфигурируется посредством внесения изменений в модификацию 5A варианта 5 осуществления, как показано на Фиг.16, так что средство 15A команд управления напряжением заменяется средством 15Aa команд управления напряжением, и арифметическое средство 20B значений частотной коррекции заменяется арифметическим средством 20Ba значений частотной коррекции. Другими словами, модификация 9A варианта 9 осуществления конфигурируется образом, аналогичным модификации 5A варианта 5 осуществления. В модификации 9A этого варианта 9 осуществления, вращающаяся машина 10 переменного тока является синхронным электродвигателем 10S. Средство 15Aa команд управления напряжением также выполнено, например, из микрокомпьютера.
m
m
m
m
m
m
m
Средство 15Aa команд управления напряжением, используемое в этой модификации 9A, имеет первое арифметическое средство 151 команд управления напряжением, второе арифметическое средство 152 команд управления напряжением, преобразователь 157 координат по dq-оси в трехфазные координаты и средство 159 выбора команд управления напряжением способом, аналогичным варианту 9 осуществления. Первое арифметическое средство 151 команд управления напряжением, используемое в модификации 9A, конфигурируется образом, аналогичным первому арифметическому средству 151 команд управления напряжением, как показано на Фиг.23, и имеет первую функцию предоставления команды v* управления напряжением измерения для измерения электрических постоянных синхронного электродвигателя 10S в средство 11 приложения напряжения и подачи напряжения v измерения однофазного переменного тока для измерения электрических постоянных синхронного электродвигателя 10S из средства 11 приложения напряжения в синхронный электродвигатель 10S, и вторую функцию вычисления электрических постоянных синхронного электродвигателя 10S посредством приема тока iизмерения однофазного переменного тока, выведенного из средства 13 детектирования тока, на основе тока, вытекающего из средства 11 приложения напряжения в синхронный электродвигатель 10S при измерительном напряжении v однофазного переменного тока. Первое арифметическое средство 151 команд управления напряжением вычисляет электрические постоянные синхронного электродвигателя 10S на основе тока i измерения и любой из команды v* управления напряжением измерения и напряжения v измерения однофазного переменного тока и предоставляет их в постоянное запоминающее устройство 203.
m
Второе арифметическое средство 152 команд управления напряжением является средством команд управления напряжением системы управления постоянной (E/f) и конфигурируется посредством использования идентичного арифметического средства 154 команд управления напряжением, как в модификации 5A варианта 5 осуществления, как показано на Фиг.16, чтобы вычислять команду vd* управления напряжением d-оси и команду vq* управления напряжением q-оси в соответствии с уравнениями 24 и 25 и предоставлять их в преобразователь 157 координат по dq-оси в трехфазные координаты. Средство 159 выбора команд управления напряжением является идентичным средству, показанному на Фиг.23. Это средство 159 выбора команд управления напряжением выбирает порт a ввода, чтобы подключаться к порту c вывода, чтобы предоставлять команду v* управления напряжением измерения из первого арифметического средства 151 команд управления напряжением в средство 11 приложения напряжения при измерении электрических постоянных синхронного электродвигателя 10S, и выбирает порт b ввода, чтобы подключаться к порту c вывода, чтобы предоставлять команду V* управления трехфазным напряжением в средство 11 приложения напряжения при возбуждении синхронного электродвигателя 10S.
Арифметическое средство 20Ba значений частотной коррекции для использования в модификации 9A конфигурируется образом, аналогичным варианту 9 осуществления. В этом арифметическом средстве 20Ba значений частотной коррекции, новый добавленный порт 20-I7 ввода подключается к первому арифметическому средству 151 команд управления напряжением и также подключается к постоянному запоминающему устройству 203 внутри арифметического средства 20Ba значений частотной коррекции.
x
i
В этой модификации 9A вращающаяся машина 10 переменного тока является синхронным электродвигателем 10S, и арифметический компонент 213 коэффициентов усиления вычисляет коэффициенты G1 и G2 усиления в соответствии с уравнениями 26 и 27, и арифметический компонент 214 коэффициентов усиления вычисляет коэффициенты G1 и G2 усиления в соответствии с выражениями, измененными согласно синхронному электродвигателю 10S из уравнений 50 и 51 или уравнений 59 и 60, посредством чего электрические постоянные синхронного электродвигателя 10S, требуемые для этих арифметических операций, вычисляются посредством первого арифметического средства 151 команд управления напряжением и сохраняются в постоянном запоминающем устройстве 203. Заданное значение ω скорости отклика при ограничении тока не измеряется посредством первого арифметического средства 151 команд управления напряжением, а сохраняется в постоянном запоминающем устройстве 203. В модификации 9A варианта 9 осуществления, при вычислении коэффициентов G1 и G2 усиления посредством арифметического компонента 214 коэффициентов усиления, значение ω* команды управления частотой может использоваться вместо частоты ω инвертора, тем самым достигая идентичных эффектов.
С этой модификацией 9A, даже когда электрические постоянные синхронного электродвигателя 10S являются неизвестными, электрические постоянные синхронного электродвигателя 10S могут, во-первых, измеряться посредством использования первого арифметического средства 151 команд управления напряжением и сохраняться в постоянном запоминающем устройстве 203.
a
limit
После этого, когда средство 159 выбора команд управления напряжением снова выбирает команду V* управления трехфазным напряжением с командой vd* управления напряжением d-оси и командой vq* управления напряжением q-оси, выведенной посредством второго арифметического средства 152 команд управления напряжением, чтобы возбуждать синхронный электродвигатель 10S, арифметическое значение ∆ω значения частотной коррекции может быть вычислено с помощью коэффициентов G1 и G2 усиления усилителя 230, рассчитанных надлежащим образом, посредством чего ток может надежно ограничивать значение I команды управления для ограничения тока с требуемым показателем ограничения тока.
В модификации 9A арифметическое средство 20Ba значений частотной коррекции может заменяться арифметическим средством 20A значений частотной коррекции, в котором порт 20-I7 ввода добавляется к арифметическому средству 20 значений частотной коррекции, как показано на Фиг.7, арифметическим средством 20Aa значений частотной коррекции, в котором порт 20-I7 ввода добавляется к арифметическому средству 20A значений частотной коррекции, как показано на Фиг.12, или арифметическим средством 20Ca значений частотной коррекции, в котором порт 20-I7 ввода добавляется к арифметическому средству 20C значений частотной коррекции, как показано на Фиг.20. Арифметическое средство 20a, 20Aa или 20Ca значений частотной коррекции также выполнено, например, из микрокомпьютера, в котором добавленный порт 20-I7 ввода подключается к первому арифметическому средству 151 команд управления напряжением и постоянному запоминающему устройству 203, и электрические постоянные асинхронного электродвигателя 10I, вычисленные посредством первого арифметического средства 151 команд управления напряжением, сохраняются в постоянном запоминающем устройстве 203.
Вариант 10 осуществления
Фиг.25 изображает блок-схему варианта 10 осуществления устройства управления для вращающейся машины переменного тока согласно этому изобретению. Этот вариант 10 осуществления конфигурируется посредством модификации варианта 6 осуществления, как показано на Фиг.17, так что средство 15B команд управления напряжением заменяется средством 15Ba команд управления напряжением, и арифметическое средство 20B значений частотной коррекции заменяется арифметическим средством 20Ba значений частотной коррекции. Другими словами, вариант 10 осуществления конфигурируется образом, аналогичным варианту 6 осуществления. В этом варианте 10 осуществления, вращающаяся машина 10 переменного тока является асинхронным электродвигателем 10I. Средство 15Ba команд управления напряжением также выполнено, например, из микрокомпьютера.
m
m
m
m
m
m
m
Средство 15Ba команд управления напряжением для использования в этом варианте 10 осуществления имеет первое арифметическое средство 151 команд управления напряжением, второе арифметическое средство 152 команд управления напряжением, преобразователь 157 координат по dq-оси в трехфазные координаты и средство 159 выбора команд управления напряжением. Первое арифметическое средство 151 команд управления напряжением для использования в этом варианте 10 осуществления конфигурируется аналогичным образом, как показано на Фиг.23, и имеет первую функцию предоставления команды v* управления напряжением измерения для измерения электрических постоянных асинхронного электродвигателя 10I в средство 11 приложения напряжения и подачи измерительного напряжения v однофазного переменного тока для измерения электрических постоянных асинхронного электродвигателя 10I из средства 11 приложения напряжения в асинхронный электродвигатель 10I и вторую функцию вычисления электрических постоянных асинхронного электродвигателя 10I посредством приема тока iизмерения однофазного переменного тока, выведенного из средства 13 детектирования тока, на основе тока, протекающего через асинхронный электродвигатель 10I при напряжении v измерения однофазного переменного тока. Первое арифметическое средство 151 команд управления напряжением вычисляет электрические постоянные синхронного электродвигателя 10I на основе тока i измерения и любой из команды v* управления напряжением измерения и напряжения v измерения однофазного переменного тока и предоставляет их в постоянное запоминающее устройство 203.
m
Второе арифметическое средство 152 команд управления напряжением является средством команд управления напряжением системы управления постоянной (V/f) и конфигурируется с использованием идентичного арифметического средства 155 команд управления напряжением, как показано на Фиг.17, чтобы вычислять команду vd* управления напряжением d-оси и команду vq* управления напряжением q-оси в соответствии с уравнениями 35 и 36 и предоставлять их в преобразователь 157 координат по dq-оси в трехфазные координаты. Средство 159 выбора команд управления напряжением конфигурируется аналогичным образом, как показано на Фиг.23. Это средство 159 выбора команд управления напряжением выбирает порт a ввода, чтобы подключаться к порту c вывода, чтобы предоставлять команду v* управления напряжением измерения из первого арифметического средства 151 команд управления напряжением в средство 11 приложения напряжения при измерении электрических постоянных асинхронного электродвигателя 10I, и выбирает порт b ввода, чтобы подключаться к порту c вывода, чтобы предоставлять команду V* управления трехфазным напряжением в средство 11 приложения напряжения при возбуждении асинхронного электродвигателя 10I.
Арифметическое средство 20Ba значений частотной коррекции для использования в варианте 10 осуществления конфигурируется образом, аналогичным варианту 9 осуществления. В этом арифметическом средстве 20Ba значений частотной коррекции, новый добавленный порт 20-I7 ввода подключается к первому арифметическому средству 151 команд управления напряжением и также подключается к постоянному запоминающему устройству 203 внутри арифметического средства 20Ba значений частотной коррекции.
x
i
В этом варианте 10 осуществления вращающаяся машина 10 переменного тока является асинхронным электродвигателем 10S, и арифметический компонент 213 коэффициентов усиления вычисляет коэффициенты G1 и G2 усиления в соответствии с уравнениями 37 и 38, и арифметический компонент 214 коэффициентов усиления вычисляет коэффициенты G1 и G2 усиления в соответствии с уравнениями 50 и 51 или уравнениями 59 и 60, посредством чего электрические постоянные асинхронного электродвигателя 10I, требуемые для этих арифметических операций, вычисляются посредством первого арифметического средства 151 команд управления напряжением и сохраняются в постоянном запоминающем устройстве 203. Заданное значение ω скорости отклика при ограничении тока не измеряется посредством первого арифметического средства 151 команд управления напряжением, а сохраняется в постоянном запоминающем устройстве 203. В варианте 10 осуществления, при вычислении усилений G1 и G2 посредством арифметического компонента 214 коэффициентов усиления, значение ω* команды управления частотой может использоваться вместо частоты ω инвертора,тем самым достигая идентичных эффектов.
a
limit
В этом варианте 10 осуществления, даже когда электрические постоянные асинхронного электродвигателя 10I являются неизвестными, электрические постоянные асинхронного электродвигателя 10I могут, во-первых, измеряться с использованием первого арифметического средства 151 команд управления напряжением и сохраняться в постоянном запоминающем устройстве 203. После этого, когда средство 159 выбора команд управления напряжением снова выбирает команду V* управления трехфазным напряжением с командой vd* управления напряжением d-оси и командой vq* управления напряжением q-оси, выведенной посредством второго арифметического средства 152 команд управления напряжением, чтобы возбуждать асинхронный электродвигатель 10I, арифметическое значение ∆ω значения частотной коррекцииможет быть вычислено с помощью коэффициентов G1 и G2 усиления усилителя 230, надлежащим образом рассчитанных, посредством чего ток может надежно ограничиваться значением I команды управления для ограничения токас требуемым показателем ограничения тока.
В варианте 10 осуществления арифметическое средство 20Ba значений частотной коррекции может заменяться арифметическим средством 20A значений частотной коррекции, в котором порт 20-I7 ввода добавляется к арифметическому средству 20 значений частотной коррекции, как показано на Фиг.8, арифметическим средством 20Aa значений частотной коррекции, в котором порт 20-I7 ввода добавляется к арифметическому средству 20A значений частотной коррекции, как показано на Фиг.13, или арифметическим средством 20Ca значений частотной коррекции, в котором порт 20-I7 ввода добавляется к арифметическому средству 20C значений частотной коррекции, как показано на Фиг.21. Арифметическое средство 20a, 20Aa или 20Ca значений частотной коррекции также выполнено, например, из микрокомпьютера, в котором добавленный порт 20-I7 ввода подключается к первому арифметическому средству 151 команд управления напряжением и постоянному запоминающему устройству 203, и электрические постоянные асинхронного электродвигателя 10I, вычисленные посредством первого арифметического средства 151 команд управления напряжением, сохраняются в постоянном запоминающем устройстве 203.
Модификация 10A варианта 10 осуществления
Фиг.26 изображает блок-схему устройства управления для вращающейся машины переменного тока согласно модификации 10A варианта 10 осуществления. Эта модификация 10A конфигурируется посредством внесения изменений в модификацию 6A варианта 6 осуществления, как показано на Фиг.18, так что средство 15C команд управления напряжением заменяется средством 15Ca команд управления напряжением, и арифметическое средство 20B значений частотной коррекции заменяется арифметическим средством 20Ba значений частотной коррекции. Другими словами, модификация 10A конфигурируется образом, аналогичным модификации 6A варианта 6 осуществления. В этой модификации 10A, вращающаяся машина 10 переменного тока является синхронным электродвигателем 10S. Средство 15Ca команд управления напряжением также выполнено, например, из микрокомпьютера.
m
m
m
m
m
m
m
Средство 15Ca команд управления напряжением для использования в этой модификации 10A имеет первое арифметическое средство 151 команд управления напряжением, второе арифметическое средство 152 команд управления напряжением, преобразователь 159 координат по dq-оси в трехфазные координаты и преобразователь 157 координат по dq-оси в трехфазные координаты. Первое арифметическое средство 151 команд управления напряжением для использования в этой модификации 10A конфигурируется аналогичным образом, как показано на Фиг.23, и имеет первую функцию предоставления команды v* управления напряжением измерения для измерения электрических постоянных синхронного электродвигателя 10S в средство 11 приложения напряжения и подачи напряжения v измерения однофазного переменного тока для измерения электрических постоянных синхронного электродвигателя 10S из средства 11 приложения напряжения в синхронный электродвигатель 10S, и вторую функцию вычисления электрических постоянных вращающейся машины 10 переменного тока посредством приема тока i измерения однофазного переменного тока, выведенного из средства 13 детектирования тока, на основе тока, протекающего через синхронный электродвигатель 10S при напряжении v измерения однофазного переменного тока. Первое арифметическое средство 151 команд управления напряжением вычисляет электрические постоянные синхронного электродвигателя 10S на основе тока i измерения и любой из команды v* управления измерительным напряжением и напряжения v измерения однофазного переменного тока и предоставляет их в постоянное запоминающее устройство 203.
m
Второе арифметическое средство 152 команд управления напряжением является средством команд управления напряжением системы управления постоянной (V/f) и конфигурируется посредством использования идентичного арифметического средства 156 команд управления напряжением, как показано на Фиг.18, чтобы вычислять команду vd* управления напряжением d-оси и команду vq* управления напряжением q-оси в соответствии с уравнениями 44 и 45 и предоставлять их в преобразователь 157 координат по dq-оси в трехфазные координаты. Средство 159 выбора команд управления напряжением конфигурируется аналогичным образом, как показано на Фиг.23. Это средство 159 выбора команд управления напряжением выбирает порт a ввода, чтобы подключаться к порту c вывода, чтобы предоставлять команду v* управления напряжением измерения из первого арифметического средства 151 команд управления напряжением в средство 11 приложения напряжения при измерении электрических постоянных синхронного электродвигателя 10S, и выбирает порт b ввода, чтобы подключаться к порту c вывода, чтобы предоставлять команду V* управления трехфазным напряжением в средство 11 приложения напряжения при возбуждении синхронного электродвигателя 10S.
Арифметическое средство 20Ba значений частотной коррекции для использования в модификации 10A конфигурируется образом, аналогичным варианту 9 осуществления. В этом арифметическом средстве 20Ba значений частотной коррекции, новый добавленный порт 20-I7 ввода подключается к первому арифметическому средству 151 команд управления напряжением и также подключается к постоянному запоминающему устройству 203 внутри арифметического средства 20Ba значений частотной коррекции.
x
i
В этой модификации 10A вращающаяся машина 10 переменного тока является синхронным электродвигателем 10S, и арифметический компонент 213 коэффициентов усиления вычисляет коэффициенты G1 и G2 усиления в соответствии с уравнениями 47 и 48, и арифметический компонент 214 коэффициентов усиления вычисляет коэффициенты G1 и G2 усиления в соответствии с выражениями, измененными согласно синхронному электродвигателю 10S из уравнений 50 и 51 или уравнений 59 и 60, посредством чего электрические постоянные синхронного электродвигателя 10S требуемые для этих арифметических операций, вычисляются посредством первого арифметического средства 151 команд управления напряжением и сохраняются в постоянном запоминающем устройстве 203. Заданное значение ω скорости отклика при ограничении тока не измеряется посредством первого арифметического средства 151 команд управления напряжением, а сохраняется в постоянном запоминающем устройстве 203. В модификации 10A варианта 10 осуществления, при вычислении коэффициентов G1 и G2 усиления посредством арифметического компонента 214 коэффициентов усиления, значение ω* команды управления частотой может использоваться вместо частоты ω инвертора, тем самым достигая идентичных эффектов.
a
limit
В этой модификации 10A, даже когда электрические постоянные синхронного электродвигателя 10S являются неизвестными, электрические постоянные синхронного электродвигателя 10S могут, во-первых, измеряться посредством использования первого арифметического средства 151 команд управления напряжением и сохраняться в постоянном запоминающем устройстве 203. После этого, когда средство 159 выбора команд управления напряжением снова выбирает команду V* управления трехфазным напряжением с командой vd* управления напряжением d-оси и командой vq* управления напряжением q-оси, выведенной посредством второго арифметического средства 152 команд управления напряжением, чтобы возбуждать синхронный электродвигатель 10S, арифметическое значение ∆ω значения частотной коррекции может быть вычислено с помощью коэффициентов G1 и G2 усиления усилителя 230, надлежащим образом рассчитанных, посредством чего ток может надежно ограничиваться значением I команды управления для ограничения тока с требуемым показателем ограничения тока.
В модификации 10A арифметическое средство 20Ba значений частотной коррекции может заменяться арифметическим средством 20а значений частотной коррекции, в котором порт 20-I7 ввода добавляется к арифметическому средству 20 значений частотной коррекции, как показано на Фиг.9, арифметическим средством 20Aa значений частотной коррекции, в котором порт 20-I7 ввода добавляется к арифметическому средству 20A значений частотной коррекции, как показано на Фиг.14, или арифметическим средством 20Ca значений частотной коррекции, в котором порт 20-I7 ввода добавляется к арифметическому средству 20C значений частотной коррекции, как показано на Фиг.22. Арифметическое средство 20a, 20Aa или 20Ca значений частотной коррекции также выполнено, например, из микрокомпьютера, в котором добавленный порт 20-I7 ввода подключается к первому арифметическому средству 151 команд управления напряжением и постоянному запоминающему устройству 203, и электрические постоянные синхронного электродвигателя 10S, вычисленные посредством первого арифметического средства 151 команд управления напряжением, сохраняются в постоянном запоминающем устройстве 203.
Промышленная применимость
Устройство управления для вращающейся машины переменного тока согласно этому изобретению используется для того, чтобы управлять вращающейся машиной переменного тока, например, асинхронным электродвигателем и синхронным электродвигателем.
Пояснение к ссылочным номерам и обозначениям
10 - вращающаяся машина переменного тока
11 - средство приложения напряжения
13 - средство детектирования тока
15, 15A, 15B, 15C, 15a, 15Aa, 15Ba, 15Ca - средство команд управления напряжением
159 - модуль выбора команд управления напряжением
17, 17A - арифметическое средство частоты инвертора
20, 20A, 20B, 20C, 20a, 20Aa, 20Ba, 20Ca - арифметическое средство значений частотной коррекции
201 -элемент вычисления отклонения тока
203 - постоянное запоминающее устройство
210, 210A, 210B, 210C - элемент вычисления коэффициента усиления
211, 212, 213, 214 - арифметический компонент коэффициентов усиления
223 - компонент формирования сигналов переключения
225 - переключающий компонент
215, 216 - компонент регулировки усиления
230 - усилитель
233 - формирователь сигналов состояния
235 - модуль выбора выхода