[发明专利]永磁同步电动机的矢量控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及永磁同步电动机的矢量控制装置。

背景技术

使用逆变器对永磁同步电动机(以下简称为电动机)进行矢量控制的技术 在产业界被广泛利用，通过分别操作逆变器的输出电压的大小和相位，对电动 机内的电流矢量进行最佳操作，对电动机的转矩进行高速瞬时控制。永磁同步 电动机与感应电动机相比，已知由于其利用永磁体建立磁通，因此不需要励磁 电流，在转子中没有电流流动，所以不产生二次铜损等，是一种高效率的电动 机，近年来，正在探讨将其应用于电车的控制装置。

将永磁同步电动机应用于电车的控制装置的问题是：直至高速区域能实现 稳定的弱磁运转；以及稳定转移至可以使逆变器的损耗最小、可以使施加至电 动机的电压最大化的单脉冲模式。所谓单脉冲模式是指一种逆变器的运转模 式，该运转模式是在1个周期即360度中，逆变器输出的输出线电压为重复输 出交替夹着60度的电压为零的期间的、具有120度的正的最大电压和负的最 大电压的矩形波的矩形波电压。

作为相关的以往技术，在专利文献1中披露了一种方法，该方法是设置输 入基于电流指令值算出的电压指令值、和电压固定指令的电压固定部，若输入 电压固定指令，则将电压指令值的大小固定为预先决定的电压设定值，作为新 的电压指令值输出，对根据电流指令值计算的电压指令值与新的电压指令值之 差进行比例积分控制，利用得到的磁通方向(d轴)电流校正值来校正磁通方 向(d轴)电流指令值，根据新的电压指令值来计算逆变器的调制比，以控制 逆变器，从而进行弱磁运转。

专利文献1：日本专利特开平9-84399(参照段落0023～0029)

发明内容

在上述专利文献1中，没有披露电压固定指令是怎样生成的，另外，需要 新设置电压固定部。另外，电容器电压是经常变动的，与之相应，逆变器可以 输出的最大电压也会变动，但根据专利文献1的方法，为了使施加在电动机的 电压最大化，需要根据电容器电压变动，使电压固定指令的生成时刻和固定的 电压设定值变化，需要进行复杂的控制。

并且，由于对基于电流指令值算出的电压指令值、和大小被电压固定指令 固定的新的电压指令值的偏差进行比例积分控制，并使用该比例积分控制的值 作为磁通方向(d轴)电流校正值，所以在电压指令值与新的电压指令值的偏 差不为零时、即比例积分控制的输入不为零的期间，成为积分值一直积累下去 的动作。因此，例如在转矩指令值相对于电动机的旋转速度过大时等情况下， 即使利用磁通方向电流校正值来校正磁通方向电流，在理论上基于电流指令值 算出的电压指令值无法位于固定的新的电压指令值以下时，电压指令值与固定 的新的电压指令值之差也无法为零，比例积分控制内部的积分值会积累下去， 磁通方向电流校正值随着时间的经过会增加而过大。若磁通方向电流校正值过 大，则由于不能实现正常的矢量控制，所以使用时需要限制积分值的上限、或 者在规定的条件下将积分值复位等复杂的结构。

本发明是为解决上述问题而设计的，提供一种能以简单的结构实现在高速 区域以单脉冲模式进行稳定的弱磁控制的永磁同步电动机的矢量控制装置。

本发明所涉及的永磁同步电动机的矢量控制装置，控制驱动永磁同步电动 机的逆变器的交流电流、使其与指令值一致，包括：生成上述永磁同步电动机 的基准相位角的基准相位角计算部；根据供给的转矩指令值生成电流指令值的 电流指令值生成部；将上述电流指令值和上述永磁同步电动机的电流的电流误 差放大并输出的电流控制部；根据上述永磁同步电动机的电动机常数和上述电 流指令值计算前馈电压的非干涉电压计算部；将上述电流误差和上述前馈电压 之和即电压指令值与上述逆变器的直流电压作为输入、输出上述逆变器的调制 比的调制比计算部；将上述电压指令值和上述基准相位角作为输入、输出上述 逆变器的控制相位角的控制相位角计算部；根据上述调制比和上述控制相位角 生成上述逆变器的PWM信号的PWM信号生成部；以及利用基于上述调制比 算出的电流指令值校正值来校正上述电流指令值的电流指令值校正部，上述电 流指令值校正部将对上述调制比与规定的调制比设定值之差乘以规定的系数 倍、且通过时间延迟元件的值，作为上述电流指令值校正值。