Aparato de control vectorial para un motor de CA.

Un dispositivo de control vectorial para un motor eléctrico de corriente alterna que tiene un circuito de filtro LC que comprende una bobina de reactancia (2) y un condensador (3) en un lado de la fuente de alimentación (1) de corriente continua y un inversor (4) que convierte un voltaje a través del condensador,

que es el voltaje (Efc) del condensador, a un voltaje de CA que tiene cualquier frecuencia, que comprende:

un controlador (30) vectorial para ejecutar un control vectorial sobre el motor (6) eléctrico de corriente alterna según una consigna (Id*, Iq*) de corriente o una consigna (Tm*) de par; y un controlador (40) de amortiguación para calcular una cantidad (DAMPCN) de funcionamiento de amortiguación para suprimir la variación del voltaje (Efc) del condensador, operar con la consigna (Id*, Iq*) de corriente o la consigna (Tm*) de par motor del controlador (30) vectorial en base a la cantidad (DAMPCN) de funcionamiento de amortiguación calculada y controlar el inversor (4) de manera que la corriente que fluye en el inversor (4) varíe de manera que se suprima su variación con respecto a la variación del voltaje (Efc) del condensador, en el que el controlador (40) de amortiguación establece como la cantidad (DAMPCN) de funcionamiento de amortiguación el valor de una señal obtenida calculando el cuadrado de la tasa (Efcfp) de variación del voltaje (Efc) del condensador bajo el funcionamiento accionado por energía eléctrica del motor (6) eléctrico de corriente alterna, y establece como la cantidad (DAMPCN) de funcionamiento de amortiguación el valor de una señal obtenida calculando el cuadrado de una señal (Efcn) que se obtiene invirtiendo la fase de la tasa (Efcfp) de variación del voltaje (Efc) del condensador bajo el funcionamiento regenerativo del motor (6) eléctrico de corriente alterna, y en el que el controlador (40) de amortiguación limita los límites superior e inferior de la cantidad (DAMPCN) de funcionamiento de amortiguación por medio de un limitador (49) .

Aparato de control vectorial para un motor de CA

Campo técnico La presente invención se refiere a un dispositivo de control vectorial para un motor eléctrico de corriente alterna en el que el motor eléctrico de corriente alterna es sometido a un control vectorial.

Antecedentes de la técnica Una técnica para llevar a cabo un control vectorial sobre un motor eléctrico de corriente alterna mediante el uso de un inversor ha sido usada ampliamente en un campo industrial. Esta técnica ha sido usada también ampliamente para los ferrocarriles eléctricos. Se conoce que cuando el sistema anterior es aplicado a un ferrocarril con alimentación de corriente continua, se produce una oscilación eléctrica en un circuito de filtro LC que comprende una bobina de reactancia y un condensador para absorber las ondas armónicas superiores dispuestas en el lado de corriente continua de un inversor, el voltaje entre ambos terminales del condensador (voltaje del condensador) vibra y el control del motor eléctrico se desestabiliza. Un procedimiento de control de amortiguación para suprimir esta vibración se describe en el documento no de patente 1 y el documento no de patente 2.

Documento no de patente 1: Akira Kimura, et al, "Study on the Stabilization of Control System for Induction Motor Driving Rolling Stock", Revista D de artículos de Institute of Electrical Engineers, Volumen 110, No. 3, páginas 291-300 en 1990 Documento no de patente 2: Keiichiro Kondo, et al, "Study on the Rotor Flux in Induction Motor in speed Sensorless Control for Railway Vehicle Traction", Materials of Society for Semiconductor Power Conversion, SPC03-100, páginas 69-74 en 2003.

Según ambos documentos no de patente 1 y 2, la oscilación eléctrica del circuito de filtro LC es suprimida añadiendo un controlador de amortiguación para detección el voltaje de un condensador, extrayendo una componente de oscilación mediante un filtro de pasa banda (en adelante, BPF ) para ajustar la fase, multiplicando la fase ajustada por una ganancia para obtener una cantidad de funcionamiento de amortiguación, añadiendo la cantidad de funcionamiento de amortiguación a una consigna de frecuencia de deslizamiento (documento no de patente 1) o una consigna de par motor (documento no de patente 2) .

El documento no de patente 1 se refiere a una aplicación a un sistema de control de un motor eléctrico al cual se aplica el control de frecuencia de deslizamiento, y el documento no de patente 2 se refiere a una aplicación a un sistema de control de un motor eléctrico al cual se aplica el control vectorial.

El documento JP 11-89297 describe un sistema para suprimir un rizado del par motor incluso bajo condiciones de una pulsación de un voltaje de enlace de CC, mediante la extracción de una cantidad de estado causada por la rectificación de un convertidor PWM de una sola fase, y ajustando una fase de un eje de una consigna de vector de salida según la pulsación de la cantidad de estado. Por consiguiente, el voltaje de salida de un inversor es controlado en base a consignas Vu* - Vw* de voltaje de salida trifásica por un equipo de control del inversor. Una cantidad de ajuste de fase basada en la pulsación de un voltaje de enlace de CC es añadida a una referencia de fase desde el eje de una consigna vectorial de voltaje de salida y es introducida a un convertidor de coordenadas.

El documento JP 2003-250300 (A) describe un sistema para suprimir un fenómeno de vibración debido a las componentes pulsantes contenidas en el voltaje de entrada de corriente continua del inversor, calculando las componentes de corriente en dos ejes (componente de corriente de excitación y componente de corriente de par motor) a partir de la corriente instantánea del inversor. A partir de una o ambas componentes de corriente en dos ejes, se detecta la componente pulsante que surge debido a la rectificación del convertidor contenida en las componentes de corriente. En base al valor de detección, la frecuencia (o la fase) de la salida de corriente alterna del inversor es ajustada de manera que el valor de detección se aproxima a cero. Se detectan las componentes pulsantes debidas a la rectificación del convertidor que están superpuestas sobre el voltaje de corriente continua de la entrada del inversor.

El documento JP 2004-048834 (A) y el documento JP 62-123963 (A) describen también ejemplos adicionales de sistemas diseñados para suprimir los cambios bruscos de potencia o el rizado del par motor.

Descripción de la Invención Problema a resolver por la Invención El controlador de amortiguación convencional está compuesto de un sistema de control que comprende un BPF y una ganancia. Con respecto a la configuración del BPF, su constante puede ser ajustada de manera que la componente de la frecuencia de resonancia de la bobina de reactancia y el condensador pueda ser detectada sin retardo de fase. Sin embargo, con respecto a la configuración de la ganancia, si la ganancia es excesivamente inferior al valor óptimo, el efecto de supresión de la oscilación eléctrica sería insuficiente. Si la ganancia es excesivamente superior, se produciría, de manera continua, una oscilación eléctrica que tendría una frecuencia más alta que la frecuencia de resonancia. Por lo tanto, la ganancia debe ser ajustada al valor intermedio óptimo entre esos valores.

Sin embargo, tal como se describe en el documento no de patente 1, el intervalo de ganancia óptima que puede suprimir, de manera efectiva, la oscilación eléctrica del circuito de filtro LC para implementar la estabilización es extremadamente estrecho, y no se ajusta fácilmente. En el documento no de patente 1, se intenta que el sistema de control sea analizado en un área de frecuencia para calcular la configuración de ganancia óptima. Sin embargo, el procedimiento de cálculo no es simple, y todavía es necesario un trabajo de ajuste de la ganancia calculada al sistema de control. Además, tal como se describe en el documento no de patente 1, la constante del motor eléctrico es usada en la ecuación del procedimiento de cálculo y, de esta manera, si se cambia el tipo del motor eléctrico a conectar al inversor, la ganancia correspondiente debe ser calculada y establecida de nuevo. Tal como se ha descrito anteriormente, el ajuste de ganancia convencional del controlador de amortiguación ha sido un trabajo molesto.

La presente invención ha sido implementada para resolver el problema anterior, y su objeto es proporcionar un dispositivo de control vectorial para un motor eléctrico de corriente alterna que pueda simplificar el trabajo de ajuste de un sistema de control para suprimir la oscilación eléctrica de un circuito de filtro LC.

Sumario de la Invención La presente invención proporciona un dispositivo de control vectorial para un motor eléctrico de corriente alterna según la reivindicación independiente 1. Pueden conseguirse realizaciones adicionales de la invención según las reivindicaciones dependientes correspondientes.

Efecto de la Invención Según el dispositivo de control vectorial para el motor eléctrico de corriente alterna de la presente invención, el trabajo de ajuste del sistema de control para suprimir la oscilación eléctrica del circuito de filtro LC puede ser simplificado.

Breve descripción de los dibujos [Fig.1] La Fig. 1 es un diagrama de bloques que muestra la construcción de un dispositivo de control

vectorial para un motor eléctrico de corriente alterna según una primera realización de la presente invención.

[Fig. 2] La Fig. 2 es un diagrama que muestra un circuito en el que un inversor controlado de potencia constante está conectado a un filtro LC conectado a una fuente de alimentación de CC.

[Fig. 3] La Fig. 3 es un diagrama de bloques que muestra una función de transferencia del sistema de la Fig.

2. [Fig. 4] La Fig. 4 es un diagrama que muestra un circuito en el que una carga comprendida por una resistencia está conectada al filtro LC conectado a la fuente de alimentación de CC. [Fig. 5] La Fig. 5 es un diagrama que muestra un bloque de función de transferencia del sistema de la Fig. 4. [Fig. 6] La Fig. 6 es un diagrama que muestra la relación de las señales de las partes respectivas de un controlador de amortiguación según la primera realización de la presente invención. [Fig. 7] La Fig. 7 es un diagrama que muestra el resultado de una simulación del funcionamiento del dispositivo de control vectorial para el motor eléctrico de corriente alterna en la primera realización de la presente invención.

Descripción de los números de referencia 1: Fuente de alimentación de corriente continua 2: bobina de reactancia 3: condensador

4: inversor 5a a 5c: detector de corriente

1. Un dispositivo de control vectorial para un motor eléctrico de corriente alterna que tiene un circuito de filtro LC que comprende una bobina de reactancia (2) y un condensador (3) en un lado de la fuente de alimentación (1) de corriente continua y un inversor (4) que convierte un voltaje a través del condensador, que es el voltaje (Efc) del condensador, a un voltaje de CA que tiene cualquier frecuencia, que comprende:

un controlador (30) vectorial para ejecutar un control vectorial sobre el motor (6) eléctrico de corriente alterna según una consigna (Id*, Iq*) de corriente o una consigna (Tm*) de par; y un controlador (40) de amortiguación para calcular una cantidad (DAMPCN) de funcionamiento de amortiguación para suprimir la variación del voltaje (Efc) del condensador, operar con la consigna (Id*, Iq*) de corriente o la consigna (Tm*) de par motor del controlador (30) vectorial en base a la cantidad (DAMPCN) de funcionamiento de amortiguación calculada y controlar el inversor (4) de manera que la corriente que fluye en el inversor (4) varíe de manera que se suprima su variación con respecto a la variación del voltaje (Efc) del condensador, en el que el controlador (40) de amortiguación establece como la cantidad (DAMPCN) de funcionamiento de amortiguación el valor de una señal obtenida calculando el cuadrado de la tasa (Efcfp) de variación del voltaje (Efc) del condensador bajo el funcionamiento accionado por energía eléctrica del motor (6) eléctrico de corriente alterna, y establece como la cantidad (DAMPCN) de funcionamiento de amortiguación el valor de una señal obtenida calculando el cuadrado de una señal (Efcn) que se obtiene invirtiendo la fase de la tasa (Efcfp) de variación del voltaje (Efc) del condensador bajo el funcionamiento regenerativo del motor (6) eléctrico de corriente alterna, y en el que el controlador (40) de amortiguación limita los límites superior e inferior de la cantidad (DAMPCN) de funcionamiento de amortiguación por medio de un limitador (49) .

2. Dispositivo de control vectorial para el motor eléctrico de corriente alterna según la reivindicación 1, en el que el controlador (40) de amortiguación divide el voltaje (Efc) del condensador de entrada por una componente (Efcd) de CC contenida en el voltaje (Efc) del condensador para calcular la tasa (Efcfp) de variación del voltaje (Efc) del condensador.

3. Dispositivo de control vectorial para el motor eléctrico de corriente alterna según la reivindicación 1, en el que el controlador (40) de amortiguación suma una componente (Efcd) de CC contenida en el voltaje (Efc) del condensador a una señal (Efcad) de la cual se filtran las componentes de alta frecuencia innecesarias contenidas en el voltaje (Efc) del condensador, y divide la señal de suma por la componente (Efcd) de CC contenida en el voltaje (Efc) del condensador, calculando de esta manera la tasa (Efcfp) de variación del voltaje (Efc) del condensador.

4. Dispositivo de control vectorial para el motor eléctrico de corriente alterna según la reivindicación 1, en el que el motor (6) eléctrico de corriente alterna es un motor eléctrico de corriente alterna para accionar un vehículo eléctrico.