[發明專利]感應電動機的驅動裝置

有效

• 申請號: 201310052552.2
• 申請日: 2013-02-18
• 公開（公告）號: CN103368486A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 立原周一;兒島徹郎;淺田豐樹;夏永強
• 申請（專利權）人: 株式會社日立制作所
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 薛凱

技術領域

本發明涉及對感應電動機進行驅動的裝置。

背景技術

作為工業領域中的電機驅動方式，利用變頻器(inverter)裝置對感應電動機或同步電動機進行可變速驅動的方式被廣泛采用。例如，在鐵道車輛中由1臺變頻器裝置驅動1～4臺感應電動機的方式是一般的方式。

可是，在鐵道車輛中，在從停車狀態啟動變頻器裝置并加速之后，轉向停止變頻器裝置而利用慣性進行行駛的慣性行駛狀態，然后從慣性行駛狀態再次啟動變頻器裝置并加速或減速。

由于在慣性行駛狀態下變頻器裝置處于停止，因此雖然沒有從變頻器裝置向感應電動機施加電壓，但是在原理上即便停止變頻器裝置，感應電動機內部的磁通也不會立刻消失而有所剩余。將像這樣在變頻器裝置處于停止的狀態下在感應電動機內部所剩余的磁通稱作剩余磁通。在剩余磁通有所剩余的情況下，在感應電動機的內部會產生與剩余磁通和轉速之積成正比的感應電壓。

在停止了變頻器裝置的狀態下，剩余磁通的能量被感應電動機的轉子的電阻所消耗，隨著由感應電動機的電阻值以及電感值所決定的時間常數而衰減。在為鐵道車輛用的感應電動機的情況下，對剩余磁通衰減的時間進行規定的時間常數為200～600ms左右。

關于剩余磁通衰減到零的時間，如果從一階延時系統的階躍反應為時間常數的3倍且達到目標值的95％左右這一點來考慮，則需要時間常數的大致3倍(600～1800ms左右)的時間。另外，作為近年來面向節省能量化的配合，電阻值小的感應電動機逐漸成為主流，因此剩余磁通衰減的時間常數有變長的趨勢。

另一方面，鐵道車輛慣性行駛駕駛的時間因車輛的種類、駕駛方法是手動駕駛還是基于ATO(Automatic?Train?Operation：自動列車駕駛裝置)的自動駕駛等而不同，但是有時在剩余磁通衰減到零之前卻要結束慣性行駛駕駛并再次啟動變頻器裝置。

如果在剩余磁通有所剩余的狀態下啟動變頻器裝置，則由于通過剩余磁通所產生的感應電壓和從變頻器裝置輸出的電壓的相位會導致流動過大電流，因此從保護變頻器裝置的觀點出發不優選。另外，與之相伴，轉矩過渡性變動，從而乘車舒適度變差。

而且，在取代利用速度傳感器檢測感應電動機的轉速而采用了根據感應電動機中流動的電流等推測轉速并驅動感應電動機的無速度傳感器向量控制的情況下，通過剩余磁通產生的感應電壓會成為干擾，從而還存在速度推測失敗的顧慮。

如果能夠正確地掌握剩余磁通的相位，則能夠通過控制從變頻器裝置輸出的電壓的相位來抑制電流。但是，如果追加例如檢測磁通的相位的傳感器，則會導致制造成本、維護費用的增加。另外，在采用推測磁通的相位的方法的情況下，會受到感應電動機的電阻值、電感值的制造誤差、與溫度變化相伴的常數變動等的影響，可能會無法準確地檢測剩余磁通。

除此之外，如前述那樣剩余磁通隨著由感應電動機的電阻值以及電感值所決定的時間常數而衰減，所以考慮在充分地經過了時間之后再啟動變頻器裝置的方法。但是，由于該方法會對變頻器裝置的駕駛帶來限制，因此不優選。

根據以上理由，希望在再啟動變頻器裝置的時點剩余磁通衰減到零。因此，提出幾個使剩余磁通衰減的方法。

在下述專利文獻1中記載了如下方法：在停止變頻器裝置之際，使對變頻器裝置的電壓指令從通常駕駛時的指令切換至用于使剩余磁通衰減的指令，然后在一定時間內使變頻器裝置動作。

在下述專利文獻2中記載了如下方法：在使變頻器裝置停止時，通過使變頻器裝置的上臂或下臂全部同時處于接通狀態，由此在變頻器裝置與感應電動機之間形成短路回路。

在先技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2008-113501號公報

專利文獻2：日本特開平10-66386號公報

發明內容

發明要解決的課題

作為使剩余磁通衰減的方法而應該考慮的點在于：(1)為了保護變頻器裝置、防止轉矩變動，在變頻器裝置中不流動過大電流；(2)為了不影響變頻器裝置的駕駛間隔，在短時間內使剩余磁通衰減。

然而，在專利文獻1的方法中，由于計算通常駕駛時的電壓指令的計算式、和計算用于使剩余磁通衰減的電壓指令的計算式不同，因此在切換電壓指令之際存在來自變頻器裝置的輸出電壓變得不連續從而流動過大電流的顧慮。另外，關于基于用于使剩余磁通衰減的電壓指令而使變頻器裝置動作的時間，也沒有具體記載。

在專利文獻2的方法中，由于剩余磁通所產生的感應電壓被施加于變頻器裝置與感應電動機之間的短路回路，因此存在變頻器裝置與感應電動機之間流動過大電流的顧慮。