[发明专利]电力变换装置、电动机驱动系统

说明书

技术领域

本发明涉及电力变换装置及电动机驱动系统。

背景技术

在同步电动机或感应电动机等的交流电动机(以下，简称为“电动机”)的驱动系统中，作为将直流电变换为交流电以驱动电动机的电动机驱动装置，大多采用以电压型逆变器为代表的电力变换装置。为了提高这种电动机驱动用电力变换装置的性能，作为电动机转子的控制信息需要高精度地检测转子的磁极位置或旋转速度等。近年来的电力变换装置并不是将位置传感器或速度检测器等安装于电动机来实际测量转子的旋转状态，而是采用根据电动机产生的反电动势信息来估计转子的旋转状态，以进行高精度的控制量估计的控制方法。

然而，由于在电动机的旋转速度为极低速附近其反电动势绝对地变小，因此难以采用这种根据反电动势信息来估计转子的旋转状态的电动机控制方法。为此，作为低速情况下的控制量估计方法，存在利用电动机的凸极性或磁通饱和特性的方法。

专利文献1中特别记载了一种磁极位置检测装置，其利用永久磁体同步电动机的凸极性来估计表示转子的旋转状态的磁极位置。该磁极位置检测装置使电动机的磁极轴(dc轴)产生交变磁场，检测与该dc轴正交的估计转矩轴(qc轴)成分的脉动电流(或者电压)，并基于此估算电动机内部的磁极位置。该技术在实际的磁极轴与估计磁极轴之间存在误差的情况下，利用从dc轴向qc轴存在电感的干扰项这一特征。也就是说，将高频的电压或电流叠加于电动机，通过检测由此所产生的高频电流或电压的变动部分，来逐次测量电感，作为控制量估计二次磁通的相位。

专利文献2中记载了利用电动机的磁饱和特性来估算表示转子的旋转状态的磁极位置的方法。在该计算方法中，针对电动机基于向某一方向施加电压从而产生的电流的大小来估算磁极位置。

此外，专利文献3中记载了如下内容，在根据叠加高频电流指令进行电流控制而产生的高频电压的变动部分来逐次测量电感的方式中，在低转矩时和高转矩时变更其电流指令值。

根据这些方法，不必采用用来检测转子的旋转状态的传感器，就能够高精度地估计电动机的运转信息。由此，能够削减传感器以及用于输出传感器的检测信号的线缆等的成本，也能够削减用于设置它们的开销。再有，还能够抑制因传感器的组装误差、周围环境引起的噪声、传感器的故障等所引起的电动机驱动的异常动作。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP专利第3312472号

专利文献2：JP特开2002-78392号公报

专利文献3：JP特开2010-154597号公报

如专利文献1及专利文献2所述的技术那样，对电压指令加上高频电压从而产生高频电流的电动机控制方法，在叠加的高频电压的振幅恒定或者所产生的高频电流比较小的范围中特别有效。但是，在电动机进行高转矩运转时，由于如果电流增大则因磁通饱和现象从而相对于高频电压的电感减少，因此高频电流的振幅有增大的趋势。因而，如果在高转矩运转时对电压指令加上高频电压从而产生高频电流，那么会产生高频电流超过规定的电流界限值、电动机无法持续进行运转的问题。

另一方面，专利文献3所记载的技术是对电流指令加上高频电流指令来进行电流控制的方法，由于将高频电流振幅作为指令值来提供，因此不会发生上述这种问题。但是，在这种针对电流指令加上高频电流指令的电动机控制方法中，由于无法将叠加的交变信号的频率提高至电流控制系统统的响应速度以上，因此磁极位置的检测响应速度受到限制。因而，有时难以针对因冲击扰乱等引起的电动机旋转状态的变动高精度地检测磁极位置。此外，还会产生因高频叠加而产生的电磁声音的频率降低至人类的可听音域从而容易变为噪音的问题。

发明内容

本发明的电力变换装置具备：电力变换单元，其将直流电变换为交流电提供给交流电动机；电压输出单元，针对用于使交流电动机根据规定的运转频率进行动作的基本电压指令值，叠加按照比运转频率高的规定频率周期性变化的高频交变电压，将其叠加结果作为用于指示交流电的电压的电压指令值输出至电力变换单元；电流检测单元，其检测交流电的电流；高频成分提取单元，其从由电流检测单元检测出的电流中提取与交变电压相应的高频电流成分；模值运算单元，其求取表示由高频成分提取单元提取出的高频电流成分的大小的高频电流模值；和叠加电压振幅调整单元，其基于由模值运算单元求取的高频电流模值，将用于调整交变电压的振幅的叠加电压振幅指令值输出至电压输出单元。