[发明专利]电机控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种改善了感应电机的矢量控制中的加减速特性的电机控制装置。

背景技术

机床的主轴要求兼备低速重切削和高速切削。因此，使用磁场削弱的恒定输出控制，实现低速旋转时的高转矩化和高速旋转化。作为进行恒定输出控制的电机控制装置可例示如下结构的装置。

图12是现有电机控制装置的方框图。该电机控制装置如下进行工作。

首先，将速度指令与来自速度运算器15的电机转速ωm相比较，利用速度控制器20求得q轴电流指令IqC。速度运算器15输出的电机转速ωm利用编码器10检测的位置反馈进行运算。将q轴电流指令IqC与来自坐标转换器25的q轴电流反馈IqF相比较，利用q轴电流控制器30求得q轴电压指令VqC。

另一方面，参照电机转速ωm，作为磁通量指令给出需要的磁通量，并将磁通量指令与磁通量运算器35求得的磁通量相比较，利用磁通量控制器40求得d轴电流指令IdC。磁通量运算器35输出的磁通量使用来自坐标转换器25的d轴电流反馈IdF进行运算。将d轴电流指令IdC与来自坐标转换器25的d轴电流反馈IdF相比较，利用d轴电流控制器45求得d轴电压指令VdC。

转差频率运算器50根据q轴电流指令IqC和磁通量计算转差频率指令ωs。转差频率指令ωs与速度运算器15输出的电机转速ωm相加。按照转差频率指令ωs和电机转速ωm求得一次频率指令ω1。用积分器55对一次频率指令ω1进行积分，求得定子位置指令θmc。

坐标转换器60以定子位置指令θmc为基础对q轴电压指令VqC、d轴电压指令VdC进行坐标转换，求得三相电压指令Vuc、Vvc、Vwc。三相电压指令Vuc、Vvc、Vwc经由PWM控制器65、功率转换器70供给至电机80，根据三相电压指令Vuc、Vvc、Vwc驱动电机80。

q轴电流反馈IqF和d轴电流反馈IdF以定子位置指令θmc为基础，通过坐标转换器25对电机电流Iu、Iv进行坐标转换而求得。

如图12的图表所示，使磁通量指令在定转矩区域一定，在定输出区域与电机80的转速的上升成反比地减少。通过与电机80的转速的上升成反比地使磁通量指令减少，进行磁场削弱控制。

在进行自攻螺丝加工的机床的主轴中，为了缩短加工时间，要求小型且惯性小、可高速旋转的主轴电机。若为了实现电机的小型化及低惯性化，将电机的铁芯的磁通量密度设计得较高，则存在如下问题，即，由于在动力运行时的高速高负荷旋转时铁芯的饱和而不能建立充分的磁通量，不能产生需要的大小的转矩，因此，加速时间变长。

为了改善这种情况，考虑增加高速旋转时的磁通量。在该情况下，存在电机减速时的转矩变得比加速时过大的问题。电机减速时，由于电机的再生功率而使功率转换器的直流电压变高，因此，施加在电机的电压变高，铁芯的饱和被缓和，因此产生较大的转矩。由于过大的转矩对机械系统产生不良影响，因此，要求控制在设计范围内。另外，若减速时的转矩过大，则再生功率变大，有时会超过电机控制装置容许的再生功率。在用电阻器消耗再生功率的电机控制装置中，存在逆变器的直流电压上升而变为过电压的问题。另外，在向电源返还再生功率的电机控制装置中，存在换流器的电流上升而变为过电流的问题。

为了改善这些问题，在下述专利文献1所记载的发明中，在动力运行时和再生时改变磁通量指令。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：专利第4065903号说明书

发明所要解决的课题

但是，采用上述专利文献1所记载的发明的情况下，存在如下问题，即，若在动力运行时和再生时改变磁通量指令，则在从动力运行向再生转变时，磁通量骤变而转矩常数改变，在输出转矩的情况下，电机的输出转矩骤变给机械系统带来冲击。

发明内容

本发明是为了解除如上所述的现有电机控制装置的问题而设立的，其目的在于，提供一种电机控制装置，其改善了存在磁饱和的电机的动力运行时的高速负荷旋转时的转矩降低而缩短加速时间，同时，还抑制了电机再生时的过大的转矩，防止逆变器的过电压及换流器的过电流，而且没有转矩常数的骤变，可兼备良好的加速特性和安全的减速特性。

用于解决课题的手段

用于达成上述目的的、本发明的电机控制装置，具有动力运行/再生判别器、限制器、励磁电流指令运算器及电机驱动部。