專利名稱：一種控制電動(dòng)機(jī)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般尋求在電動(dòng)機(jī)的電驅(qū)動(dòng)裝置領(lǐng)域的應(yīng)用。特別地，本發(fā)明涉及通過(guò)通常裝備有反相器的電驅(qū)動(dòng)裝置控制電動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代技術(shù)中，電動(dòng)機(jī)是各種應(yīng)用中被最廣泛使用的元件。根據(jù)特殊的應(yīng)用類型， 很多不同類型的電動(dòng)機(jī)被研發(fā)出和使用起來(lái)。舉例來(lái)說(shuō)，電動(dòng)機(jī)可被歸類為同步和異步電動(dòng)機(jī)，或者是DC或AC電動(dòng)機(jī)。無(wú)論如何，越來(lái)越感到需要提高這樣的電動(dòng)機(jī)的效率。根據(jù)以上觀點(diǎn)來(lái)看，在不同工作時(shí)間電動(dòng)機(jī)可以提供可變扭矩這一方面就有很多應(yīng)用。因此，為了提高效率，當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作于慢運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)速度來(lái)避免能量浪費(fèi)可能是有用的。因此，使用了適于調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)速度的帶有反相器的電驅(qū)動(dòng)裝置。通過(guò)所述驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)的主要電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)之一是矢量技術(shù)，而該技術(shù)的一個(gè)例子是場(chǎng)定向技術(shù)。簡(jiǎn)短來(lái)說(shuō)，自從DC電動(dòng)機(jī)被用作模型以來(lái)，由于偏置勵(lì)磁電流與扭矩產(chǎn)生電樞電流之間的顯著差別，一般的電動(dòng)機(jī)是通過(guò)矢量技術(shù)來(lái)控制的，而該技術(shù)允許將所述供電電流分成兩個(gè)分量，即，直接(direct)電流和正交(quadrature)電流，而其可類比為DC電流的勵(lì)磁電流和電樞電流，因此所述電動(dòng)機(jī)可理想地如上所述的模型電動(dòng)機(jī)一樣使用。這會(huì)最大化任何電動(dòng)機(jī)在各種旋轉(zhuǎn)速度下的扭矩、速度精確度以及效率方面的性能表現(xiàn)。在矢量控制中，直接電流近似為勵(lì)磁電流，而正交電流對(duì)應(yīng)于電樞電流。一旦確定了電動(dòng)機(jī)特定的直接電流，通過(guò)調(diào)節(jié)正交電流來(lái)控制扭矩產(chǎn)生。一個(gè)典型的例子是同步磁阻電動(dòng)機(jī)，其中，如上所述，直接電流控制可被直接磁通控制所替代?？紤]到場(chǎng)定向矢量技術(shù)的例子，在現(xiàn)有技術(shù)的電動(dòng)機(jī)的控制中，只有通過(guò)將直接電流設(shè)定為額定值才能獲得準(zhǔn)備響應(yīng)，同時(shí)由速度或扭矩調(diào)整器設(shè)置正交電流。然而，這會(huì)影響效率，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)總是以最大能力被供電，甚至是在最小扭矩需求的情況下，即，當(dāng)電動(dòng)機(jī)可以運(yùn)轉(zhuǎn)在低速時(shí)。換句話說(shuō)，盡管這種布置在高的運(yùn)轉(zhuǎn)速度下保持電動(dòng)機(jī)的效率不變，但在低運(yùn)轉(zhuǎn)速度下效率降低，可能會(huì)很大程度地降低。基于這些原因，已知這樣的控制器，其可通過(guò)按照負(fù)載在電動(dòng)機(jī)的末端調(diào)整其電壓來(lái)改變直接電流。雖然這樣通過(guò)降低在低運(yùn)轉(zhuǎn)速度下對(duì)其供應(yīng)的電流，改進(jìn)了電動(dòng)機(jī)的效率，但是這種方法仍有缺陷，即，這種控制是以一種間接的，非最佳方式對(duì)直接電流進(jìn)行作用。進(jìn)一步地，這是通過(guò)在有預(yù)定負(fù)載的情況下通過(guò)提供預(yù)定直接電流來(lái)獲得。這種解決方案顯然不是最佳的，特別是在有混合負(fù)載的情況下。換句話說(shuō)，即使當(dāng)通過(guò)場(chǎng)定向(field orientation)矢量技術(shù)來(lái)控制現(xiàn)有技術(shù)的電動(dòng)機(jī)，以將其類比為DC電動(dòng)機(jī)時(shí)，在低運(yùn)轉(zhuǎn)速度下它們?nèi)詴?huì)有效率損失，盡管控制涉及正交電流和直接電流兩者的改變。一個(gè)特殊的例子是，具有在矢量模式中操作的控制器的電動(dòng)機(jī)，該控制器不帶有位置傳感器或旋轉(zhuǎn)速度傳感器，也被稱為無(wú)傳感器矢量控制。在這種電動(dòng)機(jī)中，這種問(wèn)題更嚴(yán)重。雖然在高運(yùn)轉(zhuǎn)速度下，通過(guò)反電動(dòng)勢(shì)可以測(cè)得轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度和位置，但是電動(dòng)機(jī)的固有阻抗阻止在低運(yùn)轉(zhuǎn)速度下使用這種方法。當(dāng)與反電動(dòng)勢(shì)的絕對(duì)值相比較時(shí)，電壓損失導(dǎo)致不可忽視的錯(cuò)誤。因此，在低運(yùn)轉(zhuǎn)速度下，額外的零均值時(shí)變電壓被增加到供給電壓。合適的控制算法，表示電動(dòng)機(jī)反相器組件，如旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中，電動(dòng)機(jī)作為旋轉(zhuǎn)變壓器運(yùn)作，而反相器將所得結(jié)果解碼為被增加的噪聲改變的電壓信號(hào)，并提供與實(shí)際位置和估計(jì)位置之間的差大致成比例的數(shù)值，增加的信號(hào)與反相器的基頻分量同時(shí)產(chǎn)生。無(wú)論如何，在低運(yùn)轉(zhuǎn)速度下，這樣的被增加的電壓導(dǎo)致了電動(dòng)機(jī)中的額外工作，這會(huì)導(dǎo)致效率損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，通過(guò)提供一種用于控制電動(dòng)機(jī)的方法，使得即使在低扭矩設(shè)置下也能提高效率，來(lái)至少部分地克服上述缺陷。另一個(gè)目的是提供一種用以控制電動(dòng)機(jī)在低運(yùn)轉(zhuǎn)速度下增加效率的方法，甚至可用在無(wú)傳感器電動(dòng)機(jī)(即，不具有在工作時(shí)用于檢測(cè)旋轉(zhuǎn)速度和轉(zhuǎn)子位置的傳感器的電動(dòng)機(jī))中。如隨后將更詳細(xì)地說(shuō)明的這些以及其它目標(biāo)，將通過(guò)主要權(quán)利要求中限定的控制電動(dòng)機(jī)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。特別地，所述方法使用矢量技術(shù)和反相器。該方法主要包括以下步驟-確定對(duì)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生所需的扭矩來(lái)說(shuō)必要的正交電流I,的值；-依據(jù)方程式計(jì)算提供給電動(dòng)機(jī)的直接電流Id的值^ )-其中，kt是已知所述電動(dòng)機(jī)的扭矩常數(shù)所依據(jù)的電流矢量的相位；-通過(guò)所述直接電流Id和所述正交電流Itl計(jì)算所述電動(dòng)機(jī)的供電電流；-通過(guò)所述反相器來(lái)為所述電動(dòng)機(jī)提供所述供電電流。換句話說(shuō)，直接電流Id不是恒定的，而是隨所述正交電流Itl改變的。這允許按照設(shè)計(jì)開發(fā)的扭矩來(lái)最優(yōu)化提供給所述電動(dòng)機(jī)的供電電流。因此，這樣被控制的電動(dòng)機(jī)的效率被最優(yōu)化。在本發(fā)明的一個(gè)方面，電動(dòng)機(jī)的扭矩常數(shù)是可在任何負(fù)載條件下獲得的最大扭矩常數(shù)，并在一個(gè)特定的步驟中被確定，在該步驟中，所述電動(dòng)機(jī)被特征化為直接電流Id和正交電流I,的函數(shù)，以獲得最大的扭矩常數(shù)曲線。因此，直接電流Id按照正交電流Itl的變化與最大可獲得的扭矩常數(shù)相關(guān)，S卩，提供給所述電動(dòng)機(jī)的供電電流的最優(yōu)化與最大扭矩常數(shù)相關(guān)。這提供了最大化的電動(dòng)機(jī)效率。相同目的也通過(guò)實(shí)現(xiàn)上述方法的電動(dòng)機(jī)控制裝置實(shí)現(xiàn)。因此，該裝置將包括用于為電動(dòng)機(jī)供電的至少一個(gè)反相器、以及作用在所述反相器上以控制供給電動(dòng)機(jī)的電力的處理單元。 在本發(fā)明的一個(gè)方面，處理單元被設(shè)計(jì)為從直接電流Id和正交電流Itl計(jì)算電源電流，基于所述電動(dòng)機(jī)被設(shè)計(jì)以控制(即，在制動(dòng)扭矩的情況下吸收，或在動(dòng)力扭矩的情況下
傳遞)的機(jī)械扭矩值來(lái)確定所述正交電流I,。通過(guò)方程式由處理單元來(lái)計(jì)算直接電流Id:
權(quán)利要求
1. 一種用于通過(guò)反相器和矢量技術(shù)控制電動(dòng)機(jī)的方法，該方法包括以下步驟 -確定所述電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生所需扭矩所必需的正交電流Itl的值； -通過(guò)以下方程計(jì)算要被提供給所述電動(dòng)機(jī)的直接電流Id的值
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述電動(dòng)機(jī)的所述扭矩常數(shù)是可獲得的最高扭矩。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在確定所述正交電流Itl步驟之前，包含確定所述扭矩常數(shù)的步驟。
4.如在前所述的任一權(quán)利要求的方法，其特征在于，包含調(diào)整所述直接電流Id的步驟， 其中，所述直接電流Id的值的最低值被限定為預(yù)定閾值。
5.如在前所述的任一權(quán)利要求的方法，其特征在于，包含調(diào)整所述直接電流Id的步驟， 其中，所述直接電流Id的值最高被限定為預(yù)定最大值。
6.如在前所述的任一權(quán)利要求的方法，其特征在于，包含確定所述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度和位置的步驟，所述電動(dòng)機(jī)不具有位置和速度傳感器。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度和位置的所述確定步驟包括計(jì)算到所述電動(dòng)機(jī)的所述電壓源的額外的大體為正弦曲線的動(dòng)力電壓的和。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述額外的動(dòng)力電壓具有可隨所述電動(dòng)機(jī)的負(fù)載而改變的模量。
9.如權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述額外的動(dòng)力電壓具有可隨所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度而改變的模量和/或隨具有其負(fù)載的電動(dòng)機(jī)所需的扭矩而改變的模量。
10.如權(quán)利要求7-9中任何一個(gè)所述的方法，其特征在于，所述額外的動(dòng)力電壓具有可隨具有其負(fù)載的電動(dòng)機(jī)所需的扭矩而改變的模量，以及由偶然或偽偶然計(jì)算技術(shù)確定的可變頻率。
11.一種用于控制電動(dòng)機(jī)的裝置，該電動(dòng)機(jī)包括用于向所述電動(dòng)機(jī)提供電力的至少一個(gè)反相器，和工作于所述反相器上用以控制到所述電動(dòng)機(jī)的供電電流供給的處理單元，其中，所述處理單元易于通過(guò)直接電流Id和正交電流Itl計(jì)算所述供電電流，通過(guò)所述電動(dòng)機(jī)必須產(chǎn)生的扭矩常數(shù)來(lái)確定所述正交電流Itl，通過(guò)以下方程由所述處理單元計(jì)算所述直接電流Id
全文摘要
一種通過(guò)反相器和矢量技術(shù)來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的方法，其包含以下步驟檢測(cè)對(duì)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生所需扭矩所必要的正交電流Iq的值；通過(guò)作為電動(dòng)機(jī)的扭矩常數(shù)所依賴的電流矢量的相的函數(shù)的方程，計(jì)算要供給電動(dòng)機(jī)的直接電流的值；依據(jù)直接電流和正交電流計(jì)算所述電動(dòng)機(jī)的供電電流；通過(guò)反相器向電動(dòng)機(jī)提供供電電流。
文檔編號(hào)H02P21/00GK102577090SQ201080034748
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月5日
發(fā)明者E·伯托托, E·馬羅迪恩, F·迪·桑托 申請(qǐng)人:雷埃爾有限責(zé)任公司