用于变速感应电机系统的混合驱动电路和控制方法技术方案

本发明专利技术提供了用于控制构造成驱动电机的混合电机驱动电路的控制器。控制器构造成在电机所命令的频率未处于线路输入电力频率的预定范围内时使用逆变器驱动电机，并且在电机所命令的频率处于线路输入电力频率的预定范围内时使用第一开关装置将线路输入电力耦合至逆变器的输出端。

Hybrid driving circuit and control method for variable speed induction motor system

A controller for controlling a hybrid motor drive circuit configured to drive a motor is provided. The controller is constructed to use the inverter driven motor when the frequency of the motor is not in a predetermined range of input power frequency of the line, and the input power of the line is coupled to the output end of the inverter using the first switching device when the frequency of the motor commands is in a predetermined range of the line input power frequency.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于变速感应电机系统的混合驱动电路和控制方法对相关申请的交叉引用本申请要求2015年9月15日提交的美国非临时专利申请No.14/854,766的优先权，在此通过引用将该申请的全部公开内容并入本文。
本专利技术的领域总体上涉及电动机，并且更具体地涉及用于感应电机的混合电机驱动电路和控制方法。
技术介绍
至少有些已知的永久分相式电容(“permanentsplitcapacitor，PSC”)电机是在以线路频率运转时效率最高的定速电机。这种PSC电机在起动期间具有不受控的加速。此外，在低负载状态下，这种PSC电机以比所需更高的功率电平/级运转。或者，存在变速电机控制器，其使电机转速与负载水平匹配，但受功率因数、电磁干扰和电子损失这些困扰限制。
技术实现思路
一方面，本专利技术提供这样一种用于控制电机的控制器。该控制器构造成在电机所命令的频率未处于线路输入电力频率的预定范围内时使用逆变器驱动电机，并且在电机所命令的频率处于线路输入电力频率的预定范围内时使用第一开关装置将线路输入电源联接至逆变器的输出端。另一方面，本专利技术提供这样一种用于控制电机的控制器。该控制器构造成在电机所命令的频率未处于线路输入电力频率的预定范围内时操作开关装置，该开关装置构造成绕开/旁通电机的运行电容器；并且在电机所命令的频率处于线路输入电力频率的预定范围内时同步逆变器的两相以向电机施加与线路输入电压基本上相当的输出电压。又一方面，本专利技术提供这样一种用于控制电机的控制器。该控制器构造成：利用双向电力变换器实现从电源接收的交流线路输入电力和从电机再生的电力的双向电力传送；通过为两个逆变器相提供相同命令来同步逆变器的多个输出；以及在电机的瞬时功率变成负的时实现从电机到电源的电力的再生。附图说明图1是混合电机系统的电路图。图2是混合电机系统的电路图。图3A是混合电机系统的框图。图3B是处于驱动模式的图3A所示的混合电机系统的框图。图3C是处于PSC模式的图3A所示的混合电机系统的框图。图4是混合电机系统的电路图。图5是混合双电机系统的电路图。具体实施方式图1是混合电机系统100的框图。在该示例性实施例中，混合电机系统100包括电机102和与电机102联接并且构造成控制电机102的运转的驱动电路104。在该示例性实施例中，电机102是包括主绕组106、起动绕组108和电容器110的永久分相式电容(PSC)电机。驱动电路104包括：构造成接收从电源118输入第一输入端子114和第二输入端子116的线路交流(AC)电的整流器112；联接在整流器112的下游的逆变器120；限定在整流器112与逆变器120之间的直流(DC)链路122；跨直流链路122联接的直流链路电容器124；构造成选择性地将线路交流电联接至逆变器120的输出端的主开关装置126；构造成选择性地旁通电容器110(使电容器110被绕开)的旁路开关装置128；以及构造成控制驱动电路104驱动电机102的操作的控制器130。在该示例性实施例中，驱动电路104在第一输入端子114和第二输入端子116处从诸如公共设施的交流电源接收交流线路输入电力。整流器112构造成将在第一输入端子114和第二输入端子116处接收的线路交流电整流为脉冲直流电。直流链路电容器124将脉冲直流电储存在直流链路122上并且向逆变器120提供直流链路电压。在该示例性实施例中，直流链路电容器124具有高达约1,000微法拉(μF)的电容，以将直流链路上的电压基本上维持为直流值。逆变器120为3相逆变器并且包括与3相逆变器120的第一相相关联的第一开关132、与第二相相关联的第二开关134和与第三相相关联的第三开关136。在该示例性实施例中，电机102的主绕组106与第一开关132之间的公共节点138和第二开关134之间的公共节点140联接。此外，在该示例性实施例中，电机102的起动绕组108与第二开关134之间的公共节点140和第三开关136之间的公共节点142联接。电容器110联接在起动绕组108与第三开关136之间的公共节点142之间。逆变器120构造成基于从控制器130接收的信号而将直流链路电压变换为用于驱动电机102的两相交流输出电压，以优化机器效率。第一开关装置126与第一输入端子114和第二输入端子116联接，并且与逆变器120的输出端并联联接。在该示例性实施例中，第一开关装置126由控制器130操作成选择性地将线路交流电联接至逆变器120的输出端，使得线路交流电可直接施加至主绕组106和起动绕组108。控制器130基于电机102的工作频率或所命令的电机基准点(例如，转速设定)来判定是断开还是闭合第一开关装置126。旁路开关装置128与电机102的电容器110并联联接。更具体而言，旁路开关装置128联接在起动绕组108的一个极与第三开关136之间的公共节点138之间。然而，可以颠倒电容器位置，只要电容器与起动绕组串联即可。旁路开关装置128由控制器130操作成在电机102以与电源118的线路电力频率周围的频带不同的频率与逆变器一起工作时选择性地旁通电容器110。更具体而言，电容器110设置在电机102中，以在跨线路PSC的标准下产生起动电机102所需的相位移。在混合驱动中，电机的起动可以在电容器110被旁通的情况下经由逆变器完成。在该示例性实施例中，控制器130包括处理器144和存储设备146。在该示例性实施例中，控制器130在一个或多个处理装置——诸如微控制器、微处理器、可编程门阵列、精简指令集电路(RISC)、专用集成电路等——中实施。因此，在该示例性实施例中，控制器130由嵌入一个或多个处理装置中的软件和/或硬件构成。这样，控制器130是可编程的，使得可针对特定电机102和/或电机102的操作者编写指令、间隔、阈值和/或范围等。控制器130可完全或部分地由位于一个或多个处理装置外部的分立元件提供。在运转中，控制器130构造成接收对于电机102所命令/要求的频率并且将它与线路输入电力频率的预定范围进行比较。控制器130构造成在由电机102命令的频率处于线路输入电力频率的预定范围内时致动或闭合第一开关装置126。闭合第一开关装置126将第一输入端子114和第二输入端子116与逆变器120的输出端联接，使得线路输入电力直接施加至电机102的主绕组106和起动绕组108以及电容器110。如本文中所使用的，运转的“PSC”模式是指线路输入电力被直接施加至电机102时的模式。当以PSC模式运转时，电机102基于线路输入电力以固定转速运转。附加地或替代地，控制器130构造成在由电机102命令/请求的频率未处于线路输入电力频率的预定范围内时断开第一开关装置126。操作第一开关装置126致使逆变器120向电机102提供经调整的电力。如本文中使用的，运转的“驱动模式”是指逆变器120向电机102提供经调整的电力时的模式。当以驱动模式运转时，控制器130使用脉宽调制(PWM)来控制逆变器120的开关，这实现了电机102的变速控制。混合电机系统100将变速驱动电路的低速操作点、软起动和受控加速的益处与定速PSC电机的线路可操作性、增大的功率因数和减少的电磁干扰(EMI)签名的益处相结合，以改善整体的系统操作性能。更具体而言本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控制电机的控制器，所述控制器构造成：在电机所命令的频率未处于线路输入电力频率的预定范围内时使用逆变器驱动所述电机；以及在所述电机所命令的频率处于线路输入电力频率的预定范围内时使用第一开关装置将线路输入电力耦合至所述逆变器的输出端。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.15 US 14/854,7661.一种用于控制电机的控制器，所述控制器构造成：在电机所命令的频率未处于线路输入电力频率的预定范围内时使用逆变器驱动所述电机；以及在所述电机所命令的频率处于线路输入电力频率的预定范围内时使用第一开关装置将线路输入电力耦合至所述逆变器的输出端。2.根据权利要求1所述的控制器，所述控制器还构造成：调制所述逆变器的开关的占空比，以产生使由所述电机在起动期间产生的转矩最大化的电机电流；以及调整所述电机的定子频率，以实现以下中的至少一者：在部分负载点处提高系统的效率，通过调整绕组电流使转矩脉冲最小化，以及施加预定的加速缓变率。3.根据权利要求1所述的控制器，所述控制器还构造成：调制所述逆变器的开关的占空比，以产生使由所述电机在起动期间产生的转矩最大化的电机电流；以及通过监测电机电流并且将缓变率调整为保持在预定极限之下来调整定子频率。4.根据权利要求1所述的控制器，所述控制器还构造成控制旁路开关装置的开断时机以实现以下中的至少一者：在闭合所述旁路开关装置时减少所述旁路开关装置中的电机电容器的涌入电流，以及在断开所述旁路开关装置时使瞬时电压和电流最小化。5.根据权利要求4所述的控制器，所述控制器还构造成：监测交流线路电压、直流链路电压和交流线路电流中的至少一者；和在所述交流线路电压和所述交流线路电流中的至少一者处于最小值时闭合所述旁路开关装置，从而限制所述旁路开关装置中的涌入电流。6.根据权利要求1所述的控制器，所述控制器还构造成：监测交流线路电压、直流链路电压和交流线路电流中的至少一者；以及在所述交流线路电压和所述交流线路电流中的至少一者处于最小值时闭合所述第一开关装置，从而限制所述第一开关装置中的涌入电流。7.根据权利要求6所述的控制器，所述控制器还构造成监测电机相电流以使在改变操作模式时的转矩下降最小化。8.根据权利要求6所述的控制器，所述控制器还构造成推定或测量电机端子电压以使与交流线路电压的相位差最小化并使过渡时的转矩脉动最小化。9.根据权利要求1所述的控制器，所述控制器还构造成：将所施加的电机电压和测得的电机电流与阈值进行比较；以及当所施加的电机电压和测得的电机电流超过所述阈值时，判定存在锁定转子状态。10.根据权利要求1所述的控制器，所述控制器还构造成：测量交流线路电流的值；将交流线路电流的值与交流线路电流的预定值进行比较；以及提供以下至少中的至少一者：在测得的交流线路电流超过交流线路电流的预定值时对所述电机进行调低操作以保持在线路容量的极限内；以及改变运转模式。11.根据权利要求1所述的控制器，所述控制器还构造成实施瞬时电机加速和同步以减小在运转模式之间切换时的瞬变。12.根据权利要求11所述的控制器，所述控制器还构造成实现以下中的一者：监测电机相电流以使在改变运转模式时的转矩下降最小化；以及推定电机端子电压以使与交流线路电压的相位差最小化并且使在改变运转模式时的转矩脉动最小化。13.根据权利要求1所述的控制器，所述控制器还构造成：检测故障状态；以及在检测出故障状态后使所述电机以跛行模...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·A·克雷蒂安，R·C·贝塞拉，K·M·赖特，L·B·曼茨，
申请(专利权)人：雷勃美国公司，
类型：发明
国别省市：美国,US