用于控制电机的方法和设备技术

一种用于向永磁电机供电的电功率系统包括高压DC电源，该高压DC电源设置成向经由高压DC总线连接至电动逆变器的前端转换器供电，该电动逆变器连接至电机。一种用于操作控制系统的方法包括监测该电机。当检测到与该电机相关联的故障时，控制器指令前端转换器的操作在高压DC总线上产生是最大设定点电压电平的电压电平并且监测来自该电机的反电动势电压电平。当该反电动势电压电平小于该最大设定点电压电平时将该逆变器控制为三相开路状态。当反电动势电压电平大于该最大设定点电压电平时将该逆变器控制为三相短路状态。

Method and equipment for controlling motor

For a high voltage DC power supply to the electric power including the power supply system of permanent magnet motor, the high voltage DC power supply converter is arranged to connect to the DC bus via a high voltage inverter power inverter connected to the electric motor. A method for operating control systems includes monitoring the motor. When the detected fault associated with the motor coupling when the controller instruction of the front-end converter operating under high pressure on the DC bus is the maximum voltage level voltage level setting and monitoring from the back EMF voltage level. When the voltage level of the back EMF is less than the voltage of the maximum set point, the inverter is controlled as a three-phase open circuit state. When the back EMF voltage level is greater than the maximum set point voltage, the inverter is controlled to a three-phase short-circuit state.

【技术实现步骤摘要】
用于控制电机的方法和设备
本公开涉及采用逆变器和电机的电功率系统及其发展和控制。
技术介绍
用于控制诸如多相电动马达/发电机的电机的高压电功率电路可以包括高压DC电源，其电连接至前端DC-DC电功率转换器(下文称为‘前端转换器’)以增大供应至逆变器的高压DC总线的电压电平。大容量电容器可以跨高压DC总线设置以提供电稳定性并且存储补充电能。可以通过采用逆变器以使用从控制器输出的脉宽调制(PWM)信号将DC电功率变换为AC功率来实现诸如永磁同步电动马达的电机的操作和控制。可以以不同操作模式(包括诸如正弦、迟滞的PWM模式、过调制或空间向量PWM模式、六步模式或另一种合适模式)控制已知的逆变器。高压电功率电路中的开路故障或短路故障的发生可造成以不受控发电机(UCG)模式操作电机。
技术实现思路
描述一种用于供电以控制永磁电机的电功率系统且该电功率系统包括高压DC电源，该高压DC电源设置成向经由高压DC总线电连接至电动逆变器的前端转换器供电，该电动逆变器电连接至该电机。一种用于操作控制系统的方法包括经由控制器监测该电机。当检测到与该电机相关联的故障时，控制器指令前端转换器的操作在高压DC总线上产生是最大设定点电压电平的电压电平并且监测来自该电机的反电动势(back-emf)电压电平。当反电动势电压电平小于该最大设定点电压电平时，将该逆变器控制为三相开路状态。当反电动势电压电平大于该最大设定点电压电平时，将该逆变器控制为三相短路状态。上述特征和优点以及本教导的其它特征和优点从某些最佳模式的以下详述和用于实行如随附权利要求书中限定、结合附图取得的本教导的其它实施例将容易地显而易见。附图说明现在将通过实例方式参考附图描述一个或多个实施例，其中：图1示意地说明根据本公开的用于供电以控制电机的电功率系统的一个实施例，该电功率系统包括电连接至从高压DC电源供电的前端转换器的逆变器以及马达控制系统；以及图2示意地说明根据本公开的故障缓解例程，该故障缓解例程执行为该马达控制系统的实施例的部分，该马达控制系统用于控制前端转换器和电动逆变器的操作，所述前端转换器和电动逆变器设置成采用经由高压DC总线从高压DC电源供应的电功率操作该电机。具体实施方式现在参考附图，其中该描述仅是为了说明某些示例性实施例的目的但非为了限制某些示例性实施例的目的，图1示意地说明用于供电以操作和控制电机10的电功率系统的一个实施例。该电功率系统优选地包括电动逆变器20，其电连接至从高压DC电源40供电的前端转换器30。前端转换器30经由包括大容量电容器28的高压DC总线26电连接至电动逆变器20，并且作为DC至DC电功率转换器操作以增大供应至高压DC总线26的电功率的DC电压电平。马达控制系统100设置成监测并且控制电动逆变器20、前端转换器30以及高压DC电源40。马达控制系统100控制电动逆变器20和前端转换器30以采用经由前端转换器30和高压DC总线26从高压DC电源40供应的电功率来操作电机10。在一个非限制性实施例中，电功率系统在车辆上可以用作推进系统的元素。与用于电动逆变器20、前端转换器30、高压DC电源40、高压DC总线26以及大容量电容器28的马达控制系统100有关的设计和控制特征可以如本文所述般产生和分配。电机10优选地是多相永磁电动马达/发电机，或替代性地可以是另一种合适的多相电机。电动逆变器20经由高压DC总线26电连接至高压DC电源40。电动逆变器20包括大容量电容器28，其电设置在高压DC总线26的正导体与负导体之间。旋转位置传感器12设置成监测电机10的旋转输出构件的旋转位置，根据该旋转位置可以确定马达速度/位置13。旋转位置传感器12可以是解算器、霍尔效应传感器、另一种合适的旋转位置感测装置或虚拟软件替换。在一个实施例中，马达控制系统100包括电压源逆变器(VSI)或用于控制电动逆变器20的其它马达控制器50，且电机10是包括以行星配置设置的定子和转子的永磁同步装置，但是本文所述的概念并无如此限制。马达控制器50控制从电机10通过电动逆变器20的转矩输出，该电动逆变器经由前端转换器30电连接至高压DC电源40。用于在逆变器状态之间切换以调节电机10的转矩输出的控制方法可以包括以PWM模式或六步模式操作。在PWM模式中，逆变器20在非零状态和零状态两个之间快速切换。马达控制器50通过指定PWM占空比来指定三个状态中的每个状态中消耗哪个时间部分。马达控制器50以规则的时间间隔更新PWM占空比使得更新频率显著高于转子旋转的频率。在六步模式中，将逆变器20控制成使开关24以电机10的每个电循环在六个非零状态中循环一次以在定子的每个绕组中产生AC电压电平和电流。电循环是相对于马达磁极而限定并且不一定对应于转子的完整旋转。控制逆变器20以操作电机10的细节为本领域技术人员所知。除线性模式外，马达控制器50优选地包括限流器和六步电压控制器，用于控制逆变器20的操作以按照过调制和六步模式控制电机10的操作。AC电压的振幅是由高压DC总线26上的DC电压电平决定，该高压DC总线经由前端转换器30电连接至高压DC电源40。转矩是由DC电压电平、转子速度和这些准正弦AC电压信号之间的相差以及转子位置来决定，并且通过以六步模式操作该控制系统而进一步控制。马达控制器50产生传送至逆变器门驱动电路22以控制逆变器切换的控制信号51。电动逆变器20优选地电设置在前端转换器30与电机10之间，并且包括设置为开关对的多个开关24，该开关对电串联连接在高压DC总线26的正导体与负导体之间。每个开关对对应于电机10的一个相。如所示，电机10配置为三相装置，且电动逆变器20包括三个开关对，其中的每个开关对连接至电机10的一个相。连接至高压DC总线26的正导体的每个开关对的开关24之一在本文称为“上部”开关，且连接至高压DC总线26的负导体的每个开关对的开关24之一在本文称为“下部”开关。开关对的每个开关24可以是具有并联设置的二极管的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或另一种合适的高压开关，例如，场效应晶体管(FET)或碳化硅(SiC)FET。逆变器门驱动电路22优选地包括多个门驱动和控制器，其中逆变器门驱动电路22响应于控制信号51(例如，脉宽调制控制信号，其源于在马达控制系统100的马达控制器50中执行的PWM控制例程52)产生控制信号23以控制开关24的启动和停用。功率逆变器模块20包括具有电容器、电阻器的其它电部件以及用于实现与电噪声抑制、负载平衡等有关的功能的其它电路部件。电流传感器14设置成监测传递至电机10的a、b和c相的电流Ia、Ib和Ic15的大小。在其中电机10是以wye配置(未示出)设置的实施例中，可仅需要监测两个电流。电流传感器14可以采用任何合适的电流感测技术，其包括(例如)磁场产生监测或电压电平差分监测。大容量电容器28可以是任何合适的电容式存储装置，例如，电解铝装置、陶瓷装置或膜装置。大容量电容器28的大小可以结合其总容量来描述，并且可以基于高压DC总线26上的波纹电压的振幅以及其它因素而选择。如本领域技术人员所理解的是，结合包括峰值电流、RMS电流(是波纹电压电平的参数化值)、最小和最大总线电压电平、操作温度以及其它来确定大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于操作控制永磁电机的控制系统的方法，其中所述控制系统包括高压DC电源，所述高压DC电源设置成向经由高压DC总线电连接至电动逆变器的前端转换器供电，所述电动逆变器电连接至所述电机，所述方法包括：经由控制器监测所述电机；以及当检测到与所述电机相关联的故障时：指令所述前端转换器的操作在所述高压DC总线上产生是最大设定点电压电平的电压电平；监测来自所述电机的反电动势电压电平，当所述反电动势电压电平小于所述最大设定点电压电平时，将所述逆变器控制为三相开路状态，以及当所述反电动势电压电平大于所述最大设定点电压电平时，将所述逆变器控制为三相短路状态。

【技术特征摘要】
2016.04.15 US 15/1303331.一种用于操作控制永磁电机的控制系统的方法，其中所述控制系统包括高压DC电源，所述高压DC电源设置成向经由高压DC总线电连接至电动逆变器的前端转换器供电，所述电动逆变器电连接至所述电机，所述方法包括：经由控制器监测所述电机；以及当检测到与所述电机相关联的故障时：指令所述前端转换器的操作在所述高压DC总线上产生是最大设定点电压电平的电压电平；监测来自所述电机的反电动势电压电平，当所述反电动势电压电平小于所述最大设定点电压电平时，将所述逆变器控制为三相开路状态，以及当所述反电动势电压电平大于所述最大设定点电压电平时，将所述逆变器控制为三相短路状态。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述逆变器包括配置为多个开关对的多个开关，所述开关对电串联连接在所述高压DC总线的正导体与负导体之间，每个开关对包括连接至所述高压DC总线的正导体的上部开关以及连接至所述高压DC总线的负导体的下部开关，且其中将所述逆变器控制为所述三相开路状态包括将所有所述上部和下部开关控制为开路状态。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述逆变器包括配置为多个开关对的多个开关，所述开关对电串联连接在所述高压DC总线的正导体与负导体之间，每个开关对包括连接至所述高压DC总线的正导体的上部开关以及连接至所述高压DC总线的负导体的下部开关，且其中将所述逆变器控制为所述三相短路状态包括将所有所述下部开关控制为短路状态。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述逆变器包括配置为多个开关对的多个开关，所述开关对电串联连接在所述高压DC总线的正导体与负导体之间，每个开关对包括连接至所述高压DC总线的正导体的上部开关以及连接至所述高压DC总线的负导体的下部开关，且其中将所述逆变器控制为所述三相短路状态包括将所有所述上部开关控制为短路状态。5.根据权利要求1所述的方法，其中监测来自所述电机的反电动势电压电平包括监测跨所述高压总线的所述正导体和负...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·A·韦尔奇科，X·景，C·C·斯坦库，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US