用于适于感应电机的自激励的逆变器的系统和方法技术方案

确定在观测电压和直流总线参考电压之间的电压差。基于从电压差获得的电流差输出交轴(q轴)命令电压。基于测量的直轴电流和从直轴剩余电压、观测电压和交轴参考命令电压之间的数学关系获得的确定的直轴参考电流确定直轴(d轴)命令电压，其中剩余电压与观测电压和交轴命令电压的函数成比例。帕克逆变换模块或数据处理器基于直轴命令电压和交轴命令电压的帕克逆变换提供一个或多个相命令电压。

【技术实现步骤摘要】
用于适于感应电机的自激励的逆变器的系统和方法相关申请本文(包括附图)要求基于根据35U.S.C.119(e)于2016年6月6日提交的美国临时申请序号62/346,114的优先权，通过引用而将该专利申请结合到本文中。
本专利技术涉及用于感应电机的自激励的系统和方法，并且更具体地，涉及用于感应发电机(例如，三相鼠笼式感应电机)的自激励的系统和方法。
技术介绍
在某些现有技术中，感应发电机的绕组可以通过各种方案被激励。在第一方案下，电池连接在逆变器的直流总线两端以激励感应发电机的一个或多个绕组。在第二方案下，一组电容器连接到感应发电机的相的一个或多个绕组以激励该感应发电机的一个或多个绕组。然而，第一方案和第二方案都需要除了用于逆变器开关的驱动器电路之外的额外构件。进一步地，一组电容器会增加逆变器和感应发电机的体积、尺寸和/或重量。逆变器和感应发电机的重量的任何不必要的增加易于减少包含逆变器的车辆的燃料效率。由于上述原因，需要用于适于感应电机的自激励的逆变器的改进的系统和方法。
技术实现思路
根据一个实施例，一种用于控制逆变器的方法测量与逆变器相关联的直流电压端子两端的观测电压。数据处理器、加法器或电压差模块确定观测电压和直流总线参考电压之间的电压差。第一电流调节器或数据处理器基于从电压差获得的电流差输出交轴(q-axis)命令电压。第二电流调节器或数据处理器基于测量的直轴电流和从直轴剩余电压、所述观测电压和交轴命令电压之间的数学关系获得的确定的直轴参考电流，确定直轴(d-axis)命令电压，其中剩余电压与观测电压和交轴命令电压的函数成比例。帕克逆变换模块或数据处理器基于交轴和直轴命令电压的帕克逆变换提供一个或多个相命令电压。附图说明图1是用于感应电机的自激励的逆变器的第一相和相关联的驱动器的示意图的一个实施例。作为图2A和图2B的统称的图2是具有连接到感应电机或发电机的三个相的逆变器系统的示意图的一个实施例，其中逆变器系统被布置成自激励感应电机。图3A是逆变器系统、有源负载和无源负载的示意图的另一实施例，逆变器系统连接到感应发电机，有源负载包括次级逆变器和电动马达，无源负载包括切换式电阻负载。图3B是逆变器系统、有源负载和电池的示意图的另一实施例，逆变器系统连接到感应发电机，有源负载包括次级逆变器和电动马达，电池在放电后可以用作无源负载。图4是逆变器系统、有源负载的示意图的还一实施例，逆变器系统连接到感应发电机，有源负载包括次级逆变器和电动马达。图5A是图示与驱动器相关联或与用于驱动器的控制器相关联的模块(例如，软件)的一个可能的实施例的方框图。图5B是图示与用于控制逆变器的操作模式的模块(例如，软件)或逻辑电路的一个可能的实施例的方框图。图6A是说明性曲线图，表示其中在启动模式、过渡激励模式和在操作模式中接近或实现目标激励满电压的过程中，电容器的激励电压的增加相对于时间的一个可能波形。图6B是说明性曲线图，表示其中在启动模式、过渡激励模式和在操作模式中接近或实现目标激励满电压的过程中，电容器的激励电压的增加相对于时间的另一可能波形。图7是方框图，图示了驱动器控制器、驱动器、逆变器、感应电机和诸如内燃机之类的原动机的一个可能构造。图8是用于感应电机的自激励的方法的流程图的一个实施例。图9是用于感应电机的自激励的方法的流程图的另一实施例。具体实施方式图1是逆变器系统11的单个相或第一相和相关联的第一相驱动器18的示意图的一个实施例。根据一个实施例，逆变器系统11包括极性相反的一对直流电压端子(28、30)(例如，直流电压总线)。电容器26(CDC)连接在直流电压端子(28、30)之间。逆变器的每个相都包括一对开关，如第一开关12(A1)和第二开关14(A2)。第一开关12(A1)具有第一切换端子54和第一控制端子50。第二开关14(A2)具有第二切换端子56和第二控制端子52c第一开关12和第二开关14的切换端子(54、56)在第一相输出端子处53串联连接在直流电压端子(28、30)(例如，在图1中的直流正端子和直流负端子)之间。本文中，直流电压端子(28、30)的含义将与直流总线相同。在一个实施例中，如果第一开关12包括晶体管，如双极结型晶体管或绝缘栅双极结型晶体管(IGBT)，则第一切换端子54包括发射极和集电极。第一开关12的第一控制端子50可以包括第一开关12的栅极或基极。在一个实施例中，如果第一开关12包括场效晶体管，则第一切换端子54包括源极和漏极。第一开关12的第一控制端子50可以包括栅极或基极。类似地，在一个实施例中，如果第二开关14包括晶体管，如双极结型晶体管或绝缘栅双极结型晶体管(IGBT)，则第二切换端子56包括发射极和集电极。第二开关14的第二控制端子52可以包括第二开关14的栅极或基极。在一个实施例中，如果第二开关14包括场效晶体管，则第二切换端子56包括源极和漏极。第二开关14的第二控制端子52可以包括第二开关14的栅极或基极。保护二极管或续流二极管(13、15)可以连接在每个开关的切换端子(54、56)之间以保护开关免于在第一开关12和第二开关14的切换过渡过程中产生的瞬态电流。例如，当第一开关12被切断并且感应马达绕组、马达或感应电机55引起能量尖峰时，第一保护二极管13可以导电以耗散与电能尖峰相关联的瞬态能量。类似地，当第二开关14被切断并且感应马达绕组或马达引起能量尖峰时，第二保护二极管15可以导电以耗散与电能尖峰相关联的瞬态能量。电机55(在图2中)或发电机具有一个或多个绕组(57、157、257在图2中)。关于图1，第一相输出端子53在第一开关12和第二开关14之间与切换端子(54、56)相关联，并且第一相输出端子53可以连接或连接到电机55的绕组(例如，相绕组)。第一相驱动器18(例如，第一驱动器)包括第一电源22和第二电源24，第一电源22和第二电源24被(例如，使用控制开关(S1、S2、S3和S4)的驱动器控制器或电子数据处理系统100控制、调节或切换。在一个实施例中，第一电源22包括第一电压源38和次级电压源40。在另一个实施例中，第二电源24包括第一电压源38和次级电压源40。在某些实施例中，第一电源22和第二电源24都不能够提供足够的电流以在感应电机55中直接地建立必要的电磁通量或足够的激励，使得在启动模式中，涓流充电技术用于在感应电机55中建立电磁通量或足够的激励以用于进入过渡激励模式中。涓流充电表示用比阈值电流强度低的较低电流强度，在直流电容器26或直流总线的一段时间内缓慢或逐渐的充电，该阈值电流强度例如为用于在感应电机55中立刻地和直接地建立(例如，可以是操作模式的特性的)电磁通量或足够的目标激励电压的阈值电流。即，涓流充电使逆变器系统11准备进入过渡激励模式中以作为操作模式的中间准备。在一个实施例中，第一相驱动器18包括第一偏压网络33；第一偏压网络33包括第一组阻流二极管32，第一组阻流二极管32串联在直流端子(28)中的一个和节点37之间，该节点37与第一电源22和第一相驱动器18的第一控制开关42相关联。在一个实施例中，第一相驱动器18包括第二偏压网络35；第二偏压网络35包括第二组阻流二极管34，第二组阻流二极管34串联在第一相输出端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制连接到发电机的逆变器的方法，所述方法包括以下步骤：测量直流电压端子之间的观测电压；确定所述观测电压和直流总线参考电压之间的电压差；基于从所述电压差获得的电流差输出交轴(q轴)命令电压；基于测量的直轴电流和从直轴剩余电压、所述观测电压和所述交轴命令电压之间的数学关系获得的确定的直轴参考电流，确定直轴(d轴)命令电压，其中在所述数学关系中，剩余电压与所述观测电压和所述交轴命令电压的函数成比例；和基于所述直轴命令电压和所述交轴命令电压的帕克逆变换提供相命令电压。

【技术特征摘要】
2016.06.06 US 62/346,114;2017.01.13 US 15/406,6391.一种控制连接到发电机的逆变器的方法，所述方法包括以下步骤：测量直流电压端子之间的观测电压；确定所述观测电压和直流总线参考电压之间的电压差；基于从所述电压差获得的电流差输出交轴(q轴)命令电压；基于测量的直轴电流和从直轴剩余电压、所述观测电压和所述交轴命令电压之间的数学关系获得的确定的直轴参考电流，确定直轴(d轴)命令电压，其中在所述数学关系中，剩余电压与所述观测电压和所述交轴命令电压的函数成比例；和基于所述直轴命令电压和所述交轴命令电压的帕克逆变换提供相命令电压。2.根据权利要求1所述的方法，其中输出交轴命令电压的步骤进一步包括：基于所述观测电压和直流总线参考电压之间的所述电压差生成交轴参考命令电流测量交轴电流和确定测量的交轴命令电流和交轴参考命令电流之间的电流差(例如，交轴电流误差)。3.根据权利要求1所述的方法，其中确定直轴命令电压(Vd)的步骤进一步包括：根据作为所述数学关系的以下方程确定直轴剩余电压其中：m是在0和大约1之间的调制指数，是直流端子的测量电压或直流端子之间的测量电压，和Vq是交轴命令电压；和基于存储在数据存储装置中的磁化曲线或K因数查找表来确定与对应的直轴剩余电压相关的直轴参考电流4.根据权利要求1所述的方法，其中：所述数学关系依据以下方程：其中：m是在0和大约1之间的调制指数，是直流端子的测量电压或直流端子之间的测量电压，和Vq是交轴命令电压。5.根据权利要求2所述的方法，其中提供相命令电压的步骤进一步包括根据转子磁场定向的以下方程确定所述帕克逆变换：θe＝θrotor+∫ωslipdt，其中θe是转子的电学角位置；其中θrotor是转子的机械角位置；并且ωslip是转子的滑移角速度。6.一种控制连接到发电机的逆变器的方法，所述方法包括以下步骤：测量直流电压端子之间的观测电压；确定所述观测电压和直流总线参考电压之间的电压差；基于所述电压差通过控制器生成交轴参考命令电流测量交轴电流确定测量的交轴命令电流和交轴参考命令电流之间的电流差；由电流调节器基于所述电流差的输入输出交轴命令电压(Vq)；根据以下方程确定直轴剩余电压其中m是调制指数，是直流端子的测量电压或直流端子之间的测量电压，和Vq是交轴命令电压；基于存储在数据存储装置中的磁化曲线或K因数查找表确定与对应的直轴剩余电压相关的直轴参考电流由电流调节器基于测量的直轴电流和所确定的直轴参考电流来确定直轴命令电压(Vd)；和基于直轴命令电压和交轴命令电压(Vd和Vq)的帕克逆变换提供相命令电压(Va，Vb，Vc)。7.根据权利要求6所述的方法，其中提供相命令电压的步骤进一步包括根据转子磁场定向的以下方程确定所述帕克逆变换：θe＝θrotor+∫ωslipdt，其中θe是转子的电学角位置；其中θrotor是转子的机械角位置；并且ωslip是转子的滑移角速度。8.一种控制连接到发电机的逆变器的系统，所述系统包括：电压传感器，所述电压传感器用于测量直流电压端子之间的观测电压；电压差模块，所述电压差模块用于确定所述观测电压和直流总线参考电压之间的电压差；第一电流调节器，所述第一电流调节器基于从所述电压差获得的电流差输出交轴命令电压(Vq)；第二电流调节器，所述第二电流调节器用于基于测量的直轴电流和从直轴剩余电压所述观测电...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏米特·杜塔，拉夫·赛亚加拉詹，吴隆，肯特·D·沃特，
申请(专利权)人：迪尔公司，
类型：发明
国别省市：美国,US