專利名稱：用于控制內(nèi)置式永磁同步電動機(jī)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及一種用于控制內(nèi)置式永磁同步電動機(jī)的裝置。
背景技術(shù)：
本節(jié)提供與本公開有關(guān)的背景信息，其不必然是現(xiàn)有技術(shù)。具有比感應(yīng)電動機(jī)的效率更高的效率的內(nèi)置式永磁同步電動機(jī)(IPMSM)已在能量節(jié)省方面得到很大關(guān)注。但是，IPMSM的缺點(diǎn)在于其在控制上的復(fù)雜性超過了感應(yīng)電動機(jī)。通?；谑噶靠刂?磁場定向控制)來控制IPMSM。通常，在對電動機(jī)的高性能有需求的工業(yè)領(lǐng)域中廣泛地使用用于計(jì)算電動機(jī)的精確的轉(zhuǎn)速的矢量控制方法。基于是否具有位置傳感器，將矢量控制分成兩種方法，即，有傳感器式(sensored)矢量控制和無傳感器式(sensorless)矢量控制。為了在矢量控制期間獲得IPMSM的良好性能，必須本質(zhì)上習(xí)得電動機(jī)常數(shù)(定子電阻、直軸(d-axis )電感、交軸(q-axis )電感和永磁鐵的磁通量)，并且為了執(zhí)行平穩(wěn)啟動，需要習(xí)得永磁鐵中的磁極的位置。由于有這些要求，對IPMSM的控制在通用性和普遍性方面遭到降低。圖1是說明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的脈寬調(diào)制(PWM)逆變器系統(tǒng)的配置的方框圖。參見圖1，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的逆變器系統(tǒng)包括:三相電源單元(100)，其用于將電源提供給PWM逆變器(200)；PWM逆變器單元(200)，其用于變換從三相電源單元(100)接收的電源；以及IPMSM (300)，由PWM逆變器單元(200)生成的電壓來操作IPMSM。PWM逆變器單元(200)依次包括:電源變換單元(210)，其將電壓提供給IPMSM(300);電流檢測單元(220)，其檢測IPMSM (300)中流過的電流；以及控制器(230)，其控制提供給IPMSM (300)的電壓和頻率。圖2是說明圖1中的控制器的具體配置的概念上的方框圖?？刂破靼?V/F模式單元(231)，其根據(jù)參考頻率(fref)生成參考電壓(Vref);以及三相參考電壓變換單元(231 )，其根據(jù)由V/F模式單元(231)生成的參考電壓(Vref)來生成三相參考電壓(Vasref、Vbsref > VcsrefX圖3是由圖1的控制器進(jìn)行電壓/頻率恒定控制期間的IPMSM(300)的電流波形。
通常，傳統(tǒng)上由矢量控制方法來控制IPMSM。但是，為了實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的矢量控制方法，基本上必須習(xí)得電動機(jī)常數(shù)并且需要復(fù)雜的等式。相反地，在將電壓/頻率恒定控制方法應(yīng)用到如圖2中所說明的感應(yīng)電動機(jī)的情況下，即使電動機(jī)常數(shù)未知，也能夠使用簡單的等式來簡單地實(shí)現(xiàn)操作。在將通常應(yīng)用到感應(yīng)電動機(jī)的電壓/頻率恒定控制方法應(yīng)用到IPMSM的情況下，通過IPMSM的凸極性(saliency)來激活無負(fù)載狀態(tài)下IPMSM的啟動(圖3的A部分)。但是，在電動機(jī)速度(輸出頻率)恒定的狀態(tài)下負(fù)載增加的情況下，如圖3的B部分所示，由于電壓幅度固定以及IPMSM的電流劇烈振蕩以至幅度增加，用于PWM逆變器的功率半導(dǎo)體設(shè)備的電壓幅度增加并且IPMSM的電流應(yīng)力(current stress)增加。
結(jié)果，在簡單的電壓/頻率恒定控制方法下，IPMSM的操作遭遇不利。

發(fā)明內(nèi)容
本節(jié)提供了本公開的總的概述，并且不是其全部范圍或其所有特征的全面披露。與本公開一致的方法和系統(tǒng)提供了一種用于控制內(nèi)置式永磁同步電動機(jī)(IPMSM)的裝置，所述裝置配置成通過實(shí)現(xiàn)電壓控制來容易地控制IPMSM而不使用復(fù)雜的矢量控制，所述電壓控制是基于使用PWM逆變器的IPMSM的電壓/頻率控制中的負(fù)載變化而實(shí)現(xiàn)的。但是，應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)，本公開不限于如上文所解釋的特定披露。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解到本文沒有提到的其他技術(shù)主題。在本公開的總的方案中，提供了一種用于控制IPMSM的裝置，所述裝置包括:第一生成單元，其配置成根據(jù)參考頻率生成同步參考坐標(biāo)系的交軸參考電壓；電流變換器，其配置成根據(jù)所述IPMSM的三相電流生成同步參考坐標(biāo)系的電流；以及電壓控制器，其配置成響應(yīng)于負(fù)載變化而生成對電壓進(jìn)行補(bǔ)償?shù)闹陛S參考電壓。在一些示例性實(shí)施例中，所述裝置可以進(jìn)一步包括:第一變換單元，其配置成:將所述交軸參考電壓和所述直軸參考電壓變換成三相參考電壓，以及將變換后的三相參考電壓提供給所述IPMSM。在一些示例性實(shí)施例中，所述裝置可以進(jìn)一步包括:電流檢測單元，其配置成檢測輸入所述IPMSM的三相電流，其中，所述電流檢測單元將檢測到的三相電流提供給所述電流變換器。在一些示例性實(shí)施例中，所述電流變換器可以包括:第二變換單元，其配置成將所述三相電流變換成靜止參考坐標(biāo)系的兩相電流；以及第三變換單元，其配置成將靜止參考坐標(biāo)系的所述兩相電流變換成同步參考坐標(biāo)系的兩相電流。在一些示例性實(shí)施例中，所述電流變換器可以進(jìn)一步包括:模擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器，其配置成將所述IPMSM的三相電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。在一些示例性實(shí)施例中，所述電壓控制器通過從所述電流變換器獲得的同步參考坐標(biāo)系的電流中觀測轉(zhuǎn)矩分量電流來生成直軸參考電壓。在一些示例性實(shí)施例中，所述電壓控制器可以包括:比較器，其配置成根據(jù)從所述電流變換器接收的所述同步參考坐標(biāo)系的電流生成當(dāng)前電流與在前電流之間的誤差；以及第二生成單元，其配置成通過將比例增益應(yīng)用到所述誤差來生成所述直軸參考電壓。根據(jù)本公開的用于控制IPMSM的裝置具有有益效果:其中，通過基于通常用于感應(yīng)電動機(jī)的電壓/頻率恒定控制來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩脈動減緩電壓控制、在使用PWM逆變器的IPMSM的控制期間省去需要復(fù)雜等式和電動機(jī)常數(shù)的矢量控制，能夠容易地執(zhí)行IPMSM的控制。


結(jié)合附圖，從以下示例性實(shí)施例的描述中，本公開的上文和/或其他方面將變得明顯并且更容易理解，其中:圖1是說明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的脈寬調(diào)制(PWM)逆變器系統(tǒng)的配置的方框圖；圖2是說明圖1中的控制器的具體配置的概念上的方框圖3是由圖1的控制器進(jìn)行電壓/頻率恒定控制期間的IPMSM (300)的電流波形；圖4是說明根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的用于控制IPMSM的裝置的配置的方框圖；圖5是說明根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的圖4的電流變換單元的示意性方框圖；圖6是說明根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的圖4的電壓控制器的示意性方框圖；以及圖7是說明根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的響應(yīng)于逆變器系統(tǒng)中的IPMSM的負(fù)載的電流的示意圖，所述逆變器系統(tǒng)裝配有用于控制IPMSM的裝置。
具體實(shí)施例方式在本公開的描述中，可以省略技術(shù)上已知的構(gòu)造或過程的具體描述，以避免關(guān)于這樣的已知的構(gòu)造和功能的不必要的細(xì)節(jié)使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員模糊對發(fā)明的理解。因此，說明書和權(quán)利要求書中使用特定術(shù)語或特定單詞的含義不應(yīng)限制為字面意思或通常采用的意思，而應(yīng)該將其理解成或者可以根據(jù)用戶或操作者的意圖以及習(xí)慣用法而不同。由此，特定術(shù)語或特定單詞的定義應(yīng)當(dāng)基于貫穿說明書的內(nèi)容。此后將參照附圖更加充分地描述各種示例性實(shí)施例，其中，示出了一些示例性實(shí)施例。但是，本發(fā)明構(gòu)思可以具體化成眾多不同形式并且不應(yīng)理解為限制到本文陳述的示例性實(shí)施例。更確切地，提供這些示例性實(shí)施例使得本說明書將是全面和完整的，并且將向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分地表達(dá)本發(fā)明構(gòu)思的范圍。電動機(jī)中應(yīng)用的負(fù)載可以分成恒定轉(zhuǎn)矩(CT)負(fù)載和可變轉(zhuǎn)矩(VT)負(fù)載。盡管必須在CT負(fù)載下的所有速度區(qū)域中獲得轉(zhuǎn)矩性能，但是，在VT負(fù)載中沒有必要在所有速度區(qū)域中獲得轉(zhuǎn)矩性能，因?yàn)椋诙鄶?shù)部件中，轉(zhuǎn)矩與速度成比例地增加。有代表性的VT負(fù)載可以包括風(fēng)扇和泵負(fù)載。在將IPMSM應(yīng)用到VT負(fù)載的情況下，不需要類似矢量控制的高性能控制。由此，即使不應(yīng)用類似矢量控制的復(fù)雜的算法，而通過引入電壓/頻率恒定控制，本公開也能夠獲得電動機(jī)性能，電壓/頻率恒定控制是用于感應(yīng)電動機(jī)的容易的控制方法?，F(xiàn)在，將參照附圖具體描述本公開的示例性實(shí)施例。圖4是說明根據(jù)本公開的示例性施例的用于控制IPMSM的裝置的配置的方框圖。將根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的用于控制IPMSM的裝置提供給圖1中所示的逆變器系統(tǒng)的PWM轉(zhuǎn)換器(200)的內(nèi)部，并且提供所述裝置以便例如替代控制器(230)執(zhí)行IPMSM (300)的電壓/頻率恒定控制。參見圖4，用于控制IPMSM的裝置(此后稱作“裝置”)包括:電壓/頻率(V/F)模式單元(10 )、三相參考電壓生成單元(20 )、通過測量電動機(jī)電流來控制電動機(jī)電流的電流變換單元(30)以及響應(yīng)于負(fù)載變化而補(bǔ)償電壓的電壓控制器(40)。V/F模式單元(10)根據(jù)參考頻率(fref)生成同步參考坐標(biāo)系的交軸參考電壓(VqseRef )。V/F模式單元(10)的配置和操作對本領(lǐng)域技術(shù)人員是公知的，因此將省略對其具體的解釋。在本公開中，為了使電流變換單元(30)和電壓控制器(40)響應(yīng)于IPMSM (300)中的負(fù)載變化而限制轉(zhuǎn)矩分量電流脈動，生成直軸參考電壓(VdseRef)以控制V/F模式單元(10 )的電壓幅度和直軸電壓兩者，借此能夠控制相位。后文將描述電流變換單元(30 )和電壓控制器(40)的具體配置。三相參考電壓變換單元(20)將參考電壓(VdseRef、VqseRef)變換成三相參考電壓(VasRef、VbsRef、VcsRef )，并且將變換(conversion)提供給PWM逆變器(200)的電力變換單元(210)以及提供給IPMSM (300)。通過觀測三Iqse電流來生成用于響應(yīng)于電動機(jī)中的負(fù)載變化而限制轉(zhuǎn)矩分量電流脈動的直軸參考電壓(VdeRef)，Iqse電流對應(yīng)于從使用電動機(jī)的三相電流(Iu、Iv、Iw)的電流檢測單元(220)獲得的轉(zhuǎn)矩分量電流。圖5是說明根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的圖4的電流變換單元的示意性方框圖。參見圖5，根據(jù)本公開的電流變換單元(30)包括:模擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器(31)，其將三相電流(Iu、Iv、Iw)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；第一坐標(biāo)變換器(32)，其將數(shù)字化的數(shù)據(jù)(IuMyMwO變換成靜止參考坐標(biāo)系的兩相AC電流；以及第二坐標(biāo)變換器(33)，其將兩相AC電流(Idss、Iqss)變換成同步參考坐標(biāo)系的兩相DC電流。圖1的電流檢測單元(220)檢測電動機(jī)電流(Iu、Iv、Iw)并且將電動機(jī)電流(Iu、Iv、Iw)發(fā)送到本公開的裝置。使用由A/D轉(zhuǎn)換器(31)數(shù)字地轉(zhuǎn)換后的電流(Iu’、Iv’、Iw’)，第一坐標(biāo)變換器(32)根據(jù)下文的等式I獲得靜止參考坐標(biāo)系的兩相電流(Idss、IqssX等式IIdss=Iu'
權(quán)利要求
1.一種用于控制內(nèi)置式永磁同步電動機(jī)的裝置，所述裝置包括: 第一生成單元，其配置成根據(jù)參考頻率生成同步參考坐標(biāo)系的交軸參考電壓； 電流變換器，其配置成根據(jù)所述內(nèi)置式永磁同步電動機(jī)的三相電流生成同步參考坐標(biāo)系的電流；以及 電壓控制器，其配置成響應(yīng)于負(fù)載變化而生成對電壓進(jìn)行補(bǔ)償?shù)闹陛S參考電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，進(jìn)一步包括: 第一變換單元，其配置成: 將所述交軸參考電壓和所述直軸參考電壓變換成三相參考電壓，以及 將變換后的三相參考電壓提供給所述內(nèi)置式永磁同步電動機(jī)。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，進(jìn)一步包括: 電流檢測單元，其配置成檢測輸入所述內(nèi)置式永磁同步電動機(jī)的三相電流，其中，所述電流檢測單元將檢測到的三相電流提供給所述電流變換器。
4.如權(quán)利要求1的裝置，其中，所述電流變換器包括: 第二變換單元，其配置成將所述三相電流變換成靜止參考坐標(biāo)系的兩相電流，以及第三變換單元，其配置成將靜止參考坐標(biāo)系的所述兩相電流變換成同步參考坐標(biāo)系的兩相電流。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中，所述電流變換器進(jìn)一步包括: 模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其配置成將所述內(nèi)置式永磁同步電動機(jī)的三相電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述電壓控制器通過從所述電流變換器獲得的同步參考坐標(biāo)系的電流中觀測轉(zhuǎn)矩分量電流來生成直軸參考電壓。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述電壓控制器包括: 比較器，其配置成根據(jù)從所述電流變換器接收的所述同步參考坐標(biāo)系的電流生成當(dāng)前電流與在前電流之間的誤差；以及 第二生成單元，其配置成通過將比例增益應(yīng)用到所述誤差來生成所述直軸參考電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于控制內(nèi)置式永磁同步電動機(jī)(IPMSM)的裝置，根據(jù)本發(fā)明公開的示例性實(shí)施例的裝置包括第一生成單元，其根據(jù)參考頻率生成同步參考坐標(biāo)系的交軸參考電壓；電流變換器，其根據(jù)所述IPMSM的三相電流生成同步參考坐標(biāo)系的電流；以及電壓控制器，其響應(yīng)于負(fù)載變化而生成對電壓進(jìn)行補(bǔ)償?shù)闹陛S參考電壓。
文檔編號H02P6/08GK103187910SQ20121059210
公開日2013年7月3日 申請日期2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者李敬柱 申請人:Ls產(chǎn)電株式會社