用于起動同步電動馬達(dá)的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于起動同步電動馬達(dá)的控制方法。
[0002] 本發(fā)明還涉及一種功率轉(zhuǎn)換器，包括配置成實(shí)現(xiàn)所述控制方法的控制單元。
【背景技術(shù)】
[0003] 為了起動同步電動馬達(dá)，需要知道其轉(zhuǎn)子的位置。在開環(huán)操作中，即不使用機(jī)械 (速度或位置）傳感器時，存在用于估計(jì)電動馬達(dá)轉(zhuǎn)子位置的方法。一個解決方案在于在輸 出相中注入直流，以便使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，直到它被對準(zhǔn)為止。
[0004] 文獻(xiàn)US7, 202, 618提出另一種解決方案，它包括在給定期間內(nèi)給馬達(dá)的每相發(fā)送 電壓脈沖，并確定已在電動馬達(dá)的各相中流動的電流峰值。然后，通過比較每相獲得的電 流，并基于所述電流之間的關(guān)系，可以計(jì)算出轉(zhuǎn)子的初始位置。
[0005] 然而，這些解決方案并不總是適合于所使用的整體結(jié)構(gòu)。事實(shí)上，如果變速驅(qū)動器 經(jīng)由正弦濾波器、變壓器和長電纜連接到永磁同步電動馬達(dá)上，那么已知的用于確定電動 馬達(dá)的轉(zhuǎn)子位置的解決方案將不會被可操作地適用。直流的延長注入，和因此直流電壓的 應(yīng)用，易于使變壓器飽和，從而防止任何的位置檢測。由于變速驅(qū)動器和電動馬達(dá)之間的無 源濾波元件的存在，不能完全簡單地應(yīng)用涉及電壓脈沖的第二種方案。
[0006] 因此，本發(fā)明的目的是提出一種控制方法，即使它被集成在如上所述的結(jié)構(gòu)中，即 還包括正弦濾波器、變壓器和長電纜，也允許起動同步電動馬達(dá)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 這個目的通過在功率變換器的控制單元中所使用的控制方法來實(shí)現(xiàn)，該功率變換 器與同步電動馬達(dá)的三個輸出相連接，所述控制單元被配置為實(shí)現(xiàn)用于控制所述同步電動 馬達(dá)的主控制律，所述控制方法被配置成一旦起動所述同步電動馬達(dá)就替換所述主控制 律，包括：
[0008] -根據(jù)參考電流確定施加到輸出相的電壓的第一步驟，所述參考電流具有至少高 于起動同步電動馬達(dá)所必需的第一閾值的值；
[0009] -根據(jù)定子頻率確定施加到定子的頻率的第二步驟，所述定子頻率被選擇為高于 第二給定閾值；
[0010]-在至少等于定子頻率的倒數(shù)的給定持續(xù)時間應(yīng)用第一步驟和第二步驟的步驟， 以便允許同步電動馬達(dá)的轉(zhuǎn)子以所施加的定子頻率旋轉(zhuǎn)；
[0011] --旦轉(zhuǎn)子以對應(yīng)于所述定子頻率的速度旋轉(zhuǎn)，將同步電動馬達(dá)切換到主控制律 的步驟。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的控制方法的一個特定特征，所述參考電流在第一步驟期間保持在一 個恒定值。
[0013] 根據(jù)另一個特定特征，所述控制方法包括應(yīng)用參考電流的斜坡以便將它提高到所 述恒定值的在先步驟。
[0014] 根據(jù)另一個特定特征，該定子頻率在第二步驟期間也保持在一個恒定值。
[0015] 根據(jù)另一個特定特征，該方法包括在切換到主控制律的步驟之前將參考電流減少 到低于第一閾值的步驟。
[0016] 本發(fā)明還涉及一種用于控制同步電動馬達(dá)的系統(tǒng)，其包括具有可被執(zhí)行以便控制 所述同步電動馬達(dá)的主控制律和一旦同步電動馬達(dá)起動后替換所述主控制律的起動時序 的控制單元，所述控制單元包括：
[0017] -根據(jù)參考電流確定施加到輸出相的電壓的第一模塊，所述參考電流具有至少高 于起動同步電動馬達(dá)所必需的第一閾值的值；
[0018] -根據(jù)定子頻率確定施加到定子的頻率的第二模塊，所述定子頻率被選擇為高于 第二給定閾值，在至少等于定子頻率的倒數(shù)的給定持續(xù)時間執(zhí)行第一模塊和第二模塊，以 便允許同步電動馬達(dá)的轉(zhuǎn)子以所施加的定子頻率旋轉(zhuǎn)；
[0019] --旦轉(zhuǎn)子以對應(yīng)于所述定子頻率的速度旋轉(zhuǎn)，將同步電動馬達(dá)切換到主控制律 的模塊。
[0020] 有利的是，所述控制系統(tǒng)具有通過三個輸出相連接到所述同步電動馬達(dá)并由所述 控制單元控制的功率變換器。
[0021] 有利的是，所述功率變換器經(jīng)由正弦濾波器和變壓器連接到所述同步電動馬達(dá)。
【附圖說明】
[0022] 從參考附圖提供的下面的詳細(xì)描述中，其他特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚，其中：
[0023] 圖1示出了一種結(jié)構(gòu)的示例，根據(jù)本發(fā)明的控制方法在該結(jié)構(gòu)中可以被更具體地 應(yīng)用；
[0024] 圖2以示意的方式示出了根據(jù)本發(fā)明的用于起動同步電動馬達(dá)的控制方法的圖；
[0025] 圖3A和圖3B示出了表示根據(jù)本發(fā)明的起動時序的電流和頻率曲線；
[0026] 圖4A和圖4B示出了圖3A和圖3B所示的時序的實(shí)施例的變形。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 所述控制方法是在控制單元UC中實(shí)現(xiàn)的，并且被配置成允許同步類型的電動馬 達(dá)的起動。有利的是，電動馬達(dá)M是三相永磁體同步類型的。
[0028] 有利的是，控制單元UC可布置在變速驅(qū)動類型D的功率變換器內(nèi)。
[0029] 這種方法特別適于當(dāng)永磁同步電動馬達(dá)M經(jīng)由正弦濾波器SF、變壓器TR和長電纜 C，例如長電纜C具有超過兩公里的長度，連接到變速驅(qū)動器D時，控制永磁同步電動馬達(dá)M 的起動。這種結(jié)構(gòu)如圖1所示。在下面的描述中，根據(jù)本發(fā)明的方法將與這種結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)描 述。然而，應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本發(fā)明的方法也可以實(shí)現(xiàn)為用于不同的結(jié)構(gòu)。
[0030] 參考圖1，變速驅(qū)動器D由通過三個輸入相R、S和T連接到供電網(wǎng)絡(luò)N的上游。在 已知的方式中，變速驅(qū)動器D具有由整流器構(gòu)成的輸入級，例如該整流器為二極管橋型，被 配置為對網(wǎng)絡(luò)N提供的交流電壓進(jìn)行整流。變速驅(qū)動器D也具有連接到所述整流器并且包 括通過一個或多個總線電容器連接在一起的兩個電源線的連續(xù)電源總線。該變速驅(qū)動器還 具有由逆變器構(gòu)成的輸出級，逆變器接收由連續(xù)電源總線提供的直流電壓，并被控制成向 同步電動馬達(dá)M輸出可變電壓。在圖1所示的結(jié)構(gòu)中，變速驅(qū)動器D在其輸出端通過三個 輸出相U、V、W與正弦濾波器SF連接。在已知的方式中，正弦濾波器是一個低通濾波器，它 允許各相之間供給的電動馬達(dá)電壓是正弦的。正弦過濾器SF其部分連接到具有將低電壓 變成高電壓功能的變壓器TR。該變壓器TR然后經(jīng)由長電纜連接到同步電動馬達(dá)M。當(dāng)電 纜具有大于兩公里的長度時，根據(jù)本發(fā)明的控制方法將是特別有效的。在圖1中，一個附加 的導(dǎo)線被用于接地。
[0031] 在已知的方式中，變速驅(qū)動器D的控制單元UC使用主控制律L，以控制逆變器并確 定運(yùn)行電動馬達(dá)M所必需的輸出電壓（圖1中的方框BI)。通常，該主控制律L在其輸入端 具有參考速度（或頻率）coref，基于該參考速度確定參考轉(zhuǎn)矩電流（未示出）。它還在其 輸入端接收參考磁通電流Idref?；谠搮⒖嫁D(zhuǎn)矩電流與參考磁通電流和磁通電流Id和轉(zhuǎn) 矩電流Iq的測量值或估計(jì)值，確定參考電壓Vdref、Vqref，基于參考電壓Vdref、Vqref，確 定施加到每個輸出相的單個電壓VI、V2、V3 (方框M)。
[0032] 當(dāng)同步電動馬達(dá)M起動時，變速驅(qū)動器D的控制單元UC并不知道轉(zhuǎn)子的位置，防 止執(zhí)行主控制律L。當(dāng)同步電動馬達(dá)M起動時，必須實(shí)施特定時序以確保轉(zhuǎn)子的位置是已知 的。采用根據(jù)本發(fā)明的控制方法，可以建立馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)起動時序ST(圖2)。為了起動同步 電動馬達(dá)，根據(jù)本發(fā)明的控制方法因而取代主控制律L。
[0033] 參考圖2,根據(jù)本發(fā)明的控制方法在控制單元中執(zhí)行，用于起動同步電動馬達(dá)，包 括下面所述的主要步驟。
[0034] 在第一步驟中，控制方法包括確定并施加參考電流Iref (方框10)。該參考電流 Iref選擇為比第一參考值高的值，該第一參考值對應(yīng)于使同步電動馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的最小電流， 即對應(yīng)于最小負(fù)載電流。圖3A示出了施加到輸入端的參考電流Iref的進(jìn)程。在所述圖3A 中可以看出，有一個升到值Vl的上升電流斜坡，值Vl選擇為高于所述第一閾值（SI)。參考 電流Iref然后保持在值Vl (S2)。優(yōu)選地，如圖3A所示，達(dá)到的值Vl被選擇為恒定的并且 電流在整個起動時序ST期間保持在這個值。電流和頻率值的選擇由下面提供的推理說明。
[0035] 所述的研究并沒有考慮到正弦濾波器，但也可以毫無困難地擴(kuò)展到包括它。
[0036] 讓我們考慮系統(tǒng)的不同部分。一個相的變壓器的簡化方程為：
[0040] 其中，化和i i是變壓器初級繞組的電壓和電流，1!2和i 2是變壓器次級繞組的電壓 和電流，叫和112分別是變壓器初級繞組和次級繞組的匝數(shù)，P是磁通量，而9?是變壓器的磁 阻。
[0041] 考慮一個完美的變壓器（0 )，變壓器都存在以下基本條件：
[0043] 在現(xiàn)實(shí)中，磁阻不為零，變壓器磁通的飽和必須加以考慮?？紤]這種飽和的方式是 具有取決于等效線性磁通量的可變磁阻％(供）。m