在六步模式中用于控制電機的方法和設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開總體涉及控制交流（AC)電動機/發(fā)電機，并且更特別地涉及用于控制AC 電動機/發(fā)電機的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] AC電動機/發(fā)電機，比如三相永磁同步電動機（電機），的控制通過使用三相脈沖 寬度調(diào)制（PWM)的逆變器來完成。PWM逆變器能夠在幾個不同運行模式中被控制，包括例如 空間矢量PffM(SVPffM)模式和六步模式。逆變器在其基本頻率輸出的電壓的大小僅在逆變 器以六步模式運行時達到最大。由于這種電壓大小特征，在電壓大小是轉(zhuǎn)矩性能的主要限 制因素的磁場削弱區(qū)域，在六步模式中的運行相比于在已知的SVPffM中運行或在不連續(xù)的 空間矢量PffM(DPffM)中的運行能夠增加電機的轉(zhuǎn)矩性能。然而，電壓大小在六步模式中是 不能夠被控制的。此外，以六步模式運行的逆變器的頻率同步控制的已知的方法需要更新 并且潛在地改變控制器的采樣頻率每個樣本周期以最小化次諧波，次諧波能夠是控制器在 計算上的負擔。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] -種逆變器（inverter)，其操作性地電連接到多相電機，并且控制逆變器的方 法包括執(zhí)行六步模式以控制逆變器并且監(jiān)測在預(yù)設(shè)樣本頻率的電機的電壓相角。當電 壓相角接近與六步模式中的逆變器的多個開關(guān)中的一個的控制相關(guān)的階梯躍變（step transition)時，基于開關(guān)中的一個的當前的狀態(tài)，開關(guān)中的一個的中間工作命令被確定并 且載波信號被對齊。開關(guān)中的一個通過使用中間工作命令和對齊的載波而被控制。
[0004] 本文公開了一種用于控制逆變器的方法，所述逆變器操作性地電連接到多相AC 電機，所述方法包括：執(zhí)行六步模式以控制所述逆變器；以預(yù)設(shè)采樣頻率監(jiān)測電機的電壓 角；以及當所述電壓角接近與在所述六步模式中控制逆變器的多個開關(guān)中的一個相關(guān)聯(lián)的 階梯躍變時：生成用于所述開關(guān)中的一個的中間任務(wù)命令；基于所述開關(guān)的一個的當前控 制狀態(tài)而對齊載波信號；以及采用所述中間任務(wù)命令和對齊的載波信號來控制所述開關(guān)中 的一個。
[0005] 優(yōu)選地，其中生成用于所述開關(guān)中的一個的中間任務(wù)命令包括：確定在單個開關(guān) 周期過程中的矢量角增量；確定與所述電機的電壓角相關(guān)聯(lián)的矢量角；以及基于在單個開 關(guān)周期過程中的所述矢量角增量以及所述矢量角而確定所述開關(guān)中的一個的中間任務(wù)命 令。
[0006] 優(yōu)選地，其中基于所述開關(guān)中的一個的當前控制狀態(tài)對齊載波包括在用于命令所 述逆變器的相關(guān)聯(lián)的開關(guān)的PWM波形轉(zhuǎn)變成OFF狀態(tài)之前選擇響應(yīng)于所述中間任務(wù)命令的 左對齊的載波波形。
[0007] 優(yōu)選地，其中基于所述開關(guān)中的一個的當前控制狀態(tài)對齊載波包括在用于命令所 述逆變器的相關(guān)聯(lián)的開關(guān)的PWM波形轉(zhuǎn)變成ON狀態(tài)之前選擇響應(yīng)于所述中間任務(wù)命令的 右對齊的載波波形。
[0008] 優(yōu)選地，還包括當所述電壓角不接近與在所述六步模式中控制逆變器的多個開關(guān) 中的一個相關(guān)聯(lián)的階梯躍變時，選擇中心對齊的載波波形。
[0009] 優(yōu)選地，其中采用所述中間任務(wù)命令和對齊的載波信號控制所述開關(guān)中的一個包 括采用所述中間任務(wù)命令和對齊的載波信號而控制所述開關(guān)中的一個，從而將所述六步模 式的執(zhí)行與所述電機的旋轉(zhuǎn)同步。
[0010] 本文還公開了一種用于控制電壓源逆變器的方法，所述電壓源逆變器包括操作性 地電連接到永磁同步多相AC電機的相的多個臂，所述方法包括：執(zhí)行六步模式以響應(yīng)轉(zhuǎn)矩 命令來控制所述逆變器；以預(yù)設(shè)采樣頻率監(jiān)測所述電機的旋轉(zhuǎn)角；以及當所述電壓角接近 與在所述六步模式中控制逆變器的臂中的一個相關(guān)聯(lián)的階梯躍變時：生成用于所述臂中的 一個的中間任務(wù)命令；基于所述臂中的一個的當前控制狀態(tài)而對齊載波信號；以及采用所 述中間任務(wù)命令和對齊的載波信號而控制所述臂中的一個。
[0011] 優(yōu)選地，其中生成用于所述開關(guān)中的一個的中間任務(wù)命令包括：確定在單個開關(guān) 周期過程中的矢量角增量；確定與所述電機的電壓角相關(guān)聯(lián)的矢量角；以及基于在單個開 關(guān)周期過程中的所述矢量角增量和所述矢量角確定所述中間任務(wù)命令。
[0012] 優(yōu)選地，其中基于所述開關(guān)中的一個的當前控制狀態(tài)對齊載波包括在用于命令與 所述逆變器的相關(guān)聯(lián)的臂的PWM波形轉(zhuǎn)變成為0的控制狀態(tài)之前選擇響應(yīng)于所述中間任務(wù) 命令的左對齊載波波形。
[0013] 優(yōu)選地，其中基于所述開關(guān)中的一個的當前控制狀態(tài)對齊載波包括在用于命令與 所述逆變器的相關(guān)聯(lián)的臂的PWM波形轉(zhuǎn)變成為1的控制狀態(tài)之前選擇響應(yīng)于所述中間任務(wù) 命令的右對齊載波波形。
[0014] 優(yōu)選地，所述方法還包括當所述電壓相角沒有接近與控制與在所述六步模式中的 逆變器的支路中的一個相關(guān)的階梯躍變時選擇中心對齊的載波波形。
[0015] 優(yōu)選地，其中利用所述中間工作命令和所述對齊的載波信號控制所述支路中的一 個包括利用所述中間工作命令和所述對齊的載波信號以同步所述六步模式的執(zhí)行和所述 電機的旋轉(zhuǎn)以控制所述支路中的一個。
[0016] 當結(jié)合附圖和所附的權(quán)利要求時，本發(fā)明的上述特征和優(yōu)勢，以及其他特征和優(yōu) 勢從下面對用于實現(xiàn)如在所附的權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的其他實施例和最佳模式的詳 細描述中變得顯見。
【附圖說明】
[0017] 現(xiàn)在將通過示例的方式參見附圖描述一個或多個實施例，其中：
[0018] 圖1示例性地圖示了控制器，其包括電流調(diào)節(jié)器和用于控制電連接到根據(jù)本公開 處于六步模式中的多相AC電動機/發(fā)電機（電機）的逆變器的六步通量控制器；
[0019] 圖2圖示了根據(jù)本公開，當在六步模式中運行時，逆變器關(guān)于電壓角（度）的實施 例的第一、第二和第三臂的開關(guān)狀態(tài)；
[0020] 圖3圖示了多個命令和數(shù)據(jù)信號，其與逆變器的一個相在電機的電動旋轉(zhuǎn)的單個 循環(huán)的一部分上的運行相關(guān)并且根據(jù)本公開包括與行為第二載波信號、中間任務(wù)命令和對 齊的PWM波形的中間控制方案的執(zhí)行相關(guān)的運行；
[0021] 圖4根據(jù)本公開圖示了用于分析包括確定中間任務(wù)命令的運行扇區(qū)的三相逆變 器的運行的靜止正交（靜止dq或α β )參照系；以及
[0022] 圖5根據(jù)本公開示意性地示出了逆變器控制例行程序，其用于在六步模式中頻率 同步地控制逆變器以同步六步模式的執(zhí)行和電壓命令的基本頻率。
【具體實施方式】
[0023] 現(xiàn)參照附圖，其中的表示僅用于圖示某些示例性實施例并且不用于限制這些示例 性實施例。圖1示例性地圖示了電壓源逆變器（VSI)控制器105,其用于根據(jù)本公開控制電 操作性地連接到多相AC電動機/發(fā)電機（電機）140的多相PffM逆變器電路（逆變器）100。 電機140優(yōu)選地為永磁同步裝置，其包括以星形構(gòu)造布置的定子和轉(zhuǎn)子，雖然本文所描述 的概念并非如此具有限制性。電機140的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置和速度由旋轉(zhuǎn)位置傳感器141監(jiān) 測，所述旋轉(zhuǎn)位置傳感器能夠為任何適合的裝置，例如求解儀或霍爾效應(yīng)傳感器。
[0024] 逆變器100經(jīng)由正高壓DC電源總線（HV+) 102和負高壓DC電源總線（HV-) 104電 連接至高壓DC電源。高壓DC電源能夠包括高壓電能存儲裝置，例如高壓電池或電容器，高 壓電源發(fā)電機或另一相關(guān)的裝置或系統(tǒng)。逆變器100包括在HV+102和HV-104之間串聯(lián)電 連接的多個開關(guān)對112和114、122和124、以及132和134。每個所述開關(guān)對對應(yīng)電機140 的相，其中每個第一開關(guān)在節(jié)點串聯(lián)連接對應(yīng)的第二開關(guān)。具體地，開關(guān)對112和114在節(jié) 點116串聯(lián)連接以形成逆變器100的第一臂，開關(guān)對122和124在節(jié)點126串聯(lián)連接以形 成逆變器100的第二臂并且開關(guān)對132和134在節(jié)點136串聯(lián)連接以形成逆變器100的第 三臂。節(jié)點116、126和136電連接到電機140的名義第一、第二和第三相以將電力傳遞到 該處。第一柵極驅(qū)動電路106控制第一、上側(cè)開關(guān)112、122和132的生效和失效，并且第二 柵極驅(qū)動電路108控制第二、下側(cè)開關(guān)114、124和134的生效和失效。第一和第二柵極驅(qū) 動電路106、108包括任何適合的電子裝置，這些裝置能夠使開關(guān)112和114、122和124以 及132和134生效或失效以引起HV+102和HV-104中的一個以及電機140的一個相之間的 電力傳遞以響應(yīng)控制器105發(fā)出的控制信號?？刂破?05產(chǎn)生控制信號，它們被傳至第一 和第二柵極驅(qū)動電路106、108以使開關(guān)112和114、122和124以及132和134生效或失效 以響應(yīng)逆變器開關(guān)控制模式，這些模式包括空間矢量PWM(SVPffM)模式以及六步模式、或另 一適合的控制模式。逆變器100包括其他電氣部件，它們包括電容器（例如DC總線電容器 142)、電阻器（例如總線電阻器144)以及其他電路部件以實現(xiàn)抑制點噪聲、平衡負荷等功 能。
[0025] 第一開關(guān)112、122和132以及第二開關(guān)114、1