專利名稱：用于驅(qū)動包括集成調(diào)節(jié)器的電動機的逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動機的驅(qū)動。更具體地，本發(fā)明涉及特別用于車輛牽引的電動機的驅(qū)動。
背景技術(shù)：
已知這種電動機在定子上包括能夠產(chǎn)生定子磁通量的磁路和電導(dǎo)線繞組。在同步電動機的情況下，在轉(zhuǎn)子上，電動機包括永磁鐵和產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁通量的磁路。在異步電動機的情況下，電動機包括鼠籠形轉(zhuǎn)子。在磁阻電動機(reluctant motor)的情況下，電動機包括磁阻轉(zhuǎn)子。在電動車輛的許多應(yīng)用中，使用同步電動機。這種電動機配備有給出轉(zhuǎn)子相對于定子位置的“旋轉(zhuǎn)變壓器”。這種電動機總是與逆變器關(guān)聯(lián)以便驅(qū)動它。本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的是，在實踐中，電動機是可反轉(zhuǎn)的機器，換句話說電動機也作為交流電發(fā)生器操作。這就是為什么電動機也一般稱為電機的原因。當(dāng)下文提及電動機時，是出于語言簡便的原因；應(yīng)理解在本發(fā)明的上下文中，電機通常被包括在內(nèi)，并且其作為電動機或交流電發(fā)生器兩者操作。在很多應(yīng)用中，尤其在電動機車輛中，電能源是諸如電池(battery)或燃料電池(fuel cell)等直流電源。在該情況下，驅(qū)動電動機的逆變器包括將DC信號變換為具有適于電動機的操作設(shè)定值的振幅和頻率的AC信號的逆變器。與電動機關(guān)聯(lián)的三相逆變器的作用是在從DC電源的電動機軸輸出處產(chǎn)生期望的機械扭矩。在現(xiàn)有技術(shù)的例證中，可以引用描述了用于配備有內(nèi)燃機和電動機的混合電動機車輛的電力牽引鏈的專利申請US2003/0088343，該電動機提供對車輛的電動機驅(qū)動的幫助。電動機本身由電池供電。至于電動機的驅(qū)動，該文獻描述了基于根據(jù)電池限制功率的扭矩限制的原理。其涉及最大放電功率。還描述了用于控制放電功率的電池電流傳感器和用于根據(jù)作為溫度函數(shù)的功率的預(yù)建映射(map)而確定電池限制功率的電池溫度傳感器的使用，但是該布置不允許非常動態(tài)的調(diào)節(jié)功能。在純電力牽引車輛的領(lǐng)域中，可以引用描述了用于電池供電的電動車輛的控制器 的專利US5600125。該專利提出根據(jù)電池電壓對電動機的扭矩進行調(diào)節(jié)。然而，該原理不允許在諸如鋰離子電池等特定類型電池情況下對電流進行很好的控制，例如鋰離子電池的使用趨于增加。鋰離子電池的電壓實際上取決于很多因素(溫度、電荷狀態(tài)、老化)，并且以該方式正確調(diào)節(jié)放電電流是非常有問題的。而且，在該文獻的說明書中，電池的限制電壓是預(yù)定的固定值，而不是根據(jù)電荷狀態(tài)、溫度等的趨勢而更新的，因此是相當(dāng)粗略的調(diào)節(jié)。在要求高功率值的大多數(shù)應(yīng)用中，使用三相機器。操作原理如下電動機的定子磁場(由繞組中的電流產(chǎn)生)與轉(zhuǎn)子磁場之間的相互作用產(chǎn)生機械扭矩。根據(jù)電源的DC電壓，逆變器借助三個功率晶體管分支產(chǎn)生相對于轉(zhuǎn)子磁場的適當(dāng)振幅、適當(dāng)頻率和適當(dāng)相位的三相電流系統(tǒng)，以便對電動機的三相供電。為了控制電流的振幅，逆變器具有提供關(guān)于電動機的每個相位的電流信息的電流傳感器。為了控制電流的頻率和相位，逆變器接收來自旋轉(zhuǎn)變壓器的信號，該旋轉(zhuǎn)變壓器測量轉(zhuǎn)子相對于定子的位置。
通用控制器配備有電動機的建模模塊(modelIing),該電動機的建模模塊提供對待產(chǎn)生的相位電流的準(zhǔn)確認識以便獲得期望的電動機扭矩。逆變器根據(jù)電動機的建模模塊確定電動機相位電流的設(shè)定值并且通過使用其調(diào)節(jié)器而產(chǎn)生電動機相位電流的設(shè)定值。逆變器因此不伺服控制扭矩，而是伺服控制電動機的電流。由于逆變器與電動機的不同操作條件(電動機的溫度、逆變器的溫度、電纜的長度)和其制造的多樣化，對于給定的電動機電流，電動機、逆變器和電纜的損耗可能發(fā)生變化。因此，不同情況下的功率和由此在電源上吸收的電流可能不同。因此，有必要對選擇為參考的逆變器-電動機系統(tǒng)的損耗進行建模，其中在給定溫度下進行建模。溫度通常選擇為相當(dāng)高，以便高估電動機的損耗，所述電動機的損耗是所有損耗中最依賴于溫度的那些損耗。這樣，對于給定的扭矩設(shè)定值，待從電流源獲取的電流被高估，以確保電流不超過可以由電流源接受的電流?？梢栽趯＠暾圗P1410942中找到基于建模的調(diào)節(jié)的另一示例。該專利申請也描述了用于電池供電的電動車輛的控制器。具體地，其描述了對經(jīng)由電動機驅(qū)動裝置的電源 電流的消耗的限制，所述限制基于電動機的建模模塊，也就是說，基于根據(jù)不同參數(shù)的電動機的映射的建立。該方法不是最佳的，這是因為很難執(zhí)行足以表示在全部使用情況下的全部元素的建模。在實踐中，建模產(chǎn)生在試驗臺上而不是在車輛上，或者，即使在車輛上執(zhí)行建模，但是不是將其全部使用情況都包括在內(nèi)，更不用說在建模中考慮部件的老化。該方法(建模)的結(jié)果因此是在實際損耗低于估計損耗(例如低溫)的情況下，不使用電源的全功率，并且其未考慮老化并因此未考慮逆變器或電動機的效率損失。因此，不能在所有情況下確保最大性能水平。本發(fā)明的目的是免除對損耗進行建模的需要并且提出一種用于提供對電動機的更好驅(qū)動的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種用于驅(qū)動電動機的逆變器，所述電動機包括轉(zhuǎn)子和具有至少兩相的定子，所述逆變器包括 兩個端子，所述兩個端子用于連接到與直流電能源和DC電壓關(guān)聯(lián)的DC總線， 交流電發(fā)生器，所述交流電發(fā)生器將電流傳送到端子模塊，所述端子模塊要被連接到所述電動機的所述相， 供電線路，所述供電線路在連接端子與發(fā)生器之間， 供電電流測量線路，所述供電線路上的電流的測量值在所述供電電流測量線路上傳輸， 至少一根電動機電流測量線路，所述電動機的特定供電相上的交流電的測量值在所述至少一根電動機電流測量線路上傳輸，以便了解每個相中傳輸?shù)慕涣麟姡?輸入端，所述輸入端接收信息，所述信息包括所述供電線路上傳輸?shù)碾娏鞯闹辽僖粋€“電源的限制電流”值和扭矩要求設(shè)定值(Ccons )， 控制器，所述控制器接收所述供電線路上的電流的測量值、所述電動機的相電流的測量值、所述電源的限制電流(Idc max和Idc min)、扭矩要求設(shè)定值(C CAN)，所述控制器用于通過將流過所述供電線路的電流保持為與所述電源的限制兼容的值，而根據(jù)所述扭矩要求設(shè)定值來驅(qū)動所述電動機的相電流。在特別令人感興趣的當(dāng)本發(fā)明應(yīng)用到車輛牽引電動機的驅(qū)動時的實施方式中，“電源的限制電流”包括對應(yīng)于當(dāng)電動機以牽引模式操作時從電能源獲取的電流的最大電流設(shè)定值(正號)和對應(yīng)于當(dāng)電動機以再生制動模式操作時的在直流總線上返回的電流(通常用于對電能源進行充電)的最小電流設(shè)定值(負號)。


說明書的其余部分提供了通過附圖對本發(fā)明的全部方面的很好的理解，其中-圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的逆變器；
-圖2是表示本發(fā)明的逆變器的特定處理的框圖；-圖3是本發(fā)明的逆變器的附加裝置的框圖。
具體實施例方式圖I示出逆變器I、三相電動機6、形成DC電能源的電池8和在其上傳輸由逆變器I使用的信息的CAN 總線7。該三相電動機包括具有至少三相U、V、W的定子以及轉(zhuǎn)子。逆變器I具有用于連接到與直流電和DC電壓電能源關(guān)聯(lián)的直流總線(DC總線)的兩個端子2和10。該逆變器I包括將電流傳送到端子模塊4的交流電發(fā)生器3，所述端子模塊4用于連接到所述電動機6的相U、V和W。逆變器I在端子2與電流發(fā)生器3之間包括供電線路20。逆變器I包括控制器5和驅(qū)動級9，所述驅(qū)動級9從控制器5接收驅(qū)動命令并且處理對電流發(fā)生器3的功率晶體管的驅(qū)動。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，為了允許以優(yōu)秀的性能水平進行驅(qū)動，電動機6的轉(zhuǎn)子是同步電動機并且與旋轉(zhuǎn)變壓器60關(guān)聯(lián)，該旋轉(zhuǎn)變壓器60給出轉(zhuǎn)子與定子之間的相對位置。逆變器I則包括輸入端51，該輸入端51接收由所述旋轉(zhuǎn)變壓器傳送的信號。然而，該布置不是限制性的；本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道存在可以使用的基于相電流和電壓測量以估計轉(zhuǎn)子相對于定子的位置的算法。如在該專利申請的引言部分中所見地，本發(fā)明的主要特征之一是存在這樣一種控制器，該控制器使根據(jù)扭矩要求設(shè)定值來驅(qū)動電動機的相電流并且將流過供電線路的電流保持為與電源的限制兼容的值成為可能。為此，在該文獻中描述的非限制性實施方式中，逆變器包括在其上傳輸供電線路20上的電壓測量值的另一根供電電壓測量線路220，并且控制器5還接收供電線路20上的電壓測量值。實際上，在控制器中執(zhí)行調(diào)節(jié)法則是有利的，該調(diào)節(jié)法則通過其參數(shù)來使用供電電壓。控制器5也接收來自旋轉(zhuǎn)變壓器60的信號。根據(jù)該信息，控制器5確定用于電動機的驅(qū)動扭矩(Cpil)以驅(qū)動電動機的相電流，使得只要供電線路20上的電流保持遠離電源的限制電流，所述驅(qū)動扭矩(Cpil)就與扭矩要求設(shè)定值(Ccons)相同，并且當(dāng)供電線路20上的電流達到電源的限制電流時，相對于扭矩要求設(shè)定值(Ccons)減小所述驅(qū)動扭矩(Cpil)，以便不超過供電線路20上的電源的限制電流。非常有利地，許多傳感器直接包含在根據(jù)本發(fā)明的逆變器中。然而，應(yīng)該理解對于本發(fā)明至關(guān)重要的不是包含傳感器本身，而是如下事實傳感器傳送的信號直接用作由逆變器執(zhí)行的調(diào)節(jié)的參數(shù)。也就是說，逆變器在供電線路上包含電流傳感器21，所述電流傳感器21將其測量值傳送到所述供電電流測量線路210上。逆變器也包含供電線路的電壓傳感器22，所述電壓傳感器22將其測量值傳送到所述供電電壓測量線路(220)上。逆變器還包含交流電傳感器，更具體地包含兩個交流電傳感器41、42，所述兩個交流電傳感器41、42安裝在對所述同步電動機6供電 的特定相(即相U和W)上，相V上的電流是相U和相W的電流的和。這些交流電對同步電動機6進行供電。所述交流電傳感器41、42將它們的測量值傳送到所述至少一根電動機電流測量線路中的兩根(410、420)上。逆變器I包括供電線路20上的電流傳感器21，和電壓傳感器22。逆變器I還包括輸入端52，該輸入端52接收在CAN 總線7上傳輸?shù)男畔?。該信息包括對?yīng)于當(dāng)電動機以牽引模式操作時從電能源獲取的電流的電源的限制電流設(shè)定值Idc max (正符號的設(shè)定值)和對應(yīng)于當(dāng)電動機以再生制動模式操作時返回到電能源的電流的電源的最小電流設(shè)定值Idc min (負符號的設(shè)定值)。后者是電源可以接收的最強烈的充電電流。應(yīng)該強調(diào)電流設(shè)定值本身是根據(jù)車輛狀態(tài)而永久性計算的。當(dāng)返回到電源的電流僅可以由所述電源吸收時，充電電流的限制值取決于電源的電荷狀態(tài)及其技術(shù)。例如，鉛電池僅接受低充電電流，然而一組超級電容器接受與放電電流相同的高充電電流。鋰聚合物電池或鋰離子電池接受低于放電電流的相當(dāng)高的充電電流?？傊?，“電源的限制電流”的值的確定取決于所使用的電蓄能器技術(shù)、蓄能器的電荷狀態(tài)和車輛情況，這些都在本發(fā)明的范圍之外。所述值構(gòu)成本發(fā)明可以精明地利用的輸入數(shù)據(jù)。逆變器I包括控制器5，該控制器5接收來自供電線路2上的電壓傳感器22的信號、來自供電線路2上的電流傳感器21的信號、來自旋轉(zhuǎn)變壓器60的信號，所述信號涉及借助傳感器41和42的同步電動機的每個相的電流、電池8的限制電流Idc max和Idc min,必要時扭矩要求設(shè)定值CCAN也在CAN 總線7上傳輸。圖2示出控制器5，該控制器5包括作用于扭矩設(shè)定值Cpil的總線電流調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器包括接收最大電流設(shè)定值Idc max的處理分支BI、接收最小電流設(shè)定值Idc min的處理分支B2和用于根據(jù)電流的符號在一根線路或另一根線路之間切換的測試模塊T。電流傳感器21 (參見圖I)測量在供電線路20上流過的電流，該電流傳感器21將電流的測量值Idc傳送至測試模塊T，該測試模塊T則根據(jù)電流的符號，將測量值Idc發(fā)送到分支BI之上(在值是正的，也就是說電動機6以牽引模式操作時)，或?qū)y量值Idc發(fā)送到分支B2之上(在值是負的，也就是說電動機6以再生制動模式操作時)。還由電動機6的相U上的傳感器41和電動機6的相W上的傳感器42獲取電動機6的三相中的兩相的電流的測量值。這些電流值被傳送至計算相V上的電流的控制器。此外，控制器將扭矩要求設(shè)定值C CAN變換為用于電動機6的驅(qū)動扭矩設(shè)定值Cpil (這將在之后解釋)，并且然后以常規(guī)方式和本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方式將該驅(qū)動扭矩Cpil變換為電動機相電流值。返回到圖2并且首先考慮分支BI，該分支對應(yīng)于其中逆變器消耗來自電源的電流的電動機模式操作。假設(shè)扭矩設(shè)定值Ccons與在CAN 總線上傳輸?shù)呐ぞ匾笤O(shè)定值CCAN相同。當(dāng)向前移動時，驅(qū)動扭矩設(shè)定值Ccons為正(CconsX))，或者當(dāng)車輛駕駛員已經(jīng)選擇后退時，驅(qū)動扭矩設(shè)定值Ccons為負(Ccons〈0)。順便來說,要注意,旋轉(zhuǎn)變壓器60將向控制器5表明車輛速度并因此利用其符號表明車輛移動方向的信息項傳送至控制器5。然后，通過比較(一方面)期望的扭矩C CAN的符號和(另一方面)車輛速度的符號，控制器5可以確定其以牽引模式還是制動模式操作。加法器91 一方面接收電源的限制電流設(shè)定值Idc max,另一方面接收電流測量值Idc，并且傳送相對于電源的限制電流值的電流差。所述差由“比例積分”調(diào)節(jié)器92和振幅限制器93處理，該振幅限制器93將比例積分調(diào)節(jié)器92之后的結(jié)果限制為值“負的設(shè)定值扭矩Ccons的絕對值”?？赡苡烧穹拗破?3限制的結(jié)果隨后通過“扭矩符號”模塊94，“扭矩符號”模塊94根據(jù)由車輛駕駛員期望的初始扭矩設(shè)定值為趨于增加車輛位移前向運動的扭矩(正符號)還是趨于增加車輛后退位移的扭矩(后退運動，負符號)，而保持結(jié)果的符號或者改變結(jié)果的符號，以便獲得結(jié)果Ct。結(jié)果Ct進入加法器95，該加法器95還接收扭矩設(shè)定值Ccons并且發(fā)送驅(qū)動扭矩設(shè)定值Cpil以驅(qū)動電動機6的扭矩。因此，如果處于牽引模式(正設(shè)定值扭矩，假設(shè)為接近用于推理的最大扭矩，分支BI)，如果電流Idc max是100A，并且如果測量電流是超過限制的105A，則加法器91傳送負 值-5A，其振幅與過沖量成比例，變換為具有與過沖量成比例的值并且具有由比例積分調(diào)節(jié)器92提供的“負”符號的差扭矩。然后，差扭矩的符號由“扭矩符號”模塊94變換，這是因為電動機處于牽引模式。加法器95之后，從設(shè)定值扭矩Ccons減去差扭矩Ct以給出電動機驅(qū)動扭矩Cpil，該電動機驅(qū)動扭矩Cpil被減小，以考慮超過電源可以接受的電流的過沖量。在比例積分調(diào)節(jié)器92的輸出為零值的全部情況下，振幅限制器93的輸出為零值，“扭矩符號”模塊94的輸出為零值，并且驅(qū)動扭矩Cpil保持與扭矩設(shè)定值Ccons相同。如果當(dāng)扭矩設(shè)定值為負時(車輛后退并處于電動機操作模式)，電流Idc為正，則調(diào)節(jié)器增大(也就是說使其趨于零)設(shè)定值以減少電源上的消耗。分支B2對應(yīng)于其中逆變器將電流注入到電源的再生制動模式下的操作。扭矩設(shè)定值Ccons在后退操作中為正(Ccons>0),或者扭矩設(shè)定值Ccons在前進操作中為負(Ccons<0)o操作原理相同。在前進操作中，扭矩設(shè)定值Ccons小于零；比例積分調(diào)節(jié)器92B的輸出此時為正；當(dāng)扭矩設(shè)定值為負時，“扭矩符號”模塊94B此時使符號相反。在附圖中的所有情況下，機制相對于(原始)扭矩設(shè)定值趨于減小(作為絕對值)稱為驅(qū)動扭矩的合成扭矩設(shè)定值。對于給定電動機電流而在電源上消耗的功率根據(jù)很多參數(shù)而變化。即使可以就每個參數(shù)(溫度、長度和電纜類型、老化)對損耗的影響建模，至少必須針對每個電動機和每個電子系統(tǒng)重復(fù)該工作。而且，全部這些建模模塊都必須嵌入到中央處理單元中，該中央處理單元必須實時地計算扭矩設(shè)定值(其要求逆變器不產(chǎn)生損耗)，并且因此實時地計算功率和最終實時地計算對后者不可接受的電源上消耗的電流。當(dāng)逆變器-電動機系統(tǒng)是電流消耗者時是這種情況，但是當(dāng)該系統(tǒng)為發(fā)生器時也是這種情況。在該第二種情況下，檢查注入到電源的電流是可接受的也是至關(guān)重要的。不同于以上描述的方法，本發(fā)明使如下情況成為可能在任何時候，在不必恢復(fù)以對可以引起所述損耗變化的部件偏移的自適應(yīng)的方式進行校準(zhǔn)的情況下，獨立于驅(qū)動電動機和逆變器本身中的損耗水平，總是能夠從電源獲取可接受的最大電流，或者將直流電源允許的最大充電電流注入到直流電源，而不損壞所述直流電源。因此，將逆變器-電動機系統(tǒng)，也就是說例如安裝在車輛上的電力牽引系統(tǒng)的總功率最優(yōu)化，而不必在按尺寸加工中采用過大的安全系數(shù)(在給定等量功率的情況下過大的安全系數(shù)對系統(tǒng)重量是不利的)，或者在給定相等的安全系數(shù)的情況下，同時減小了損壞的風(fēng)險。
現(xiàn)在已經(jīng)增加了總線電流的測量值這一事實使在逆變器內(nèi)執(zhí)行對該電流的控制成為可能。實際上，內(nèi)部調(diào)節(jié)器實時地修改對電動機的驅(qū)動，以觀察最大電源電流(在電源上消耗的)或者最小電源電流(注入到電源的)。系統(tǒng)的管理被大大地簡化。不再需要知道電動機、逆變器、電纜元件的特征。車輛的中央處理單元(未示出)經(jīng)由CAN 總線7將兩個總線電流設(shè)定值發(fā)送到逆變器，所述兩個總線電流設(shè)定值為最大總線電流(Idc Max>0)和最小總線電流(Idc Min〈0)。當(dāng)總線電流保持在Idc Min值與Idc Max值之間時，逆變器I觀察來自車輛的中央處理單元的扭矩設(shè)定值。當(dāng)總線電流調(diào)節(jié)器不超過這些限制而工作時，不再觀察扭矩設(shè)定值。對于車輛的整體管理有利地，逆變器I始終(經(jīng)由CAN 總線7)將實際產(chǎn)生的扭矩值發(fā)送到車輛的中央處理單元。在特別有利于確保具有電力牽引的機動車輛的合適操作的本發(fā)明的實施方式中，扭矩要求設(shè)定值C CAN的處理被加入到控制器5，以獲得重新處理的驅(qū)動扭矩設(shè)定值·Ccons,該處理在圖3中示出。在圖3中，可以看到控制器包括“扭矩斜坡(torque ramp)”模塊96，該“扭矩斜坡”模塊96作為輸入接收經(jīng)由CAN 通信網(wǎng)絡(luò)7而來的扭矩設(shè)定值CCAN (參見圖I)、接收表示允許扭矩增大的INC狀態(tài)、接收表示允許扭矩減小的DEC狀態(tài)并且傳送實際上借助于圖2表示的處理中所使用的設(shè)定值扭矩Ccons。在車輛的正常操作中，也就是說，當(dāng)Idc電流沒有到達限制之一時，比例積分調(diào)節(jié)器92和振幅限制器93組件以及比例積分調(diào)節(jié)器92B和振幅限制器93B組件的輸出為零值，如果C CAN>Ccons則激活I(lǐng)NC狀態(tài)，或者如果C CAN<Ccons則激活DEC狀態(tài)。在該情況下，只要扭矩要求設(shè)定值C CAN大于驅(qū)動扭矩設(shè)定值Ccons (C CAN>Ccons),則Ccons根據(jù)所選擇斜坡增加AC/AT，并且以同樣的方式，只要扭矩要求點C CAN小于驅(qū)動扭矩設(shè)定值Ccons (C CAN〈Ccons),則Ccons根據(jù)所選擇斜坡減少A C/A T ;這使得即使扭矩要求設(shè)定值C CAN的變化可能是突然的，也可以實現(xiàn)車輛的高漸進(progressive)操作，并且首要的是其以連續(xù)電平被傳送，這是因為其例如每20毫秒被更新。在車輛的約束操作中，也就是說當(dāng)Idc電流達到限制之一時，比例積分調(diào)節(jié)器92和振幅限制器93組件的輸出或者比例積分調(diào)節(jié)器92B和振幅限制器93B組件的輸出之一為除零以外的值，這根據(jù)逆變器是能量消耗者還是能量發(fā)生器以及車輛是前進還是后退，使INC狀態(tài)或者DEC狀態(tài)無效?？傊?，存在四種情況i)前進且為能量消耗者，INC被禁止；ii)前進且為能量發(fā)生器，DEC被禁止；iii)后退且為能量消耗者，DEC被禁止；iv)后退且為能量發(fā)生器，INC被禁止。換句話說，不管扭矩要求設(shè)定值C CAN如何增大，驅(qū)動扭矩設(shè)定值Ccons均被禁止繼續(xù)增大，以便不趨于增加Idc電流消耗并且因此更多地增加比例積分調(diào)節(jié)器92和振幅限制器93組件上的“負載”，在任何情況下其也不能允許扭矩設(shè)定值Ccons大于當(dāng)所述比例積分調(diào)節(jié)器92和振幅限制器93組件被調(diào)用到操作中時所達到的扭矩設(shè)定值Ccons。另一方面，驅(qū)動扭矩設(shè)定值Ccons被允許減少。總之，可以說明本發(fā)明也允許檢查逆變器-電動機系統(tǒng)的正確操作。在實踐中，可以在供電線路20上的逆變器的輸入端與電動機6的相U、V、W上的逆變器I的輸出端之間執(zhí)行對消耗的(或產(chǎn)生的)功率一致性的檢查。而且，電流傳感器21使實時地計算逆變器I的效率成為可能。此外，本發(fā)明使執(zhí)行一致性檢查成為可能。例如，如果電動機6的旋轉(zhuǎn)變壓器60意外偏移，則電動機的電流模式伺服控制將正常運行，但是定子磁場將無法相對于轉(zhuǎn)子正確地定相。實際產(chǎn)生的扭矩將低于設(shè)定值扭矩。應(yīng)該強調(diào)即使不測量扭矩，該一致性檢查也是可以的。電動機6輸出端處的機械功率是機械扭矩與旋轉(zhuǎn)速度的乘積。逆變器輸入端處消耗的電功率應(yīng)該對應(yīng)于具有增加了損耗的機械功率。憑借對供電線路20的電壓和電流的測量，獲知了該電功率并且使(通過減去表面上合理的(plausible)損耗值)估計機械功率成為可能，這使估計電動機輸出軸上的機械扭矩成為可能。然后可以將該機械扭矩與扭矩設(shè)定值進行比較。超過實驗閾值的差可以用于激活警報，并且出于解決問題的目的，可以提出可能的原因，包括涉及旋轉(zhuǎn)變壓器60或相位電流傳感器或DC總線、DC總線電壓測量等的故障。 總之，應(yīng)該強調(diào)本發(fā)明借助作用于影響所消耗功率的量的調(diào)節(jié)器，使控制由電能源上的逆變器獲取的(或注入的)電流成為可能。其涉及作用于電動機扭矩，以便減少在逆變器輸入端處獲得的(或注入的)功率并且因此減少所消耗的電流。無論電動機是什么類型的，逆變器都包含用于伺服控制內(nèi)部扭矩設(shè)定值的電動機驅(qū)動環(huán)路。根據(jù)來自逆變器外部的扭矩設(shè)定值(車輛駕駛員，可能經(jīng)由車輛管理員的動作)，并且通過測量待觀察消耗的電能源上獲取(在牽引模式中)或注入(在再生制動模式中)的電流，本發(fā)明使得可以適應(yīng)實際的電動機扭矩設(shè)定值，以便觀察可以由電能源接受的最大電流?；仡櫼陨蟽?nèi)容，雖然應(yīng)用本發(fā)明的主要元素，已經(jīng)參考具有旋轉(zhuǎn)變壓器的同步電動機描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明也可以應(yīng)用于異步電動機的驅(qū)動；其也可以在不必使用相對位置傳感器的情況下應(yīng)用于同步電動機的驅(qū)動來獲得轉(zhuǎn)子相對于定子(旋轉(zhuǎn)變壓器)的位置；其也可以在測量或不測量供電電壓的情況下應(yīng)用。最后，借助逆變器供電電流測量和作用于表示電源上所消耗的(或注入的)功率的量的調(diào)節(jié)器，逆變器允許對供電線路上電流進行優(yōu)秀的、非常精細的、高 反應(yīng)性的控制。
權(quán)利要求
1.一種用于驅(qū)動交流電動機的逆變器，所述電動機包括轉(zhuǎn)子和具有至少兩相的定子，所述逆變器包括 籲兩個端子(2和10)，所述兩個端子(2和10)用于連接到與直流電能源和DC電壓關(guān)聯(lián)的DC總線， 交流電發(fā)生器(3)，所述交流電發(fā)生器(3)將電流傳送到端子模塊(4)，所述端子模塊(4)要被連接到所述電動機(6)的所述相， 供電線路(20)，所述供電線路(20)在連接端子與所述發(fā)生器之間， 籲供電電流測量線路(210)，所述供電線路(20)上的電流的測量值在所述供電電流測量線路(210)上傳輸，至少一根電動機電流測量線路(410、420)，所述電動機的特定供電相上的交流電的測量值在所述至少一根電動機電流測量線路(410、420)上傳輸，以便了解每個相中傳輸?shù)慕涣麟姡? 輸入端(52)，所述輸入端(52)接收信息，所述信息包括所述供電線路上傳輸?shù)碾娏鞯闹辽僖粋€“電源的限制電流”值和扭矩要求設(shè)定值(Ccons)， 控制器(5)，所述控制器(5)接收所述供電線路上的電流的測量值、所述電動機的相電流的測量值、所述電源的限制電流(Idc max和Idc min)、扭矩要求設(shè)定值(C CAN)，所述控制器用于通過將流過所述供電線路(20 )的電流保持為與所述電源的限制相兼容的值，而根據(jù)所述扭矩要求設(shè)定值來驅(qū)動所述電動機的相電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于驅(qū)動電動機的逆變器，對于同步電動機而言，所述轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)變壓器(60)關(guān)聯(lián)，所述旋轉(zhuǎn)變壓器(60)給出轉(zhuǎn)子與定子之間的相對位置，所述逆變器還包括 籲供電電壓測量線路(220)，所述供電線路(20)上的電壓的測量值在所述供電電壓測量線路(220)上傳輸， 輸入端(51 )，所述輸入端(51)接收由所述旋轉(zhuǎn)變壓器(60 )傳送的信號， 其中，為了驅(qū)動所述電動機的相電流，所述控制器(5): 也接收所述供電線路(20)上的電壓的測量值和來自所述旋轉(zhuǎn)變壓器(60)的信號， 確定用于所述電動機的驅(qū)動扭矩(Cpil)以驅(qū)動所述電動機的相電流，使得只要所述供電線路(20)上的電流保持遠離所述電源的限制電流，所述驅(qū)動扭矩(Cpil)就與所述扭矩要求設(shè)定值(Ccons )相同，并且當(dāng)所述供電線路(20 )上的電流達到所述電源的限制電流時，相對于所述扭矩要求設(shè)定值(Ccons)減小所述驅(qū)動扭矩(Cpil)，以便不超過所述供電線路(20)上的所述電源的限制電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的用于驅(qū)動電動機的逆變器，其中集成了 供電線路上的電流傳感器(21)，所述電流傳感器(21)將其測量值傳送到所述供電電流測量線路(210)上， 所述供電線路的電壓傳感器(22)，所述電壓傳感器(22)將其測量值傳送到所述供電電壓測量線路(220)上， 籲位于向所述電動機供電的特定相上的兩個交流電傳感器(41、42)，所述交流電傳感器(41、42)將它們的測量值傳送到所述至少一根電動機電流測量線路中的兩根(410、420)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3之一所述的用于驅(qū)動電動機的逆變器，包括驅(qū)動級(9)，所述驅(qū)動級(9)接收來自所述控制器(5)的驅(qū)動命令并且驅(qū)動電流發(fā)生器(3)的功率晶體管。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4之一所述的用于驅(qū)動電動機的逆變器，其中所述“電源的限制電流”包括對應(yīng)于當(dāng)電動機以牽引模式操作時從電能源獲取的電流的正符號的最大電流設(shè)定值(Idc max)和對應(yīng)于當(dāng)所述電動機以再生制動模式操作時返回到所述電能源的電流的負符號的最小電流設(shè)定值(Idc min)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于驅(qū)動電動機的逆變器，其中控制器包括接收所述最大電流設(shè)定值的處理線路、接收所述最小電流設(shè)定值的處理線路、以及用于根據(jù)電流的符號在一根線路或另一根線路之間進行切換的模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6之一所述的用于驅(qū)動電動機的逆變器，所述控制器包括“扭矩斜坡”模塊(96)，所述“扭矩斜坡”模塊(96)接收扭矩設(shè)定值C CAN作為輸入并且傳送再處理的驅(qū)動扭矩設(shè)定值Ccons。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7之一所述的用于驅(qū)動電動機的逆變器，與用于電動車輛的牽引的電動機一起使用。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至7之一所述的用于驅(qū)動電動機的逆變器，與作為電能源的電池一起使用。
全文摘要
一種驅(qū)動逆變器，包括交流電發(fā)生器(3)，所述交流電發(fā)生器(3)將電流傳送到端子模塊(4)，所述端子模塊(4)用于連接到電動機(6)的相；供電線路(20)；在向所述電動機供電的特定相上的交流電傳感器(41、42)；供電線路上的電流傳感器(21)；輸入端(52)，所述輸入端(52)接收包括至少一個“電源的限制電流”值和扭矩要求設(shè)定值的信息；以及控制器(5)，所述控制器(5)根據(jù)扭矩設(shè)定值來驅(qū)動電動機的相電流并且將供電線路的電流保持為根據(jù)電源的限制電流可接受的值。因此，最大電流可以總是被施加到電流源上，而沒有損壞該電流源的風(fēng)險。
文檔編號B60L11/18GK102753382SQ201080053491
公開日2012年10月24日 申請日期2010年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月26日
發(fā)明者C·薩維奧, J-L·琳達, P·A·馬涅 申請人:米其林企業(yè)總公司, 米其林研究和技術(shù)股份公司