專利名稱：在電動(dòng)機(jī)失速過程中保護(hù)逆變器功率器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種在電動(dòng)機(jī)失速時(shí)保護(hù)逆變器功率器件的方法；本發(fā)明更特別涉及一種通過限制電動(dòng)機(jī)在失速或在低速范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)所輸出的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，來防止逆變器功率器件過熱的方法。
背景技術(shù)：
一般來說，逆變器是從可變電壓/可變頻率的直流電源(DC)產(chǎn)生三相交流電(AC)然后運(yùn)行交流電動(dòng)機(jī)的裝置，作為逆變器開關(guān)的功率器件以全橋形式來使用。當(dāng)逆變器工作時(shí)，從功率器件產(chǎn)生熱量。如果功率器件結(jié)點(diǎn)處的溫度超過溫度極限，就會(huì)縮短使用壽命，并因而燒壞功率器件，因而需要恰當(dāng)?shù)纳崞鹘Y(jié)構(gòu)。將這種逆變器散熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成能夠承受暫時(shí)或持續(xù)的額定負(fù)載。假設(shè)各個(gè)相位(U，V和W)的功率器件的發(fā)熱量相同，設(shè)計(jì)這種散熱器結(jié)構(gòu)(參見圖1(a))。然而，當(dāng)電動(dòng)機(jī)失速或在低速范圍內(nèi)工作時(shí)，各個(gè)相位之間的發(fā)熱量發(fā)生變化。特別是在電動(dòng)機(jī)失速時(shí)，在最壞的情況下，一個(gè)相位的發(fā)熱量可能是各個(gè)相位發(fā)熱量相同情況下的兩倍。在此情況下，當(dāng)結(jié)點(diǎn)溫度超過容許極限時(shí)，就會(huì)因燃燒而引起功率器件損壞。
換言之，逆變器的散熱器結(jié)構(gòu)在電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)各相位具有相等發(fā)熱量，而在電動(dòng)機(jī)失速時(shí)熱量只集中在一個(gè)相位上(參見圖1(c))。所以，在電動(dòng)機(jī)失速或在低速范圍內(nèi)工作時(shí)，逆變器的散熱器結(jié)構(gòu)不能避免單個(gè)相位過熱。如果單個(gè)相位的結(jié)點(diǎn)溫度超過結(jié)點(diǎn)的臨界條件溫度時(shí)，就會(huì)損壞逆變器的散熱器結(jié)構(gòu)。
為此目的，為防止逆變器功率器件在電動(dòng)機(jī)失速時(shí)過載，如圖1b所示，提出了一種方法，將傳感器安裝在功率器件的殼體Tc和散熱板Ts上，然后測(cè)量溫度。將測(cè)量溫度加上因施加負(fù)載而升溫的估計(jì)值，從而計(jì)算出功率器件結(jié)點(diǎn)溫度。當(dāng)計(jì)算溫度超過預(yù)定溫度時(shí)，根據(jù)預(yù)定輸出遞減圖形(參考圖1(d))確定遞減率，再乘以轉(zhuǎn)矩命令Trq*，因此防止功率器件因過載引起的過熱(參見圖1(e))。僅供參考，在圖1(f)中，附圖標(biāo)記Tc指殼體溫度。
然而，利用輸出遞減圖形來防止逆變器功率器件過熱的常規(guī)方法存在一些問題，當(dāng)電動(dòng)機(jī)失速或在低速范圍內(nèi)工作時(shí)，功率器件各相位之間的溫度不平衡，因此當(dāng)任一相位的溫度超過容許限制時(shí)引起的燃燒都會(huì)損壞功率器件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種防止逆變器功率部件在電動(dòng)機(jī)失速時(shí)過熱的方法，其中PI控制器接收結(jié)點(diǎn)與殼體之間溫度差的反饋值，其是利用最大逆變器損失和熱阻的乘積計(jì)算出來的，該最大逆變器損失是利用功率器件的溫度極限值和殼體溫度之間的溫度差計(jì)算的，并且在其中限制輸出轉(zhuǎn)矩，以便通過限制當(dāng)電動(dòng)機(jī)失速或在低速范圍內(nèi)工作時(shí)可輸出的轉(zhuǎn)矩來防止逆變器的功率器件過熱。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式提供一種保護(hù)逆變器功率器件的方法，包括下列步驟第一步，檢測(cè)并根據(jù)電動(dòng)機(jī)工作，對(duì)逆變器功率器件結(jié)點(diǎn)的最大容許溫度和功率器件與散熱板之間的殼體溫度進(jìn)行運(yùn)算，計(jì)算出電動(dòng)機(jī)工作產(chǎn)生的運(yùn)轉(zhuǎn)速度的絕對(duì)值，根據(jù)計(jì)算出的絕對(duì)值應(yīng)用不同的圖形增益；第二步，計(jì)算由輸入電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩命令和基于電動(dòng)機(jī)工作的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速引起的逆變器損失；第三步，對(duì)在第一步和第二步中計(jì)算出的值進(jìn)行運(yùn)算，然后計(jì)算逆變器功率器件結(jié)點(diǎn)溫度與殼體溫度之間的差值；第四步，限制PI控制器的輸出，PI控制器通過反饋接收在第三步中計(jì)算的溫度差；和第五步，利用PI控制器在第四步中的輸出，根據(jù)輸入電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩命令，限制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩輸出。


為更好理解本發(fā)明的本質(zhì)和目的，下面將參考附圖進(jìn)行詳細(xì)描述，其中圖1a是表示常規(guī)逆變器結(jié)構(gòu)的圖；圖1b是表示電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)功率器件的常規(guī)熱量分配的圖；圖1c是表示電動(dòng)機(jī)失速或在低速范圍內(nèi)工作時(shí)功率器件常規(guī)熱量分配的圖；圖1d是表示常規(guī)逆變器功率器件的散熱結(jié)構(gòu)的圖；圖1e是表示防止功率器件過熱的常規(guī)轉(zhuǎn)矩輸出遞減圖形的圖；圖1f是表示防止功率器件過熱的常規(guī)方框圖的圖；圖2是表示根據(jù)本發(fā)明防止功率器件過熱方框圖的圖；圖3是表示根據(jù)本發(fā)明防止功率器件過熱的流程圖。
具體實(shí)施例方式
參考附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。
下面參考圖2的方框圖和圖3的流程圖，說明當(dāng)電動(dòng)機(jī)失速或在包括低速范圍和高速范圍在內(nèi)的整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)工作時(shí)，防止逆變器的功率器件因電動(dòng)機(jī)工作而產(chǎn)生過熱。
如圖2和3所示，本實(shí)施方式檢測(cè)逆變器功率器件的結(jié)點(diǎn)的最大容許溫度Tmax，和功率器件與散熱板之間的殼體溫度Tc，以便防止逆變器的功率器件在電動(dòng)機(jī)工作過程中特別是在電動(dòng)機(jī)失速或在低速范圍內(nèi)工作時(shí)過熱(S102)，然后從逆變器的功率器件的結(jié)點(diǎn)最大容許溫度Tmax中減去功率器件與散熱板之間的殼體溫度Tc(S104)。
并且，獲得電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的運(yùn)轉(zhuǎn)速度的絕對(duì)值(S106)，然后計(jì)算出與之相關(guān)的圖形增益(S108)。在此實(shí)施方式中，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)失速時(shí)圖形增益為0.33，當(dāng)電動(dòng)機(jī)不在低速范圍內(nèi)時(shí)將圖形增益設(shè)置成1。
在已計(jì)算出基于電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的圖形增益之后，通過對(duì)在S104中計(jì)算的溫度差和在S108中計(jì)算出的圖形增益進(jìn)行AND運(yùn)算獲得溫度差Tjc*(S110)。
此外，利用電流圖即分別對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩命令Te*和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速N的2D圖-1d和2D圖-1q，計(jì)算電動(dòng)機(jī)工作所產(chǎn)生的逆變器損失(S112)，然后通過對(duì)計(jì)算的逆變器損失和功率器件的熱阻Rjc的AND運(yùn)算來計(jì)算結(jié)點(diǎn)的熱時(shí)間常數(shù)(S114)。
在已經(jīng)計(jì)算出結(jié)點(diǎn)的熱時(shí)間常數(shù)之后，減去S110的運(yùn)算值和結(jié)點(diǎn)熱時(shí)間常數(shù)(S116)，計(jì)算出功率器件結(jié)點(diǎn)溫度與殼體溫度之間的差值(S118)。
當(dāng)已將計(jì)算的溫度差輸入到PI控制器中之后(S120)，根據(jù)計(jì)算的溫度差，限制PI控制器的輸出(S122)。也就是說，在此實(shí)施方式中，當(dāng)限制PI控制器的輸出時(shí)進(jìn)行限速，以便在電動(dòng)機(jī)以高于預(yù)定的額定速度工作時(shí)由功率限制裝置強(qiáng)迫電動(dòng)機(jī)以低于預(yù)定額定速度的速度工作。
通過功率限制裝置使電動(dòng)機(jī)可以以低于額定速度工作的限值3和4，反映在PI控制器的輸出值中，此后PI控制器的輸出值1反映在S112中輸入的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩命令Te*中，因此調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)矩(S124)。
綜上所述，在本發(fā)明中，對(duì)逆變器功率器件的容許溫度限制與殼體溫度之間的差值，和通過對(duì)逆變器損失和熱阻進(jìn)行AND運(yùn)算獲得的結(jié)點(diǎn)熱時(shí)間常數(shù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后PI控制器通過反饋接收結(jié)果值，利用輸出轉(zhuǎn)矩值調(diào)節(jié)輸入的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩命令，因此在電動(dòng)機(jī)失速或在低速范圍內(nèi)工作時(shí)，限制電動(dòng)機(jī)工作的轉(zhuǎn)矩輸出，因而防止功率器件過熱。
在電動(dòng)機(jī)失速時(shí)保護(hù)逆變器功率器件的方法，具有下列優(yōu)點(diǎn)第一，逆變器的功率器件在電動(dòng)機(jī)失速或在低速范圍內(nèi)工作時(shí)不會(huì)發(fā)生過熱，因此防止損壞逆變器。
第二，不必設(shè)計(jì)昂貴的散熱器結(jié)構(gòu)，因此降低了成本。
第三，在電動(dòng)機(jī)工作過程中，可以輸出容許溫度范圍內(nèi)的最大轉(zhuǎn)矩，因此改進(jìn)的功率性能。
盡管已出于說明的目的公開了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該知道在本脫離本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍和本質(zhì)內(nèi)還包括各種修改、補(bǔ)充和代替物。
權(quán)利要求
1.一種在電動(dòng)機(jī)失速時(shí)或在低速范圍內(nèi)工作時(shí)防止逆變器的功率器件過熱的方法，該方法包括以下步驟第一步，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的工作，檢測(cè)并隨后計(jì)算逆變器功率器件結(jié)點(diǎn)處的最大容許溫度和功率器件與散熱板之間的殼體溫度之間的溫度差，計(jì)算電動(dòng)機(jī)工作產(chǎn)生的運(yùn)轉(zhuǎn)速度的絕對(duì)值，根據(jù)計(jì)算出的絕對(duì)值應(yīng)用不同的圖形增益；第二步，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的工作，計(jì)算由輸入電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩命令和電動(dòng)機(jī)速度引起的逆變器損失；第三步，對(duì)在第一步和第二步中計(jì)算的值進(jìn)行運(yùn)算，然后計(jì)算逆變器功率器件結(jié)點(diǎn)處的溫度與殼體溫度之間的差值；第四步，限制PI控制器的輸出，所述PI控制器通過反饋接收在第三步中計(jì)算的溫度差；和第五步，利用在第四步中PI控制器的輸出，根據(jù)輸入電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩命令，限制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括對(duì)在第一步中計(jì)算的溫度差和電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度絕對(duì)值進(jìn)行運(yùn)算的步驟。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中在已計(jì)算出由電動(dòng)機(jī)工作產(chǎn)生的運(yùn)轉(zhuǎn)速度的絕對(duì)值之后，計(jì)算出與其相關(guān)的圖形增益，將電動(dòng)機(jī)失速時(shí)的圖形增益設(shè)置成小于電動(dòng)機(jī)不在預(yù)定低速工作范圍內(nèi)工作時(shí)的圖形增益。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中利用分別對(duì)應(yīng)于第二步中的輸入電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩命令和電動(dòng)機(jī)速度的電流圖，計(jì)算由電動(dòng)機(jī)工作所產(chǎn)生的逆變器損失。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，還包括一個(gè)步驟，通過對(duì)計(jì)算的逆變器損失和功率器件的熱阻進(jìn)行AND運(yùn)算，計(jì)算功率器件結(jié)點(diǎn)處的結(jié)點(diǎn)熱時(shí)間常數(shù)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中第三步計(jì)算在功率器件結(jié)點(diǎn)處的最大容許溫度與功率器件與散熱板之間的殼體溫度之間的差值，對(duì)計(jì)算的溫度差和電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的絕對(duì)值進(jìn)行運(yùn)算，其中反映圖形增益，然后對(duì)計(jì)算值和利用逆變器損失計(jì)算的結(jié)點(diǎn)熱時(shí)間常數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，從而計(jì)算出逆變器功率器件結(jié)點(diǎn)處的溫度和殼體溫度之間的差值。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在第四步中對(duì)PI控制器輸出的限制，是當(dāng)電動(dòng)機(jī)以高于預(yù)定的額定速度工作時(shí)將運(yùn)轉(zhuǎn)速度限制在預(yù)定的額定速度內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種防止逆變器功率器件在電動(dòng)機(jī)失速或在低速范圍內(nèi)工作時(shí)過熱的方法，包括下列步驟第一步，檢測(cè)并根據(jù)電動(dòng)機(jī)工作，對(duì)逆變器功率器件結(jié)點(diǎn)的最大容許溫度和功率器件與散熱板之間的殼體溫度進(jìn)行運(yùn)算，計(jì)算電動(dòng)機(jī)工作產(chǎn)生的運(yùn)轉(zhuǎn)速度絕對(duì)值，根據(jù)計(jì)算的絕對(duì)值應(yīng)用不同的圖形增益；第二步，基于的電動(dòng)機(jī)工作，計(jì)算輸入電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩命令和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速引起的逆變器損失；第三步，對(duì)在第一步和第二步中計(jì)算的值進(jìn)行運(yùn)算，并計(jì)算逆變器功率器件結(jié)點(diǎn)溫度與殼體溫度間的差值；第四步，限制通過反饋接收第三步計(jì)算的溫度差的PI控制器的輸出；和第五步，利用PI控制器在第四步的輸出，根據(jù)輸入電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩命令，限制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩輸出。
文檔編號(hào)H02H5/00GK101064426SQ20061016293
公開日2007年10月31日 申請(qǐng)日期2006年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月28日
發(fā)明者文湘賢, 任亨彬 申請(qǐng)人:現(xiàn)代自動(dòng)車株式會(huì)社