專(zhuān)利名稱(chēng)：用于交流電動(dòng)機(jī)控制的方法以及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及交流電動(dòng)機(jī)的領(lǐng)域，更具體地涉及能夠低成本地控制三相交流電動(dòng)機(jī)的方法以及裝置。背景用于工業(yè)應(yīng)用的交流電動(dòng)機(jī)通常呈現(xiàn)多個(gè)繞組并且以三相電操作。一般而言，繞組對(duì)稱(chēng)地安排并且以三角形(delta)配置或星形配置連接到三相電，其中星形配置也稱(chēng)為 Y形(Wye)配置。在三角形配置中，每一繞組的終點(diǎn)(finish)連接到下一繞組的起點(diǎn)。在星形配置中，所有三個(gè)繞組的一端連接在一起。與星形配置相比，三角形配置呈現(xiàn)通過(guò)電動(dòng)機(jī)繞組的增大的電流，并且由此星形配置通常用于直線連接的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)以避免電源過(guò)載。一旦電動(dòng)機(jī)已經(jīng)啟動(dòng)，繞組就經(jīng)由開(kāi)路轉(zhuǎn)換或經(jīng)由閉路轉(zhuǎn)換切換到三角形配置，在開(kāi)路轉(zhuǎn)換中，在轉(zhuǎn)換附近的一段時(shí)間內(nèi)去除到電動(dòng)機(jī)的電源以避免接觸電弧，在閉路轉(zhuǎn)換中，電源在轉(zhuǎn)換期間保持連接到電動(dòng)機(jī)，通常通過(guò)使用附加的負(fù)載電阻。一旦切換到三角形配置， 在未完全關(guān)閉時(shí)，操作始終維持在三角形配置中。發(fā)展成代替?zhèn)鹘y(tǒng)星形-三角形電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的軟啟動(dòng)器通常通過(guò)在啟動(dòng)階段期間降低遞送到電動(dòng)機(jī)的電壓來(lái)操作。一旦啟動(dòng)階段結(jié)束，軟啟動(dòng)器就與電動(dòng)機(jī)斷開(kāi)連接，并且電動(dòng)機(jī)直接地連接到電力網(wǎng)。另外，由于軟啟動(dòng)器在需要制動(dòng)時(shí)不參與使電動(dòng)機(jī)減速，因此它們既不在操作期間支持節(jié)能，也不提供有效的制動(dòng)手段。啟動(dòng)周期延長(zhǎng)，并且啟動(dòng)周期期間的峰值功耗過(guò)多。將傳入AC(交流)線電力轉(zhuǎn)換成DC(直流)電壓、且隨后以可變輸出頻率和電壓將DC重新轉(zhuǎn)換成AC電壓的變頻器提供旋轉(zhuǎn)速度控制和軟啟動(dòng)兩者。由于電動(dòng)機(jī)的實(shí)際速度取決于接收到的電源頻率、電壓和負(fù)載，因此通過(guò)調(diào)節(jié)饋送到AC電動(dòng)機(jī)的輸出頻率來(lái)控制AC電動(dòng)機(jī)的速度。有利的是，變頻器可以連續(xù)的寬范圍的速度(包括降至1/10的標(biāo)稱(chēng)值及其以下的速度)支持AC電動(dòng)機(jī)的平滑操作。通過(guò)替代地以低頻和低電壓輸出來(lái)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，變頻器避免了對(duì)星形-三角形切換或軟啟動(dòng)器的需要。不幸的是，變頻器是昂貴且龐大的，并且許多電動(dòng)機(jī)不需要此類(lèi)寬范圍的控制。周波變換器(cycloconverter)通過(guò)從輸入AC波形片段合成輸出AC波形來(lái)將輸入AC波形轉(zhuǎn)換成不同頻率的輸出AC波形，其中不需要中間DC轉(zhuǎn)換。周波變換器最常在諸如呈現(xiàn)數(shù)兆瓦額定值的變頻驅(qū)動(dòng)器之類(lèi)的極高功率輸出系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)。周波變換器的操作是公知的，并且除其他公司以外，可從德國(guó)西門(mén)子AG公司購(gòu)得。由此，長(zhǎng)期以來(lái)需要一種提供低成本控制的啟動(dòng)和功率降低的方法以及裝置。發(fā)明概述鑒于以上所提供的討論以及其他考慮，本公開(kāi)內(nèi)容提供了方法和裝置來(lái)克服現(xiàn)有和當(dāng)前電動(dòng)機(jī)控制方法的部分或全部缺點(diǎn)。在示例性實(shí)施例中，提供了一種交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，包括控制單元；周波變換器功能；相控功能；以及包括各自與目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的特定繞組相關(guān)聯(lián)且各自獨(dú)立地響應(yīng)于控制單元的多個(gè)電子控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的半導(dǎo)體切換單元。
在某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體切換單元被安排成響應(yīng)于控制單元以星形和三角形配置之一將目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的繞組連接到三相電源輸入。在某些其他實(shí)施例中，在目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的操作條件下，控制單元被安排成響應(yīng)于旋轉(zhuǎn)頻率以及繞組電流和靜態(tài)負(fù)載轉(zhuǎn)矩之一的預(yù)定條件來(lái)設(shè)置半導(dǎo)體切換單元以將目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的繞組連接成星形配置。在某些實(shí)施例中，在目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的操作條件下，控制單元被安排成響應(yīng)于不存在旋轉(zhuǎn)頻率以及繞組電流和靜態(tài)負(fù)載轉(zhuǎn)矩之一的預(yù)定條件來(lái)設(shè)置半導(dǎo)體切換單元以將目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的繞組連接成三角形配置。在某些實(shí)施例中，在目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)條件下，控制單元被安排成響應(yīng)于周波變換器功能調(diào)制電子控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通周期。在某些其他實(shí)施例中，在目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)條件下，控制單元還被安排成將半導(dǎo)體切換單元設(shè)置成以三角形配置使交流電動(dòng)機(jī)的繞組連接到三相電源輸入。在某些實(shí)施例中，交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)還包括與控制單元通信的電流監(jiān)測(cè)器，電流監(jiān)測(cè)器被安排成提供流經(jīng)目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的至少兩個(gè)繞組的電流量的指示，其中半導(dǎo)體切換單元被安排成響應(yīng)于控制單元以星形和三角形配置之一將目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的繞組連接到三相電源輸入，并且其中控制單元被安排成響應(yīng)于電流監(jiān)測(cè)器所提供的流經(jīng)目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的至少兩個(gè)繞組的電流量的指示的預(yù)定條件以星形和三角形配置之一交替地連接目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的繞組。在某些其他實(shí)施例中，控制單元還被安排成響應(yīng)于流經(jīng)至少兩個(gè)繞組的電流量的所接收指示來(lái)確定目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的相對(duì)轉(zhuǎn)矩，其中預(yù)定條件是相對(duì)轉(zhuǎn)矩的預(yù)定值。在某些其他實(shí)施例中，在目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)條件下，控制單元還被安排成將半導(dǎo)體切換單元設(shè)置成以星形配置使目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的繞組連接到三相電源輸入；以及在預(yù)定周期內(nèi)未檢測(cè)到啟動(dòng)目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的情況下，將半導(dǎo)體切換單元設(shè)置成以三角形配置使目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的繞組連接到三相電源輸入。在某些其他實(shí)施例中，控制單元還被安排成響應(yīng)于相控功能啟動(dòng)三角形配置的目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)，相控功能被安排成調(diào)制多個(gè)電子控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)中的至少一些的導(dǎo)通角。在其他實(shí)施例中，相控功能被安排成提供一般隨時(shí)間增加的有效電流，以由此啟動(dòng)目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)。在又一些其他實(shí)施例中，相控功能被安排成提供一般隨時(shí)間增加的有效電流，并且在流經(jīng)目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的至少兩個(gè)繞組的電流量超過(guò)預(yù)定值的情況下降低即時(shí)有效電壓，以由此啟動(dòng)目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)。在某些實(shí)施例中，控制單元還可用于，在目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的繞組以三角形配置連接時(shí)的目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的操作條件下，響應(yīng)于流經(jīng)目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的至少兩個(gè)繞組的電流量來(lái)調(diào)制多個(gè)電子控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)中的至少一些的導(dǎo)通角，選擇該調(diào)制來(lái)減少能耗。在某些實(shí)施例中，控制單元還被安排成響應(yīng)于流經(jīng)至少兩個(gè)繞組的電流量所提供的指示來(lái)確定目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的相對(duì)轉(zhuǎn)矩以及定子的電磁力矢量與定子的相電流之間的角中的一個(gè)，調(diào)制響應(yīng)于目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的相對(duì)轉(zhuǎn)矩以及定子的電磁力矢量與定子的相電流之間的角中的所確定的一個(gè)。在某些實(shí)施例中，在目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的操作條件下，控制單元被安排成將目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率與設(shè)定值進(jìn)行比較；以及在目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率不等于設(shè)定值的情況下，響應(yīng)于周波變換器功能調(diào)制電子控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通周期。在某些實(shí)施例中， 相控功能可用于在目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的操作條件下響應(yīng)于相對(duì)轉(zhuǎn)矩調(diào)制多個(gè)電子控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)中的至少一些的導(dǎo)通角。
在某些實(shí)施例中，相控功能可用于在目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的操作條件下響應(yīng)于定子的電磁力矢量和定子的相電流之間的角調(diào)制多個(gè)電子控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)中的至少一些的導(dǎo)通角，以減少能耗。在某些實(shí)施例中，交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)還包括用于接收通過(guò)目標(biāo)電動(dòng)機(jī)的至少兩個(gè)繞組的電流的指示的裝置；以及用于接收與目標(biāo)電動(dòng)機(jī)的至少兩個(gè)繞組相關(guān)聯(lián)的電壓電勢(shì)的指示的裝置，控制單元可用于響應(yīng)于所接收的電流的指示和所接收的電壓電勢(shì)的指示控制半導(dǎo)體切換單元。在某些實(shí)施例中，交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)還包括與目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的每一繞組并聯(lián)排列的無(wú)源濾波器。獨(dú)立地，某些實(shí)施例提供了一種用于控制交流三相電動(dòng)機(jī)的方法，該方法包括提供呈現(xiàn)周波變換器功能和相控功能的控制器；提供到三相電源的基于半導(dǎo)體的可切換連接；以及響應(yīng)于所提供的周波變換器功能和所提供的相控功能中可選擇的一個(gè)調(diào)制所提供的基于半導(dǎo)體的可切換連接的構(gòu)成開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通周期。在某些實(shí)施例中，該方法還包括將可切換連接設(shè)置成響應(yīng)于旋轉(zhuǎn)頻率以及繞組電流和靜態(tài)負(fù)載轉(zhuǎn)矩之一的預(yù)定條件以星形配置使交流三相電動(dòng)機(jī)連接到三相電源。在某些實(shí)施例中，該方法還包括響應(yīng)于不存在旋轉(zhuǎn)頻率以及繞組電流和靜態(tài)負(fù)載轉(zhuǎn)矩之一的預(yù)定條件，將可切換連接設(shè)置成以三角形配置使交流三相電動(dòng)機(jī)連接到三相電源。在某些實(shí)施例中，在交流三相電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)條件下，導(dǎo)通周期的調(diào)制響應(yīng)于所提供的周波變換器功能，優(yōu)選地還包括將所提供的基于半導(dǎo)體的可切換連接設(shè)置成以三角形配置使交流三相電動(dòng)機(jī)連接到三相電源。在某些實(shí)施例中，該方法還包括接收流經(jīng)目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的至少兩個(gè)繞組的電流量的指示；以及經(jīng)由所提供的基于半導(dǎo)體的可切換連接、響應(yīng)于流經(jīng)目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的至少兩個(gè)繞組的電流量的預(yù)定條件以星形和三角形配置之一交替地連接目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的繞組。在某些其他實(shí)施例中，該方法還包括響應(yīng)于流經(jīng)至少兩個(gè)繞組的電流量的所接收指示來(lái)計(jì)算目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的相對(duì)轉(zhuǎn)矩，其中預(yù)定條件是相對(duì)轉(zhuǎn)矩的預(yù)定值。在某些其他實(shí)施例中，該方法包括在目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)條件下經(jīng)由所提供的基于半導(dǎo)體的可切換連接以星形配置將目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的繞組連接到三相電源輸入；監(jiān)測(cè)流經(jīng)至少兩個(gè)繞組的電流量的所接收指示來(lái)確定啟動(dòng)目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)是否已經(jīng)發(fā)生；以及在預(yù)定周期內(nèi)未檢測(cè)到啟動(dòng)目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的情況下，經(jīng)由所提供的基于半導(dǎo)體的可切換連接以三角形配置將目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的繞組連接到三相電源輸入。在某些其他實(shí)施例中，在目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)條件下，導(dǎo)通周期的調(diào)制響應(yīng)于相控功能以啟動(dòng)三角形配置的目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)。優(yōu)選地，調(diào)制以啟動(dòng)目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)提供一般隨時(shí)間增加的有效電流。 更優(yōu)選地，調(diào)制還包括在流經(jīng)目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的至少兩個(gè)繞組的電流量的所接收指示超過(guò)預(yù)定值的情況下降低即時(shí)有效電壓。在某些其他實(shí)施例中，在目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的操作條件下，導(dǎo)通周期的調(diào)制響應(yīng)于流經(jīng)目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的至少兩個(gè)繞組的電流量來(lái)減少能耗。 優(yōu)選地，該方法還包括響應(yīng)于流經(jīng)至少兩個(gè)繞組的電流量的所接收指示來(lái)計(jì)算目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的相對(duì)轉(zhuǎn)矩以及定子的電磁力矢量與定子的相電流之間的角中的一個(gè)，導(dǎo)通周期的調(diào)制響應(yīng)于目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的相對(duì)轉(zhuǎn)矩以及定子的電磁力矢量與定子的相電流之間的角中的所確定的一個(gè)。在某些實(shí)施例中，該方法還包括在交流三相電動(dòng)機(jī)的操作條件下將目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率與設(shè)定值進(jìn)行比較；以及在目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率不等于設(shè)定值的情況下，響應(yīng)于所提供的周波變換器功能調(diào)制所提供的基于半導(dǎo)體可切換連接的構(gòu)成開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通周期。在某些實(shí)施例中，該方法還包括在交流三相電動(dòng)機(jī)的操作條件下響應(yīng)于相對(duì)轉(zhuǎn)矩，響應(yīng)于所提供的相控功能來(lái)調(diào)制所提供的基于半導(dǎo)體的可切換連接的構(gòu)成開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通周期。在某些實(shí)施例中，該方法還包括在交流三相電動(dòng)機(jī)的操作條件下響應(yīng)于定子的電磁矢量和定子的相電流之間的角，響應(yīng)于所提供的相控功能來(lái)調(diào)制所提供的基于半導(dǎo)體的可切換連接的構(gòu)成開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通周期。在某些實(shí)施例中，該方法還包括過(guò)濾交流三相電動(dòng)機(jī)的繞組兩端的電壓。獨(dú)立地，在某些實(shí)施例中，提供了一種交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，包括控制單元；與控制單元通信的電流監(jiān)測(cè)器，電流監(jiān)測(cè)器被安排成提供流經(jīng)目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的至少兩個(gè)繞組的電流量的指示；以及半導(dǎo)體切換單元，該半導(dǎo)體切換單元被安排成響應(yīng)于控制單元以星形和三角形配置之一將目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的繞組連接到三相電源輸入，其中控制單元被安排成響應(yīng)于流經(jīng)目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的至少兩個(gè)繞組的電流量的預(yù)定條件以星形和三角形配置之一交替地連接目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的繞組。在某些實(shí)施例中，控制單元還被安排成響應(yīng)于流經(jīng)至少兩個(gè)繞組的電流量的所提供指示來(lái)確定目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的相對(duì)轉(zhuǎn)矩，其中預(yù)定條件是相對(duì)轉(zhuǎn)矩的預(yù)定值。在某些實(shí)施例中，在目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)條件下，控制單元還被安排成將半導(dǎo)體切換單元設(shè)置成以星形配置使目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的繞組連接到三相電源輸入；以及在預(yù)定周期內(nèi)未檢測(cè)到啟動(dòng)目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的情況下，將半導(dǎo)體切換單元設(shè)置成以三角形配置使目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的繞組連接到三相電源輸入。優(yōu)選地，控制單元包括相控功能；半導(dǎo)體切換單元包括各自與目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的特定繞組相關(guān)聯(lián)且各自響應(yīng)于控制單元的多個(gè)電子控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)；以及其中控制單元還被安排成響應(yīng)于相控功能啟動(dòng)三角形配置的目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)，相控功能被安排成調(diào)制多個(gè)電子控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)中的至少一些的導(dǎo)通角。在某些實(shí)施例中，控制單元包括相控功能；半導(dǎo)體切換單元包括各自與目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的特定繞組相關(guān)聯(lián)且各自響應(yīng)于控制單元的多個(gè)電子控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)；以及控制單元還可用于，在目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的繞組以三角形配置連接時(shí)的目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的操作條件下，響應(yīng)于流經(jīng)目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的至少兩個(gè)繞組的電流量來(lái)調(diào)制多個(gè)電子控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)中的至少一些的導(dǎo)通角，選擇該調(diào)制來(lái)減少能耗。優(yōu)選地，控制單元還被安排成響應(yīng)于流經(jīng)至少兩個(gè)繞組的電流量所提供的指示來(lái)確定目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的相對(duì)轉(zhuǎn)矩以及定子的電磁力矢量與定子的相電流之間的角中的一個(gè)，調(diào)制響應(yīng)于目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的相對(duì)轉(zhuǎn)矩以及定子的電磁力矢量與定子的相電流之間的角中的所確定的一個(gè)。根據(jù)以下附圖和描述，本發(fā)明的附加特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)。附圖簡(jiǎn)述為了更好地理解本發(fā)明并示出本發(fā)明如何實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在將純粹作為示例來(lái)參考其中所有相同的附圖標(biāo)記指示相應(yīng)的元件或部分的附圖?，F(xiàn)在詳細(xì)地具體參考附圖，要強(qiáng)調(diào)的是，所示的細(xì)節(jié)僅作為示例并出于本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的示例性討論的目的，并且在提供被認(rèn)為是本發(fā)明的最有用和容易理解的原理和概念方面的描述的過(guò)程中呈現(xiàn)。在這點(diǎn)上，沒(méi)有試圖更詳細(xì)地示出基本理解本發(fā)明所需之外的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，結(jié)合附圖的描述使本發(fā)明的若干形式如何在實(shí)踐中具體化對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員變得顯而易見(jiàn)。在附圖中
圖IA示出包括具有可任選的周波變換器功能的交流電動(dòng)機(jī)控制器的系統(tǒng)的實(shí)施例的高級(jí)示意圖；圖IB示出包括具有固定的周波變換器功能的交流電動(dòng)機(jī)控制器的系統(tǒng)的實(shí)施例的高級(jí)示意圖；圖2示出

圖1A-1B的交流電動(dòng)機(jī)控制器的主控制單元通過(guò)在三角形和星形配置之間切換來(lái)執(zhí)行節(jié)能的操作的示例性實(shí)施例的高級(jí)流程圖；圖3示出圖1A-1B的交流電動(dòng)機(jī)控制器的主控制單元啟動(dòng)AC電動(dòng)機(jī)的操作的示例性實(shí)施例的高級(jí)流程圖；圖4示出圖1A-1B的交流電動(dòng)機(jī)控制器的主控制單元在穩(wěn)態(tài)操作中的操作的示例性實(shí)施例的高級(jí)流程圖；圖5示出用于AC電動(dòng)機(jī)的各個(gè)相對(duì)轉(zhuǎn)矩的相對(duì)電流和相對(duì)電壓之間的關(guān)系的示圖；圖6A-6B示出作為轉(zhuǎn)矩因子的函數(shù)的星形和三角形配置之間受控制的切換的優(yōu)點(diǎn)。
圖7示出在所有方面與圖IB的系統(tǒng)類(lèi)似、還呈現(xiàn)無(wú)源過(guò)濾器的系統(tǒng)的高級(jí)示意圖；圖8示出其中具有相應(yīng)半導(dǎo)體切換單元的多個(gè)AC電動(dòng)機(jī)由單個(gè)交流電動(dòng)機(jī)控制器控制的多電動(dòng)機(jī)實(shí)施例的高級(jí)框圖；以及圖9示出圖IA的交流電動(dòng)機(jī)控制器的主控制單元響應(yīng)于電流以星形和三角形配置之一交替地連接目標(biāo)AC電動(dòng)機(jī)的操作的示例性實(shí)施例的高級(jí)流程圖。實(shí)施例的描述在詳細(xì)解釋本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例之前，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明在本申請(qǐng)中不限于在以下描述中闡述或在附圖中示出的構(gòu)造細(xì)節(jié)以及部件的安排。本發(fā)明可應(yīng)用于其他實(shí)施例，或以各種方式實(shí)踐或執(zhí)行。同樣，應(yīng)當(dāng)理解，在本文中所采用的用語(yǔ)和術(shù)語(yǔ)是為了說(shuō)明的目的，而不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是限制性的。圖IA示出系統(tǒng)的高級(jí)示意圖，該系統(tǒng)包括三相電源，各個(gè)相分別表示為L(zhǎng)1、L2和 L3 ；交流電動(dòng)機(jī)控制器10 ；包括多個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(無(wú)限制地示為晶閘管且分別表示為晶閘管21、22、23、24、25、26、27、28和29)的半導(dǎo)體切換單元20 ；由至少三個(gè)繞組35 (分別表示為35A、35B和35C)構(gòu)成、且各自與三相之一相關(guān)聯(lián)的AC電動(dòng)機(jī)30 ；多個(gè)電壓傳感器40 ；以及多個(gè)電流傳感器50。交流電動(dòng)機(jī)控制器10包括主控制單元60 ；可任選的周波變換器功能70 ；相控功能80 ；開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器90 ；以及A/D (模/數(shù))轉(zhuǎn)換器100。針對(duì)每一相，示出電壓傳感器40和電流傳感器50，然而這并不意味著以任何方式進(jìn)行限制，如將在下文中進(jìn)一步具體描述的。晶閘管21、22和27與繞組35A相關(guān)聯(lián)；晶閘管23J4和28與繞組35B相關(guān)聯(lián)，而晶間管25 J6和四與繞組35C相關(guān)聯(lián)。相Ll經(jīng)由第一電壓傳感器40和第一電流傳感器50連接到繞組35A的第一端，相 L2經(jīng)由第二電壓傳感器40和第二電流傳感器50連接到繞組35B的第一端，而相L3經(jīng)由第三電壓傳感器40和第三電流傳感器50連接到繞組35C的第一端。每一電壓傳感器40被安排成提供反映相對(duì)于中立點(diǎn)或地的電勢(shì)的輸出。繞組35A的第二端連接到晶閘管21的陽(yáng)極和晶閘管22的陰極，繞組35B的第二端連接到晶閘管23的陽(yáng)極和晶閘管M的陰極，而繞組35C的第二端連接到晶閘管25的陽(yáng)極和晶閘管沈的陰極。晶閘管21的陰極連接到晶閘管22的陽(yáng)極和繞組35C的第一端。晶閘管23的陰極連接到晶閘管M的陽(yáng)極和繞組35A的第一端。晶閘管25的陰極連接到晶閘管沈的陽(yáng)極和繞組35B的第一端。繞組35A的第二端還連接到晶閘管27的陽(yáng)極和晶閘管四的陰極。繞組35B的第二端還連接到晶閘管觀的陽(yáng)極和晶閘管27的陰極。繞組35C的第二端還連接到晶閘管四的陽(yáng)極和晶閘管觀的陰極。晶閘管21- 各自的控制輸入獨(dú)立地響應(yīng)于開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器90的特定輸出。每一電壓傳感器40和電流傳感器50的感測(cè)輸出連接到A/D轉(zhuǎn)換器100的相應(yīng)輸入。A/D轉(zhuǎn)換器100的輸出連接到主控制單元60，而主控制單元60與可任選的周波變換器功能70、相控功能80和開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器90中的每一個(gè)通信。半導(dǎo)體切換單元20被安排成在啟用晶閘管2146和禁用晶閘管27- 的情況下， AC電動(dòng)機(jī)30以三角形配置連接，因?yàn)槊恳焕@組35的第二端連接到與另一相相關(guān)聯(lián)的繞組 35的第一端。在禁用晶閘管2146和啟用晶閘管27-29的情況下，AC電動(dòng)機(jī)30以星形配置連接。另外，如在下文中將進(jìn)一步描述的，晶閘管21- 還可用于響應(yīng)于可任選的周波變換器功能70和相控功能80中的每一個(gè)以提供軟啟動(dòng)、受控制的操作以及制動(dòng)。在三角形 /星形切換由與提供軟啟動(dòng)、受控制的操作和制動(dòng)的晶閘管相同的晶閘管提供的實(shí)施例中示出半導(dǎo)體切換單元20，然而這并不意味著以任何方式進(jìn)行限制。在另一實(shí)施例中(未示出)，提供了提供三角形/星形切換的一組單獨(dú)的開(kāi)關(guān)，而不超出范圍。上述內(nèi)容已被描述為針對(duì)每一相L1、L2、L3提供電壓傳感器40和電流傳感器50， 然而如上所述，這并不意味著進(jìn)行限制。具體而言，在一個(gè)實(shí)施例中，只提供了兩個(gè)電壓傳感器40和兩個(gè)電流傳感器50，其中未提供電壓傳感器40和/或電流傳感器50的相的電壓和電流信息由主控制單元60計(jì)算，如u3 =-ul-u2 ;i3 =-il-i2等式 1其中未提供電壓傳感器40的相的電壓表示為u3，而提供電壓傳感器40的相的電壓分別表示為ul和u2。類(lèi)似地，未提供電流傳感器50的相的電流表示為i3，而提供電流傳感器50的相的電流分別表示為il和i2。圖IB在所有方面與圖IA類(lèi)似，其不同之處在于，周波變換器功能70肯定地結(jié)合在交流電動(dòng)機(jī)控制器10內(nèi)。為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，將一起解釋圖IA和圖IB的系統(tǒng)兩者的操作， 注意的是，在操作中需要周波變換器功能70的情況下，調(diào)用圖1B，或者調(diào)用肯定地結(jié)合有周波變換器功能70的圖IA的實(shí)施例。在操作中，主控制單元60經(jīng)由A/D變換器100從相應(yīng)電壓傳感器40和電流傳感器50接收第一、第二和第三繞組；35中的每一個(gè)的瞬時(shí)電壓和電流信息。響應(yīng)于傳感器數(shù)據(jù)，主控制單元60可用于確定表示為ilx和ily的定子電流的正交分量。具體而言ilx = il ；ily = -(i2-i3)/ V 3等式 2其中il是通過(guò)如第一電流傳感器50所感測(cè)的繞組35A的電流，i2是通過(guò)如第二電流傳感器50所感測(cè)的繞組35B的電流，而i3是通過(guò)如第三電流傳感器50所感測(cè)的繞組 35C的電流。如以上參考等式1所指示的，不需要第三電壓傳感器40和第三電流傳感器50。 控制單元60還可用于確定表示為ulx和uly的定子電壓的正交分量。具體而言u(píng)lx = u35A ；uly = - (u35B_u35C) / V 3等式 3
其中u35A是如第一電壓傳感器40所感測(cè)的繞組35A兩端的電壓，u35B是如第二電壓傳感器40所感測(cè)的繞組35B兩端的電壓，而u35C是如第三電壓傳感器40所感測(cè)的繞組35C兩端的電壓。在一個(gè)實(shí)施例中，電壓傳感器40分別被切換成直接感測(cè)相應(yīng)繞組35 兩端的電壓，在另一實(shí)施例中，響應(yīng)于相應(yīng)電壓傳感器40的輸出確定相應(yīng)繞組35兩端的電壓。主控制單元60還可用于響應(yīng)于等式2和等式3的結(jié)果確定表示為elx和ely的定子的EMF的正交分量，如elx = ulx-rl*ilx ；ely = uly-rl*ily 等式 4其中rl是定子的電阻。主控制單元60還可用于響應(yīng)于等式4的結(jié)果確定對(duì)表示為和的定子的磁鏈?zhǔn)噶康恼环至康墓烙?jì)，如Ψ2χ = - / elxdt ；Ψ2γ = - f elydt 等式 5主控制單元60優(yōu)選地還可用于響應(yīng)于等式5的結(jié)果確定對(duì)表示為Ψ2的定子的磁鏈?zhǔn)噶康墓烙?jì)，如Ψ2 = V ((Ψ2χ)2+(Ψ2γ)2)等式 6另外，主控制單元60優(yōu)選地還可用于響應(yīng)于等式2和等式5的結(jié)果確定表示為T(mén)e 的電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩，如Te = 3/2*ρ*(Ψ2χ* 1γ-Ψ2γ* 1χ)等式 7其中“ ρ ”表示電動(dòng)機(jī)極集合的數(shù)量。主控制單元60更優(yōu)選地可用于響應(yīng)于等式2確定表示為 的定子電流，如1 = V ((ily)2 + (ilx)2)等式 8并且響應(yīng)于等式4確定表示為E的定子的內(nèi)部EMF矢量，如E = V ((elx)2+(ely)2)等式 9主控制單元60優(yōu)選地還可用于響應(yīng)于等式6和8的結(jié)果確定表示為[2的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的EMF矢量，如￠2 二 Ψ2 - μ*Χ1* 等式 10其中μ表示定子和轉(zhuǎn)子的繞組之間的磁耦合率，而“XI”表示定子繞組的電感性阻抗，μ和Xl兩者是作為目標(biāo)電動(dòng)機(jī)的固定常數(shù)的輸入。主控制單元60更優(yōu)選地可用于響應(yīng)于等式10確定表示為ω的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率， 如ω= e2 * Z等式 11其中Z是被選擇用于將^2的范圍縮放成ω的范圍的電動(dòng)機(jī)特定縮放因子。由此， 響應(yīng)于電壓傳感器40和電流傳感器50的輸出確定轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率ω。在替換實(shí)施例中，主控制單元60更優(yōu)選地可用于確定等式7的Te和表示為T(mén)s的電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)負(fù)載轉(zhuǎn)矩之間的差值，如Te-Ts = J d ω /dt 等式 12其中J是被確定為GD2/4的目標(biāo)電動(dòng)機(jī)的慣性力矩，其中GD2也稱(chēng)為飛輪力矩。G 是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的質(zhì)量，D是轉(zhuǎn)子的平均(或有效的)直徑，而Ts是目標(biāo)電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)負(fù)載轉(zhuǎn)矩。Ts可以是固定值、來(lái)自轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率的線性函數(shù)和平方律(square law)函數(shù)中的一個(gè)，而不超出范圍。轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率ω還可被確定為隨時(shí)間變化的函數(shù)，如co=/dco/dt 等式 13主控制單元60還可用于接收指示轉(zhuǎn)子的目標(biāo)旋轉(zhuǎn)頻率(表示為coref)的輸入命令。在一個(gè)實(shí)施例中，響應(yīng)于等式11和13之一響應(yīng)于ω和coref之間的差值維持對(duì)目標(biāo)電動(dòng)機(jī)速度的控制。響應(yīng)于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率的閉環(huán)控制在一個(gè)實(shí)施例中響應(yīng)于比例積分微分 (PID)控制器功能。優(yōu)選地，定子電流還維持在預(yù)定參數(shù)內(nèi)，更優(yōu)選地響應(yīng)于比例積分微分 (PID)控制器功能或比例積分(PI)控制器功能?，F(xiàn)在參考圖2，描述了根據(jù)示例性實(shí)施例的主控制單元60通過(guò)在三角形和星形配置之一之間切換執(zhí)行節(jié)能的操作。在階段1000，AC電動(dòng)機(jī)30啟動(dòng)并且加速到設(shè)定頻率，如將在下文中參考圖3進(jìn)一步描述的。在可任選的階段1010，將半導(dǎo)體切換單元20設(shè)置成以三角形配置連接AC電動(dòng)機(jī)30，具體地三相線連接L1、L2、L3。具體而言，啟用晶閘管21、 22、23、24、25和沈，而禁用晶閘管27、觀和四。在階段1020，輸入電壓和電流的感測(cè)值，并且可任選地響應(yīng)于等式1確定第三相的值。在可任選的階段1030，響應(yīng)于階段1010的輸入值確定目標(biāo)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率中的至少一個(gè)，如以上參考等式2-等式13所描述的。在階段1040，響應(yīng)于可任選的周波變換器功能70和相控功能80中所選定的一個(gè)啟用和禁用晶閘管21、22、23、24、25和26。針對(duì)在標(biāo)稱(chēng)值的預(yù)定范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)頻率，優(yōu)選相控功能80，而針對(duì)顯著地在該范圍以外的旋轉(zhuǎn)頻率(即，顯著地低于標(biāo)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)頻率，在一個(gè)非限制性實(shí)施例中為低于約80%的標(biāo)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)頻率)，對(duì)適當(dāng)功能的選擇響應(yīng)于表示為T(mén)*的相對(duì)轉(zhuǎn)矩，如T* = Ts/Tn 等式 14其中Tn被定義為標(biāo)稱(chēng)靜態(tài)負(fù)載轉(zhuǎn)矩，并且可以牛頓/米為單位來(lái)確定，如Tn = 9550*ρ* π / (30* ω)等式 15在低Τ*的情況下，優(yōu)選可任選的周波變換器功能功能70，而在高f的情況下，優(yōu)選相控功能80。高和低的精確定義受制于實(shí)際電動(dòng)機(jī)條件，并且可基于針對(duì)各種條件所測(cè)量的節(jié)能來(lái)設(shè)置。在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，術(shù)語(yǔ)低！"被定義為小于約0. 5。應(yīng)當(dāng)注意，優(yōu)選地經(jīng)由可任選的周波變換器功能70執(zhí)行降低AC電動(dòng)機(jī)30的旋轉(zhuǎn)頻率和反轉(zhuǎn)AC電動(dòng)機(jī)30。制動(dòng)AC電動(dòng)機(jī)30可由可任選的周波變換器功能70來(lái)執(zhí)行，具體而言通過(guò)向繞組35中的兩個(gè)同時(shí)施加同相電壓的脈沖(pulse)，同時(shí)阻止來(lái)自第三繞組 35的電力。在另一實(shí)施例中，制動(dòng)AC電動(dòng)機(jī)30通過(guò)響應(yīng)于可任選的周波變換器功能70降低旋轉(zhuǎn)頻率來(lái)執(zhí)行，從而導(dǎo)致復(fù)原的制動(dòng)?？扇芜x的周波變換器功能70在一個(gè)實(shí)施例中可用于產(chǎn)生與表示為FL的線頻率不同的表示為FS的副頻率。半導(dǎo)體切換單元20的以星形或三角形配置的操作晶閘管的操作響應(yīng)于副頻率FS。所得波形呈現(xiàn)出FL-FS的頻率。通過(guò)設(shè)置所得波形的時(shí)序，各相的時(shí)序可呈現(xiàn)反向關(guān)系，并且由此可獲得AC電動(dòng)機(jī)30的反向操作。在階段1050，檢查AC電動(dòng)機(jī)30的配置以確認(rèn)星形配置是可能的。優(yōu)選地，將配置信息輸入到主控制單元60，作為初始配置階段的一部分。在星形配置是不可能的情況下，執(zhí)行階段1040。在階段1050星形配置是可能的情況下，在階段1060，檢查電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率以確
14保旋轉(zhuǎn)頻率在標(biāo)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)頻率的預(yù)定范圍內(nèi)。旋轉(zhuǎn)頻率范圍在一個(gè)實(shí)施例中響應(yīng)于所確定的轉(zhuǎn)差率(slip)而確定，如參考在下文中描述的等式16所描述的。另外，階段1020的電流的感測(cè)值和可任選地確定的第三相值之一以及階段1030的目標(biāo)電動(dòng)機(jī)的所確定的靜態(tài)負(fù)載轉(zhuǎn)矩與適用于設(shè)置三角形配置和星形配置之一的第一標(biāo)稱(chēng)靜態(tài)負(fù)載轉(zhuǎn)矩值進(jìn)行比較。在示例性實(shí)施例中，如將在下文中參考圖6A-6C進(jìn)一步描述，大于或等于約60%的靜態(tài)負(fù)載轉(zhuǎn)矩指示星形配置將減少能耗。在所比較的感測(cè)值在適用于設(shè)置三角形配置和星形配置之一的標(biāo)稱(chēng)值的第一預(yù)定范圍內(nèi)的情況下，在階段1070，將半導(dǎo)體切換單元20設(shè)置成星形配置。具體而言，禁用晶閘管21、22、23、24、25和26，而啟用晶閘管27J8和29。在可任選的階段1080，啟用相控功能80，并且響應(yīng)于相控功能80啟用和禁用晶閘管27 J8和四。在階段1090，階段1020的電流的感測(cè)值和可任選地確定的第三相值之一以及階段1030的目標(biāo)電動(dòng)機(jī)的所確定的靜態(tài)負(fù)載轉(zhuǎn)矩與適用于設(shè)置三角形配置和星形配置之一的第二標(biāo)稱(chēng)靜態(tài)負(fù)載轉(zhuǎn)矩值進(jìn)行比較。在示例性實(shí)施例中，選擇與第一標(biāo)稱(chēng)電磁轉(zhuǎn)矩值充分不同的第二標(biāo)稱(chēng)電磁轉(zhuǎn)矩值以提供所需滯后。在所比較的感測(cè)值在適用于設(shè)置三角形配置和星形配置之一的標(biāo)稱(chēng)值的第二預(yù)定范圍以外的情況下，在階段1100，將半導(dǎo)體切換單元20設(shè)置成三角形配置，并且再次執(zhí)行階段1040。在階段1090所比較的感測(cè)值在適用于設(shè)置三角形配置和星形配置之一的標(biāo)稱(chēng)值的第二預(yù)定范圍內(nèi)的情況下，執(zhí)行可任選的階段 1080。應(yīng)當(dāng)理解，在將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率改變成其不在標(biāo)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)頻率的預(yù)定范圍內(nèi)的情況下，執(zhí)行階段1100。圖3示出根據(jù)示例性實(shí)施例的主控制單元60啟動(dòng)AC電動(dòng)機(jī)30的操作的高級(jí)流程圖。在階段2000，命令由主控制單元60接收以啟動(dòng)AC電動(dòng)機(jī)30。在一個(gè)實(shí)施例中，輸入目標(biāo)速度，并且響應(yīng)于主控制單元60的狀態(tài)機(jī)狀態(tài)、或如電流傳感器50所檢測(cè)的沒(méi)有電流流經(jīng)AC電動(dòng)機(jī)30，主控制單元60可用于檢測(cè)AC電動(dòng)機(jī)30不在操作狀態(tài)中?？扇芜x地， 如果AC電動(dòng)機(jī)30的配置允許此類(lèi)連接，如初始配置設(shè)置所指示的，則將半導(dǎo)體切換單元20 設(shè)置成三角形配置。在階段2010，主控制單元60可用于以低功率操作(通常在20° -30°的范圍內(nèi)) 啟用相控功能80，更具體地，只有三相L1、L2和L3各自的AC電力的第一 20° -30°通過(guò)切換控制單元20的操作晶間管。如將在下文中進(jìn)一步描述，術(shù)語(yǔ)20° -30°是指此處表示為α的導(dǎo)通角。在示例性實(shí)施例中，如以上參考階段2000所描述的，以三角形配置實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)，并且由此，如上所述，操作晶閘管21-26，而禁用晶閘管27-29。在階段2020，主控制單元60禁用相控功能80，并且啟用可任選的周波變換器功能 70。在階段2030，響應(yīng)于主控制單元60，將周波變換器功能80設(shè)置成以預(yù)定旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)AC 電動(dòng)機(jī)30。在一個(gè)實(shí)施例中，如所示出的，預(yù)定旋轉(zhuǎn)是10%的標(biāo)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)速度，然而這并不意味著以任何方式進(jìn)行限制。在示例性實(shí)施例中，操作是以開(kāi)環(huán)操作的，直至優(yōu)選地響應(yīng)于以上所述的等式11或等式13，檢測(cè)到目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度。在階段2040，響應(yīng)于主控制單元60，將可任選的周波變換器功能70設(shè)置成閉環(huán)操作。在階段2050，主控制單元60可用于通過(guò)隨時(shí)間朝著期望目標(biāo)旋轉(zhuǎn)頻率調(diào)節(jié)目標(biāo)旋轉(zhuǎn)頻率來(lái)增加AC電動(dòng)機(jī)30的旋轉(zhuǎn)速度。如上所述，可任選的周波變換器功能70可用于響應(yīng)于等式11或等式13之一響應(yīng)于ω和coref之間的差值控制AC電動(dòng)機(jī)30的旋轉(zhuǎn)速度。由此，隨時(shí)間增加目標(biāo)旋轉(zhuǎn)頻率使AC電動(dòng)機(jī)30的旋轉(zhuǎn)頻率隨時(shí)間增加。在一個(gè)實(shí)施例中，目標(biāo)旋轉(zhuǎn)頻率隨時(shí)間線性地增加，而在另一實(shí)施例中，目標(biāo)旋轉(zhuǎn)頻率隨時(shí)間非線性地增加。優(yōu)選地，對(duì)線性或非線性增加的選擇響應(yīng)于初始配置負(fù)載參數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，提供了對(duì)固定的、線性和平方律靜態(tài)負(fù)載轉(zhuǎn)矩Ts之一的選擇，并且對(duì)線性或非線性增加的選擇響應(yīng)于此。在階段2060，將旋轉(zhuǎn)頻率與階段2020的設(shè)定預(yù)定旋轉(zhuǎn)進(jìn)行比較，并且作出關(guān)于旋轉(zhuǎn)頻率是否已經(jīng)達(dá)到設(shè)定值、或目標(biāo)值的確定。在旋轉(zhuǎn)頻率已經(jīng)達(dá)到設(shè)定值的情況下，在階段2070，主控制單元60響應(yīng)于相對(duì)轉(zhuǎn)矩f或相對(duì)電流Γ、以及旋轉(zhuǎn)頻率ω (其中Γ被定義為每一相的通過(guò)相應(yīng)繞組的電流除以標(biāo)稱(chēng)電流)啟用可任選的周波變換器功能70和相控功能80之一，如將參考圖4進(jìn)一步描述的。在階段2060旋轉(zhuǎn)頻率未達(dá)到標(biāo)稱(chēng)操作值的情況下，維持如上所述的階段2050。圖4示出交流模式控制器10在穩(wěn)態(tài)操作中的操作的高級(jí)流程圖。在階段3000，主控制單元60響應(yīng)于可任選的周波變換器功能70和相控功能80之一控制半導(dǎo)體切換單元 20，如以上參考階段2070和1040所描述的。在階段3010，主控制單元60響應(yīng)于相對(duì)轉(zhuǎn)矩f和負(fù)載角之一確定期望點(diǎn)弧 (firing)角以減少能耗，如以上參考等式14和以下參考等式22分別所描述的。點(diǎn)弧角α 被定義為操作晶閘管傳遞電流期間的時(shí)間，并且也稱(chēng)為導(dǎo)通角。降低的導(dǎo)通角α產(chǎn)生相應(yīng)繞組35兩端降低的有效RMS電壓，并且增加的導(dǎo)通角α產(chǎn)生相應(yīng)繞組35兩端增加的有效 RMS電壓，高達(dá)標(biāo)稱(chēng)RMS線電壓。導(dǎo)通角優(yōu)選根據(jù)以下所述的兩個(gè)節(jié)能模式之一以閉環(huán)方式來(lái)確定。具體而言，選擇兩個(gè)節(jié)能模式之一響應(yīng)于負(fù)載角的第一節(jié)能模式；以及響應(yīng)于相對(duì)轉(zhuǎn)矩和相對(duì)電流的第二節(jié)能模式。在示例性實(shí)施例中，對(duì)節(jié)能模式的選擇是基于試驗(yàn)期間體驗(yàn)到的節(jié)能所選的用戶(hù)可選條件。在第一節(jié)能模式中，響應(yīng)于優(yōu)選地根據(jù)以上所述的等式9和以下所述的等式20的 E和Il之間的角來(lái)確定導(dǎo)通角。具體而言，將該角維持在預(yù)定范圍內(nèi)，并且將導(dǎo)通角設(shè)置成使E和Il之間的角達(dá)到預(yù)設(shè)點(diǎn)。在示例性實(shí)施例中，將E和Il之間的角維持在20°和 30°之間，其中基于試驗(yàn)期間體驗(yàn)到的節(jié)能來(lái)選擇最佳點(diǎn)。在第二節(jié)能模式中，響應(yīng)于相對(duì)轉(zhuǎn)矩確定導(dǎo)通角，如將參考圖5進(jìn)一步描述的。圖 5是示例性AC電動(dòng)機(jī)30在多個(gè)相對(duì)轉(zhuǎn)矩處的相對(duì)電流對(duì)相對(duì)電壓的圖表，其中χ軸表示單個(gè)相的相對(duì)電壓，而1軸表示通過(guò)χ軸的相的繞組的相對(duì)電流。此處針對(duì)單相描述了計(jì)算，然而可使用相電壓及其相應(yīng)電流的組合，而不超出范圍。相對(duì)電壓表示為『，并且被確定為Ul/Uln，即，特定繞組35兩端的電壓比該特定繞組35兩端的標(biāo)稱(chēng)電壓。相對(duì)電流表示為Γ，并且被確定為Il/Iln，即，通過(guò)特定繞組35的電流比通過(guò)該特定繞組35的標(biāo)稱(chēng)電流。在電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)表中找到標(biāo)稱(chēng)相電壓和電流。在下文中將進(jìn)一步描述Ul和II。示出多個(gè)曲線，每一個(gè)曲線表示特定相對(duì)轉(zhuǎn)矩值T*。具體而言，示出針對(duì)f為0.2、 T*為0. 4、f為0. 6和f為0. 8的電流對(duì)電壓行為。應(yīng)當(dāng)注意，曲線不是線性的，并且示出表示AC電動(dòng)機(jī)30在所指示相對(duì)轉(zhuǎn)矩處的最小電力使用的清楚的最小值。示出連接各個(gè)最小值點(diǎn)的曲線500。由此，響應(yīng)于所確定的相對(duì)轉(zhuǎn)矩T*，控制導(dǎo)通角α以將電壓和所得電流維持在最小值。
具體而言，如圖5所示的適當(dāng)值在一個(gè)實(shí)施例中如下所確定。表示為s的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率被確定為s = (ω3-ω)/ω3等式 16其中是同步角速度，優(yōu)選以弧度/秒為單位。出于一致性，如以上參考等式11 和等式13所描述的ω應(yīng)當(dāng)類(lèi)似地以弧度/秒為單位定義。Te優(yōu)選地被確定為
T =3*R2*I2*U/ _E/0^=^((^1 + ^2/42+(Il+ 12)2)等式 17這產(chǎn)生與等式7相同的值，優(yōu)選以牛頓/米為單位。由于使用等式17使該循環(huán)的閉環(huán)更簡(jiǎn)單，因此等式17是優(yōu)選的。在穩(wěn)態(tài)中Ts = Te 等式 18在等式17的解釋中U1是定子的相電壓；Rl和Xl分別表示定子繞組的每一相電阻和電感性阻抗；R2和X2分別表示如反映給定子繞組的轉(zhuǎn)子繞組的每一相電阻和漏電抗。 以上表示為12的轉(zhuǎn)子電流被確定為12 = Ul/J ((Rl + Rllsf + (XI + X2)2)等式 19定子的相電流矢量且優(yōu)選以安培表達(dá)的Il被確定為η = Jn2 等式 20如在等式20中表達(dá)的I μ是優(yōu)選以歐姆表達(dá)的電動(dòng)機(jī)的磁化電流，并且被確定為I μ = Ul/Χμ等式 21其中Χμ是電動(dòng)機(jī)的磁化電抗。優(yōu)選地，R1、R2、X1、X2和Χμ各自以歐姆表達(dá)。優(yōu)選地，進(jìn)一步確定負(fù)載角，負(fù)載角被定義為定子的EMF和定子電流之間的角的一個(gè)正交分量，負(fù)載角表示為Θ，如θ = / (ely-μ *Xl*ily)dt 等式 22其中術(shù)語(yǔ)ely、μ、Χ1和ily分別如以上參考等式2、4和10所描述的。上述內(nèi)容在只確定負(fù)載角的一個(gè)正交分量的實(shí)施例中描述，然而這并不意味著以任何方式進(jìn)行限制，并且可確定兩個(gè)正交分量，而不超出范圍。由此，利用等式16-22，可動(dòng)態(tài)地確定f的值，并且響應(yīng)于f可調(diào)節(jié)導(dǎo)通角，從而使電動(dòng)機(jī)的電力使用最小化。在階段3020，檢查到主控制單元60的輸入以確定旋轉(zhuǎn)頻率的改變是否合乎需要。 在旋轉(zhuǎn)頻率的改變是合乎需要的情況下，在階段3030，主控制單元60禁用相控功能80并啟用可任選的周波變換器功能70。在階段3040，主控制單元60響應(yīng)于旋轉(zhuǎn)頻率和感測(cè)電流以閉環(huán)控制AC電動(dòng)機(jī)30的旋轉(zhuǎn)。具體而言，如上所述，感測(cè)電流被維持在預(yù)定參數(shù)內(nèi)，同時(shí)閉合旋轉(zhuǎn)頻率的環(huán)路。在一個(gè)特定實(shí)施例中，感測(cè)電流限于不超過(guò)標(biāo)稱(chēng)電流。在階段3050，AC電動(dòng)機(jī)30的旋轉(zhuǎn)頻率與如在階段3020所接收的設(shè)定旋轉(zhuǎn)頻率進(jìn)行比較。在AC電動(dòng)機(jī)30的旋轉(zhuǎn)頻率已達(dá)到設(shè)定頻率的情況下，執(zhí)行如上所述的階段3000。 在階段3050旋轉(zhuǎn)頻率不等于設(shè)定頻率的情況下，再次執(zhí)行階段3040。在階段3020旋轉(zhuǎn)頻率的改變不是合乎需要的情況下，維持如上所述的階段3010。圖6A-6C示出作為轉(zhuǎn)矩因子(此處定義為標(biāo)稱(chēng)轉(zhuǎn)矩的百分比)的函數(shù)的星形和三角形配置之間受控制的切換的優(yōu)點(diǎn)。如以上參考等式18所指示的，在穩(wěn)態(tài)操作中，電磁轉(zhuǎn)矩等于靜態(tài)負(fù)載轉(zhuǎn)矩。圖6A示出以三角形配置和星形配置之一的目標(biāo)電動(dòng)機(jī)在電磁轉(zhuǎn)矩因子的范圍上的效率的圖形，其中X軸表示標(biāo)稱(chēng)電磁轉(zhuǎn)矩的百分比，而y軸表示歸一化的電動(dòng)機(jī)效率。曲線200表示AC電動(dòng)機(jī)30在以三角形配置連接時(shí)在電磁轉(zhuǎn)矩因子的范圍上的效率，而曲線 210表示AC電動(dòng)機(jī)30在以星形配置連接時(shí)在電磁轉(zhuǎn)矩因子的范圍上的效率。在電磁轉(zhuǎn)矩因子超過(guò)50%處，AC電動(dòng)機(jī)30在以三角形配置連接時(shí)呈現(xiàn)改進(jìn)的效率，而對(duì)于50%以下的電磁轉(zhuǎn)矩因子，AC電動(dòng)機(jī)30在以星形配置連接時(shí)呈現(xiàn)改進(jìn)的效率。圖6B示出以三角形配置和星形配置之一的目標(biāo)電動(dòng)機(jī)在電磁轉(zhuǎn)矩因子的范圍上的功率因子的圖形，其中χ軸表示標(biāo)稱(chēng)電磁轉(zhuǎn)矩的百分比，而y軸表示歸一化的功率因子， 也稱(chēng)為COScp。曲線230表示AC電動(dòng)機(jī)30在以三角形配置連接時(shí)在電磁轉(zhuǎn)矩因子的范圍上的功率因子，而曲線240表示AC電動(dòng)機(jī)30在以星形配置連接時(shí)在電磁轉(zhuǎn)矩因子的范圍上的功率因子。通過(guò)在星形配置中針對(duì)在20%和約80%之間的電磁轉(zhuǎn)矩因子維持星形配置來(lái)維持超過(guò)80%的功率因子，而三角形配置只針對(duì)80%以上的轉(zhuǎn)矩因子提供超過(guò)80%的功率因子。圖6C示出以三角形配置和星形配置之一的目標(biāo)電動(dòng)機(jī)在電磁轉(zhuǎn)矩因子的范圍上的電流消耗的圖形，其中X軸表示標(biāo)稱(chēng)電磁轉(zhuǎn)矩的百分比，而y軸表示歸一化的電流消耗對(duì)標(biāo)稱(chēng)電流消耗。曲線260表示AC電動(dòng)機(jī)30在以三角形配置連接時(shí)在電磁轉(zhuǎn)矩因子的范圍上的歸一化的電流消耗，而曲線270表示AC電動(dòng)機(jī)30在以星形配置連接時(shí)在電磁轉(zhuǎn)矩因子的范圍上的歸一化的電流消耗。針對(duì)小于約80%的轉(zhuǎn)矩因子，星形配置的歸一化的電流消耗低于三角形配置的歸一化的電流消耗，而針對(duì)增大的轉(zhuǎn)矩因子，三角形配置示出縮減的歸一化的電流消耗。圖7示出在所有方面與圖IA的系統(tǒng)類(lèi)似、還呈現(xiàn)每一線相由扼流圈300和電容器 310構(gòu)成的無(wú)源過(guò)濾器的系統(tǒng)的高級(jí)示意圖。具體而言，相應(yīng)扼流圈300插在Li、L2和L3 中的每一個(gè)和相應(yīng)電壓傳感器40的輸入側(cè)之間，表示到相應(yīng)繞組35的第一端的連接路徑， 而相應(yīng)電容器310連接在相應(yīng)電壓傳感器40的輸入側(cè)和相應(yīng)繞組35的第二端之間。扼流圈300和電容器310的結(jié)合用作以小于標(biāo)稱(chēng)值的旋轉(zhuǎn)頻率的操作期間增加電動(dòng)機(jī)的效率的濾波器。具體而言，扼流圈300和電容器310的結(jié)合用于在相應(yīng)晶閘管切斷期間確保定子繞組中的電流連續(xù)性。選擇扼流圈300的值以將相應(yīng)電容器310的充電電流限于可接受水平。響應(yīng)于AC電動(dòng)機(jī)30的參數(shù)，選擇電容器310的值。在一個(gè)特定實(shí)施例中，每一電容器310的值約為1/ (ω 2^L)，其中L是定子繞組的電感。上述內(nèi)容已在為每一半導(dǎo)體切換單元20和相應(yīng)電動(dòng)機(jī)30提供交流電動(dòng)機(jī)控制器 10的實(shí)施例中進(jìn)行了描述，然而這并不意味著以任何方式進(jìn)行限制。圖8示出其中具有相應(yīng)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元20的多個(gè)AC電動(dòng)機(jī)30由單個(gè)交流電動(dòng)機(jī)控制器10控制的多電動(dòng)機(jī)實(shí)施例的高級(jí)框圖。此類(lèi)實(shí)施例對(duì)各個(gè)電動(dòng)機(jī)之間的同步是有利的。在一個(gè)特定實(shí)施例中， 通過(guò)單個(gè)交流電動(dòng)機(jī)控制器10的操作來(lái)同步大工廠中的各個(gè)電動(dòng)機(jī)的關(guān)閉和啟動(dòng)以實(shí)現(xiàn)節(jié)能。圖9示出圖IA的交流電動(dòng)機(jī)控制器的主控制單元60響應(yīng)于電流以星形和三角形配置之一交替地連接目標(biāo)AC電動(dòng)機(jī)的操作的示例性實(shí)施例的高級(jí)流程圖。在一個(gè)特定實(shí)施例中，在未提供可任選的周波變換器功能70且進(jìn)一步變頻電壓不需要被交流電動(dòng)機(jī)控制器10遞送的情況下實(shí)現(xiàn)圖9的方法。在一個(gè)特定實(shí)施例中，提供交流電動(dòng)機(jī)控制器10 以連接到變頻變換器的輸出，由此Li、L2和L3的驅(qū)動(dòng)頻率由變頻變換器改變，并且由此可使用交流電動(dòng)機(jī)控制器10而無(wú)需可任選的周波變換器功能70。在階段4000，加載最大的啟動(dòng)時(shí)間和可任選的最大允許電流值。在示例性實(shí)施例中，最大的允許電流值是AC電動(dòng)機(jī)30的標(biāo)稱(chēng)電流的倍數(shù)，諸如標(biāo)稱(chēng)電流的兩倍。在階段 4010，將諸如半導(dǎo)體切換單元20之類(lèi)的切換單元設(shè)置成以星形配置連接AC電動(dòng)機(jī)30。AC 電動(dòng)機(jī)30是用于主控制單元60的目標(biāo)AC電動(dòng)機(jī)。在階段4020，優(yōu)選地經(jīng)由電流傳感器50監(jiān)測(cè)通過(guò)AC電動(dòng)機(jī)30的至少兩個(gè)繞組的電流流動(dòng)。在階段4030，響應(yīng)于階段4020所監(jiān)測(cè)的電流流動(dòng)，在階段4000的最大啟動(dòng)時(shí)間期滿(mǎn)之前，確定成功地啟動(dòng)AC電動(dòng)機(jī)30。具體而言，成功地啟動(dòng)AC電動(dòng)機(jī)30由達(dá)到AC 電動(dòng)機(jī)30的標(biāo)稱(chēng)電流附近或以下的值的衰減電流流動(dòng)表征。在4030在最大啟動(dòng)時(shí)間期滿(mǎn)之前檢測(cè)到啟動(dòng)AC電動(dòng)機(jī)30的情況下，在階段4040 監(jiān)測(cè)通過(guò)AC電動(dòng)機(jī)30的至少兩個(gè)繞組的電流流動(dòng)。可任選地，響應(yīng)于所監(jiān)測(cè)的電流流動(dòng)， 確定如以上參考等式14所描述的相對(duì)轉(zhuǎn)矩或如以上參考等式22所描述的AC電動(dòng)機(jī)30的負(fù)載角中的至少一個(gè)。在階段4050，響應(yīng)于階段4040所監(jiān)測(cè)的電流的預(yù)定條件，AC電動(dòng)機(jī)30交替地以星形和三角形配置之一連接。響應(yīng)于階段4040所監(jiān)測(cè)的電流的實(shí)際電流所確定的條件，連接成星形和三角形配置之一是動(dòng)態(tài)進(jìn)行中(on-going)的過(guò)程。優(yōu)選地，在預(yù)定條件下提供滯后，從而避免預(yù)定條件值周?chē)呐渲玫闹貜?fù)改變。可任選地，所確定的相對(duì)轉(zhuǎn)矩和負(fù)載角之一與預(yù)定條件進(jìn)行比較，并且切換到星形或三角形配置的判定響應(yīng)于相對(duì)轉(zhuǎn)矩和負(fù)載角中所確定的一個(gè)。在階段4060，當(dāng)AC電動(dòng)機(jī)30以三角形配置連接時(shí)，響應(yīng)于階段4040所監(jiān)測(cè)的電流，調(diào)制半導(dǎo)體切換單元20的構(gòu)成半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通角以減少能耗，如以上參考圖4所描述的。可任選地，響應(yīng)于相對(duì)轉(zhuǎn)矩和負(fù)載角中所確定的一個(gè)，確定導(dǎo)通角。在階段4030在最大啟動(dòng)時(shí)間期滿(mǎn)之前未檢測(cè)到啟動(dòng)AC電動(dòng)機(jī)30的情況下，在階段4100將諸如半導(dǎo)體切換單元20之類(lèi)的切換單元設(shè)置成以三角形配置連接AC電動(dòng)機(jī)30。 在階段4110，響應(yīng)于調(diào)制半導(dǎo)體切換單元20的構(gòu)成半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通角的相控功能80，執(zhí)行啟動(dòng)以斜坡升高供應(yīng)給AC電動(dòng)機(jī)30的有效電壓。如以上參考階段4020所描述的，監(jiān)測(cè)通過(guò)至少兩個(gè)繞組的電流以確保不超出預(yù)定界限。在超出預(yù)定界限的情況下，通過(guò)臨時(shí)地降低有效電壓來(lái)降低電流，由此將啟動(dòng)參數(shù)維持在預(yù)定界限以下。在一個(gè)特定示例性實(shí)施例中，階段4110的預(yù)定界限是標(biāo)稱(chēng)電流的三倍。在已實(shí)現(xiàn)了啟動(dòng)AC電動(dòng)機(jī)30之后，執(zhí)行如上所述的階段4040。應(yīng)當(dāng)理解，為清楚起見(jiàn)，在單獨(dú)實(shí)施例上下文中描述的本發(fā)明的某些特征也可在單個(gè)實(shí)施例中組合提供。相反，為簡(jiǎn)潔起見(jiàn)在單個(gè)實(shí)施例的上下文中描述的本發(fā)明的各種特征也可分別提供或以任何合適的子組合提供。除非以其他方式定義，否則本文中所使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的一名普通技術(shù)人員所通常理解的相同的含義。雖然與本文中所描述的那些方法類(lèi)似或等效的方法可用于本發(fā)明的實(shí)踐或測(cè)試，但是在本文中描述了合適的方法。
19
本文中所提及的所有出版物、專(zhuān)利申請(qǐng)、專(zhuān)利以及其他參考文獻(xiàn)都通過(guò)引用整體結(jié)合于此。在沖突的情況下，包括定義的專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)將勝出。另外，材料、方法和示例都只是說(shuō)明性的，并不旨在進(jìn)行限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于在上文中已特定示出且描述的內(nèi)容。相反，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書(shū)定義，并且包括在上文中所描述的各種特征的組合和子組合、以及本領(lǐng)域技術(shù)人員在讀取在前描述之后可能理解的其變體和修改。
權(quán)利要求
1.一種交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，包括控制單元；周波變換器功能；相控功能；以及包括各自與目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的特定繞組相關(guān)聯(lián)且各自獨(dú)立地響應(yīng)于所述控制單元的多個(gè)電子控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的半導(dǎo)體切換單元。
2.如權(quán)利要求1所述的交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述半導(dǎo)體切換單元被安排成響應(yīng)于所述控制單元以星形和三角形配置之一將所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的繞組連接到三相電源輸入。
3.如權(quán)利要求2所述的交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，在所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的操作條件下，所述控制單元被安排成響應(yīng)于旋轉(zhuǎn)頻率以及繞組電流和靜態(tài)負(fù)載轉(zhuǎn)矩之一的預(yù)定條件來(lái)設(shè)置所述半導(dǎo)體切換單元以將所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的繞組連接成所述星形配置。
4.如權(quán)利要求3所述的交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，在所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的操作條件下，所述控制單元被安排成響應(yīng)于不存在所述旋轉(zhuǎn)頻率以及所述繞組電流和靜態(tài)負(fù)載轉(zhuǎn)矩之一的預(yù)定條件來(lái)設(shè)置所述半導(dǎo)體切換單元以將所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的繞組連接成所述三角形配置。
5.如權(quán)利要求1所述的交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，在所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)條件下，所述控制單元被安排成響應(yīng)于所述周波變換器功能調(diào)制所述電子控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通周期。
6.如權(quán)利要求5所述的交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，在所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)條件下，所述控制單元還被安排成將所述半導(dǎo)體切換單元設(shè)置成以所述三角形配置使所述交流電動(dòng)機(jī)的繞組連接到三相電源輸入。
7.如權(quán)利要求1所述的交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括與所述控制單元通信的電流監(jiān)測(cè)器，所述電流監(jiān)測(cè)器被安排成提供流經(jīng)目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的至少兩個(gè)繞組的電流量的指示，其中所述半導(dǎo)體切換單元被安排成響應(yīng)于所述控制單元以星形和三角形配置之一將所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的繞組連接到三相電源輸入，并且其中所述控制單元被安排成響應(yīng)于所述電流監(jiān)測(cè)器所提供的流經(jīng)目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的至少兩個(gè)繞組的電流量的指示的預(yù)定條件以星形和三角形配置之一交替地連接所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的繞組。
8.如權(quán)利要求7所述的交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元還被安排成響應(yīng)于流經(jīng)所述至少兩個(gè)繞組的電流量所提供的指示來(lái)確定所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的相對(duì)轉(zhuǎn)矩，其中所述預(yù)定條件是所述相對(duì)轉(zhuǎn)矩的預(yù)定值。
9.如權(quán)利要求7所述的交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，在所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)條件下，所述控制單元還被安排成將所述半導(dǎo)體切換單元設(shè)置成以所述星形配置使所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的繞組連接到三相電源輸入；以及在預(yù)定周期內(nèi)未檢測(cè)到啟動(dòng)所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的情況下，將所述半導(dǎo)體切換單元設(shè)置成以所述三角形配置使所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的繞組連接到三相電源輸入。
10.如權(quán)利要求9所述的交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元還被安排成響應(yīng)于所述相控功能啟動(dòng)所述三角形配置的所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)，所述相控功能被安排成調(diào)制所述多個(gè)電子控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)中的至少一些的導(dǎo)通角。
11.如權(quán)利要求10所述的交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述相控功能被安排成提供一般隨時(shí)間增加的有效電流，以由此啟動(dòng)所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)。
12.如權(quán)利要求10所述的交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述相控功能被安排成提供一般隨時(shí)間增加的有效電流，并且在流經(jīng)所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的至少兩個(gè)繞組的電流量超過(guò)預(yù)定值的情況下降低即時(shí)有效電壓，以由此啟動(dòng)所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)。
13.如權(quán)利要求7所述的交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元還可用于， 在所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的繞組以所述三角形配置連接時(shí)的所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的操作條件下，響應(yīng)于流經(jīng)所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的至少兩個(gè)繞組的電流量來(lái)調(diào)制所述多個(gè)電子控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)中的至少一些的導(dǎo)通角，選擇所述調(diào)制來(lái)減少能耗。
14.如權(quán)利要求7所述的交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元還被安排成響應(yīng)于流經(jīng)所述至少兩個(gè)繞組的電流量所提供的指示來(lái)確定所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的相對(duì)轉(zhuǎn)矩以及定子的電磁力矢量與所述定子的相電流之間的角中的一個(gè)，所述調(diào)制響應(yīng)于所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的相對(duì)轉(zhuǎn)矩以及所述定子的電磁力矢量與所述定子的相電流之間的角中的所確定的一個(gè)。
15.如權(quán)利要求1所述的交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，在所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的操作條件下，所述控制單元被安排成將所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率與設(shè)定值進(jìn)行比較；以及在所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率不等于所述設(shè)定值的情況下，響應(yīng)于所述周波變換器功能調(diào)制所述電子控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通周期。
16.如權(quán)利要求1所述的交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述相控功能可用于在所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的操作條件下響應(yīng)于所述相對(duì)轉(zhuǎn)矩調(diào)制所述多個(gè)電子控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)中的至少一些的導(dǎo)通角，以減少能耗。
17.如權(quán)利要求1所述的交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述相控功能可用于在所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的操作條件下響應(yīng)于所述定子的電磁力矢量與所述定子的相電流之間的角調(diào)制所述多個(gè)電子控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)中的至少一些的導(dǎo)通角，以減少能耗。
18.如權(quán)利要求1所述的交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于接收通過(guò)所述目標(biāo)電動(dòng)機(jī)的至少兩個(gè)繞組的電流的指示的裝置；以及用于接收與所述目標(biāo)電動(dòng)機(jī)的至少兩個(gè)繞組相關(guān)聯(lián)的電壓電勢(shì)的指示的裝置，所述控制單元可用于響應(yīng)于所接收的電流的指示和所接收的電壓電勢(shì)的指示控制所述半導(dǎo)體切換單元。
19.如權(quán)利要求1所述的交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括與所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的每一繞組并聯(lián)排列的無(wú)源濾波器。
20.一種用于控制交流三相電動(dòng)機(jī)的方法，所述方法包括提供呈現(xiàn)周波變換器功能和相控功能的控制器；提供到三相電源的基于半導(dǎo)體的可切換連接；以及響應(yīng)于所提供的周波變換器功能和所提供的相控功能中可選擇的一個(gè)調(diào)制所提供的基于半導(dǎo)體的可切換連接的構(gòu)成開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通周期。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，還包括將所述可切換連接設(shè)置成響應(yīng)于旋轉(zhuǎn)頻率以及繞組電流和靜態(tài)負(fù)載轉(zhuǎn)矩之一的預(yù)定條件以星形配置使所述交流三相電動(dòng)機(jī)連接到所述三相電源。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，還包括響應(yīng)于不存在所述旋轉(zhuǎn)頻率以及所述繞組電流和靜態(tài)負(fù)載轉(zhuǎn)矩之一的預(yù)定條件，將所述可切換連接設(shè)置成以三角形配置使所述交流三相電動(dòng)機(jī)連接到所述三相電源。
23.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，在所述交流三相電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)條件下，所述導(dǎo)通周期的所述調(diào)制響應(yīng)于所提供的周波變換器功能。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，還包括在所述交流三相電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)條件下將所提供的基于半導(dǎo)體的可切換連接設(shè)置成以三角形配置使所述交流三相電動(dòng)機(jī)連接到所述三相電源。
25.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，還包括接收流經(jīng)所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的至少兩個(gè)繞組的電流量的指示；以及經(jīng)由所提供的基于半導(dǎo)體的可切換連接、響應(yīng)于流經(jīng)所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的至少兩個(gè)繞組的電流量的預(yù)定條件以星形和三角形配置之一交替地連接所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的繞組。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，還包括響應(yīng)于流經(jīng)所述至少兩個(gè)繞組的電流量的所接收指示來(lái)計(jì)算所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的相對(duì)轉(zhuǎn)矩，其中所述預(yù)定條件是所述相對(duì)轉(zhuǎn)矩的預(yù)定值。
27.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，還包括在所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)條件下經(jīng)由所提供的基于半導(dǎo)體的可切換連接以所述星形配置將所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的繞組連接到三相電源輸入；監(jiān)測(cè)流經(jīng)所述至少兩個(gè)繞組的電流量的所接收指示來(lái)確定啟動(dòng)所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)是否已經(jīng)發(fā)生；以及在預(yù)定周期內(nèi)未檢測(cè)到啟動(dòng)所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的情況下，經(jīng)由所提供的基于半導(dǎo)體的可切換連接以所述三角形配置將所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的繞組連接到三相電源輸入。
28.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，在所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)條件下，所述導(dǎo)通周期的所述調(diào)制響應(yīng)于所述相控功能以啟動(dòng)所述三角形配置的所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)。
29.如權(quán)利要求觀所述的方法，其特征在于，所述調(diào)制以啟動(dòng)所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)提供一般隨時(shí)間增加的有效電流。
30.如權(quán)利要求四的方法，其特征在于，所述調(diào)制還包括在流經(jīng)所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的至少兩個(gè)繞組的電流量的所接收指示超過(guò)預(yù)定值的情況下降低即時(shí)有效電壓。
31.如權(quán)利要求25的方法，其特征在于，在所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的操作條件下，所述導(dǎo)通周期的所述調(diào)制響應(yīng)于流經(jīng)所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的至少兩個(gè)繞組的電流量來(lái)減少能耗。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，還包括 響應(yīng)于流經(jīng)所述至少兩個(gè)繞組的電流量的所接收指示來(lái)計(jì)算所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的相對(duì)轉(zhuǎn)矩以及定子的電磁力矢量與所述定子的相電流之間的角中的一個(gè)，所述導(dǎo)通周期的所述調(diào)制響應(yīng)于所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的相對(duì)轉(zhuǎn)矩以及所述定子的電磁力矢量與所述定子的相電流之間的角中的所確定的一個(gè)。
33.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，還包括在所述交流三相電動(dòng)機(jī)的操作條件下將所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率與設(shè)定值進(jìn)行比較；以及在所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率不等于所述設(shè)定值的情況下，響應(yīng)于所提供的周波變換器功能來(lái)調(diào)制所提供的基于半導(dǎo)體的可切換連接的構(gòu)成開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通周期。
34.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，還包括在所述交流三相電動(dòng)機(jī)的操作條件下響應(yīng)于所述相對(duì)轉(zhuǎn)矩，響應(yīng)于所提供的相控功能來(lái)調(diào)制所提供的基于半導(dǎo)體的可切換連接的構(gòu)成開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通周期。
35.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，還包括在所述交流三相電動(dòng)機(jī)的操作條件下響應(yīng)于所述定子的電磁矢量和所述定子的相電流之間的角，響應(yīng)于所提供的相控功能來(lái)調(diào)制所提供的基于半導(dǎo)體的可切換連接的構(gòu)成開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通周期。
36.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，還包括過(guò)濾所述交流三相電動(dòng)機(jī)的繞組兩端的電壓。
37.一種交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，包括控制單元；與所述控制單元通信的電流監(jiān)測(cè)器，所述電流監(jiān)測(cè)器被安排成提供流經(jīng)目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的至少兩個(gè)繞組的電流量的指示；以及半導(dǎo)體切換單元，所述半導(dǎo)體切換單元被安排成響應(yīng)于所述控制單元以星形和三角形配置之一將所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的繞組連接到三相電源輸入，其中所述控制單元被安排成響應(yīng)于流經(jīng)所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的至少兩個(gè)繞組的電流量的預(yù)定條件以星形和三角形配置之一交替地連接所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的繞組。
38.如權(quán)利要求37所述的交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元還被安排成響應(yīng)于流經(jīng)所述至少兩個(gè)繞組的電流量所提供的指示來(lái)確定所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的相對(duì)轉(zhuǎn)矩，其中所述預(yù)定條件是所述相對(duì)轉(zhuǎn)矩的預(yù)定值。
39.如權(quán)利要求37所述的交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，在所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)條件下，所述控制單元還被安排成將所述半導(dǎo)體切換單元設(shè)置成以所述星形配置使所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的繞組連接到三相電源輸入；以及在預(yù)定周期內(nèi)未檢測(cè)到啟動(dòng)所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的情況下，將所述半導(dǎo)體切換單元設(shè)置成以所述三角形配置使所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的繞組連接到三相電源輸入。
40.如權(quán)利要求39所述的交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述控制單元包括相控功能；所述半導(dǎo)體切換單元包括各自與所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的特定繞組相關(guān)聯(lián)且各自響應(yīng)于所述控制單元的多個(gè)電子控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)；以及其中所述控制單元還被安排成響應(yīng)于所述相控功能啟動(dòng)所述三角形配置的所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)，所述相控功能被安排成調(diào)制所述多個(gè)電子控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)中的至少一些的導(dǎo)通角。
41.如權(quán)利要求37所述的交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述控制單元包括相控功能；所述半導(dǎo)體切換單元包括各自與所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的特定繞組相關(guān)聯(lián)且各自響應(yīng)于所述控制單元的多個(gè)電子控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)；以及所述控制單元還可用于，在所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的繞組以所述三角形配置連接時(shí)的所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的操作條件下，響應(yīng)于流經(jīng)所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的至少兩個(gè)繞組的電流量來(lái)調(diào)制所述多個(gè)電子控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)中的至少一些的導(dǎo)通角，選擇所述調(diào)制來(lái)減少能耗。
42.如權(quán)利要求41所述的交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元還被安排成響應(yīng)于流經(jīng)所述至少兩個(gè)繞組的電流量所提供的指示來(lái)確定所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的相對(duì)轉(zhuǎn)矩以及定子的電磁力矢量與所述定子的相電流之間的角中的一個(gè)，所述調(diào)制響應(yīng)于所述目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的相對(duì)轉(zhuǎn)矩以及所述定子的電磁力矢量與所述定子的相電流之間的角中的所確定的一個(gè)。
全文摘要
一種交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，包括控制單元；周波變換器功能；相控功能；以及包括各自與目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的特定繞組相關(guān)聯(lián)且各自獨(dú)立地響應(yīng)于控制單元的多個(gè)電子控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的半導(dǎo)體切換單元。在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體切換單元被安排成響應(yīng)于控制單元以星形和三角形配置之一將目標(biāo)交流電動(dòng)機(jī)的繞組連接到三相電源輸入。
文檔編號(hào)H02P1/26GK102484437SQ201080031209
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月8日
發(fā)明者A·奈曼 申請(qǐng)人:英那賽福有限公司