關(guān)于0%負(fù)載的下面的曲線圖為電機(jī) 轉(zhuǎn)矩（牛頓米）。關(guān)于50%負(fù)載的底部的曲線圖具有電流、電機(jī)速度和電機(jī)轉(zhuǎn)矩的相同的 曲線。在1分鐘處，晶閘管T被使用接觸器R旁路（標(biāo)記為"SMC被旁路"）。
[0153] 注意，在晶閘管被旁路之前，相電流對(duì)于啟動(dòng)是間歇的。電機(jī)速度增大至約 800PRM，但比在晶閘管被旁路之后更多變。電機(jī)轉(zhuǎn)矩顯示相當(dāng)多的負(fù)轉(zhuǎn)矩脈沖。
[0154] 圖12示出了慣性比為20的PMSM在0%和50%負(fù)載處針對(duì)具有0°至30°的相 位角差范圍的準(zhǔn)矢量電機(jī)控制器的仿真結(jié)果。所有曲線圖的水平軸為時(shí)間（分鐘）。圖12 的上半部分關(guān)于〇%負(fù)載，并且包括三個(gè)曲線圖。關(guān)于〇%負(fù)載的上部的曲線圖針對(duì)定子中 的相電流（安培）。相電流被疊加。垂直軸為安培。關(guān)于〇%負(fù)載的中間的曲線圖為電機(jī) 速度RPM，以及0%負(fù)載的下面的曲線圖為電機(jī)轉(zhuǎn)矩（牛頓米）。關(guān)于50%負(fù)載的底部曲線 圖具有電流、電機(jī)速度和電機(jī)轉(zhuǎn)矩的相同的曲線圖。在1分鐘處，晶閘管T被使用接觸器R 旁路（標(biāo)記為"SMC被旁路"）。
[0155] 注意，在晶閘管T被旁路之前，相電流關(guān)于啟動(dòng)是間歇的。再次，電機(jī)速度增大至 約800PRM，但比在晶閘管被旁路之后更多變。還注意，與圖11的仿真中關(guān)于0%負(fù)載的負(fù) 轉(zhuǎn)矩脈沖以及關(guān)于50%負(fù)載的的負(fù)轉(zhuǎn)矩脈沖相比，電機(jī)轉(zhuǎn)矩顯示更少的負(fù)轉(zhuǎn)矩脈沖。
[0156] 圖13示出了慣性比為20的PMSM在50%負(fù)載處針對(duì)固定速度500RPM和關(guān)于當(dāng)電 機(jī)啟動(dòng)器被旁路時(shí)的準(zhǔn)矢量電機(jī)控制器的仿真結(jié)果。所有曲線圖的水平軸為時(shí)間（分鐘）。 上部曲線圖針對(duì)定子中的相電流（安培）。相電流被疊加。垂直軸為安培。中間的曲線圖 為電機(jī)速度（RPM)，以及下面的曲線圖為電機(jī)轉(zhuǎn)矩（牛頓米）。在1分鐘處，晶閘管T被使 用接觸器R旁路（標(biāo)記為"SMC被旁路"）。
[0157] 再次，相電流是間歇的，這減小電機(jī)電流。電機(jī)速度曲線圖示出了在晶閘管被旁路 之前電機(jī)速度被設(shè)置成約500PRM。通過(guò)為晶閘管T設(shè)置適當(dāng)?shù)挠|發(fā)角來(lái)設(shè)置電機(jī)速度。底 部的曲線圖揭示了準(zhǔn)矢量電機(jī)控制器消除了負(fù)轉(zhuǎn)矩脈沖。圖11至圖13的仿真證明了準(zhǔn)矢 量控制設(shè)備102的實(shí)施方式（包括仿真中使用的準(zhǔn)矢量電機(jī)控制器）可以用于啟動(dòng)除了 AC 鼠籠式感應(yīng)電機(jī)以外的永磁式同步電機(jī)。
[0158] 在一種實(shí)施方式中，對(duì)于永磁式同步電機(jī)而言，準(zhǔn)矢量控制設(shè)備102在啟動(dòng)之后 繼續(xù)操作。例如，準(zhǔn)矢量控制設(shè)備102可以在啟動(dòng)之后不閉合接觸器R，或者具有準(zhǔn)矢量控 制設(shè)備102的系統(tǒng)可以不包括接觸器R，其中準(zhǔn)矢量控制設(shè)備102具有PMSM。在一種實(shí)施 方式中，使準(zhǔn)矢量控制設(shè)備102在啟動(dòng)之后保持激活可以在啟動(dòng)之后（例如對(duì)于負(fù)載變化） 減少負(fù)轉(zhuǎn)矩脈沖。當(dāng)負(fù)載變化發(fā)生時(shí)，負(fù)轉(zhuǎn)矩脈沖可能出現(xiàn)，并且可以使用準(zhǔn)矢量控制設(shè)備 102阻止或減少負(fù)轉(zhuǎn)矩脈沖。準(zhǔn)矢量控制設(shè)備102的實(shí)施方式還可以用于其它電機(jī)，在這些 其它電機(jī)中，開(kāi)關(guān)用于將電壓源108連接至電機(jī)106并且開(kāi)關(guān)的接通時(shí)間可以關(guān)于電機(jī)控 制和啟動(dòng)而改變。
[0159] 在所有方面考慮的上述示例和實(shí)施方式僅是示例性的而非限制性的。該書(shū)寫(xiě)的說(shuō) 明書(shū)使用示例和實(shí)施方式公開(kāi)了本發(fā)明，包括最佳模式，并且也使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠 實(shí)踐本發(fā)明，包括制作和使用任何設(shè)備或系統(tǒng)，并且執(zhí)行任何合并的方法。示例和實(shí)施方式 可以以其它具體的形式來(lái)實(shí)踐。本發(fā)明的可授權(quán)的范圍由權(quán)利要求書(shū)限定，并且可以包括 對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員發(fā)生的其它示例。如果它們具有不與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言不同的結(jié)構(gòu) 元件，或如果它們包括與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言非實(shí)體的差異的等同結(jié)構(gòu)元件，這樣的其它 示例意在在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種設(shè)備，包括： 開(kāi)關(guān)模塊，用于針對(duì)每一相選擇性地接通開(kāi)關(guān)，以將連接至交流AC電壓源的輸入電力 導(dǎo)線按順序連接至電機(jī)，其中，在所述AC電壓源的基波頻率的周期的一部分內(nèi)接通用于每 一相的開(kāi)關(guān)，所述部分小于所述基波頻率的全周期； 源相位模塊，用于確定所述AC電壓源的相位； 反EMF相位模塊，用于確定電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)的相位； 轉(zhuǎn)矩模塊，用于確定所述AC電壓源的相位與所述反電動(dòng)勢(shì)的相位之間的相位差何時(shí) 在表示正電機(jī)轉(zhuǎn)矩的相位范圍內(nèi)；以及 脈沖模塊，其響應(yīng)于所述相位差包括在所述相位范圍內(nèi)的相位而允許接通用于所述電 機(jī)的每一相的開(kāi)關(guān)，以及響應(yīng)于所述相位差包括不在所述相位范圍內(nèi)的相位而禁止接通用 于所述電機(jī)的每一相的開(kāi)關(guān)， 其中，所述開(kāi)關(guān)模塊、所述源相位模塊、所述反EMF相位模塊、所述轉(zhuǎn)矩模塊和所述脈 沖模塊的至少一部分包括硬件和可執(zhí)行代碼中的一個(gè)或更多個(gè)，所述可執(zhí)行代碼存儲(chǔ)在一 個(gè)或更多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述相位范圍包括如下相位，在該相位處，電機(jī) 轉(zhuǎn)矩預(yù)期為正。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述相位范圍包括在約0°與約30°之間的相 位。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述源相位模塊使用下面的等式確定所述AC電 壓源的相位：其中： esupply是所述電壓源的所述相位；以及Va，ve是靜止參考坐標(biāo)系中的定子電壓， 其中，使用a變換將所述電壓源的每一相的電壓變換至所述靜止參考坐標(biāo)系。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述反EMF相位模塊使用所述電機(jī)的定子中的電 壓和電流測(cè)量值來(lái)確定所述電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)的相位。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述反EMF相位模塊使用下面的等式確定所述電 機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)的相位： 其中：0 ^是所述電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)的相位； Rs是定子繞組的阻抗； Va，Ve是靜止參考坐標(biāo)系中的定子電壓；以及Ia，Ie是所述靜止參考坐標(biāo)系中的定子電流， 其中，使用變換將所述電機(jī)的每一相的電壓和電流變換至所述靜止參考坐標(biāo) 系。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述開(kāi)關(guān)模塊針對(duì)所述電機(jī)的每一相包括一個(gè) 或更多個(gè)晶閘管，并且其中，通過(guò)調(diào)節(jié)用于接通每個(gè)晶閘管的相位角控制每個(gè)晶閘管。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括啟動(dòng)模塊，所述啟動(dòng)模塊改變每個(gè)開(kāi)關(guān)的接通 時(shí)間以控制電機(jī)啟動(dòng)，每個(gè)開(kāi)關(guān)的接通時(shí)間包括所述開(kāi)關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)的時(shí)間。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，所述啟動(dòng)模塊包括離散頻率控制DFC模塊，所述 DFC模塊將一系列離散頻率順序地應(yīng)用于所述電機(jī)作為用于電機(jī)啟動(dòng)的DFC方法的一部 分，其中，每個(gè)離散頻率包括比用于向所述電機(jī)提供電力的所述AC電壓源的基波頻率低的 頻率。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，所述DFC模塊通過(guò)如下方式應(yīng)用離散頻率：改 變用于接通晶閘管的相位角，以在所述離散頻率的正半周期內(nèi)生成幅值變化的正電流脈 沖，然后改變用于接通晶閘管的相位角，以在所述離散頻率的負(fù)半周期內(nèi)生成幅值變化的 負(fù)電流脈沖，其中，以與所述AC電壓源的基波頻率一致的速率生成每個(gè)電流脈沖。11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，所述啟動(dòng)模塊還包括分級(jí)啟動(dòng)模塊，所述分級(jí) 啟動(dòng)模塊應(yīng)用一個(gè)或更多個(gè)啟動(dòng)級(jí)，其中，每個(gè)啟動(dòng)級(jí)包括在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)將所述開(kāi)關(guān)的 接通時(shí)間保持在固定值。12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，所述啟動(dòng)模塊斜坡模塊，所述斜坡模塊使用斜 坡函數(shù)使得所述開(kāi)關(guān)的接通時(shí)間按斜率變化。13. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，還包括接觸器模塊，在所述啟動(dòng)模塊的最后一級(jí)之 后，所述接觸器模塊將滿(mǎn)輸入電壓施加至所述電機(jī)，所述接觸器模塊通過(guò)將與每個(gè)開(kāi)關(guān)并 聯(lián)的接觸器閉合來(lái)施加所述滿(mǎn)輸入電壓。14.一種方法，包括： 針對(duì)電機(jī)的每一相選擇性地接通開(kāi)關(guān)，以將連接至交流AC電壓源的輸入電力導(dǎo)線按 順序連接至電機(jī)，其中，在所述AC電壓源的基波頻率的周期的一部分內(nèi)接通用于每一相的 開(kāi)關(guān)，所述部分小于所述基波頻率的全周期； 確定所述AC電壓源的相位； 確定所述電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)的相位； 確定所述AC電壓源的相位與所述反電動(dòng)勢(shì)的相位之間的相位差何時(shí)在表示正的電機(jī) 轉(zhuǎn)矩的相位范圍內(nèi)；以及 響應(yīng)于所述相位差包括在所述相位范圍內(nèi)的相位而允許接通用于所述電機(jī)的每一相 的開(kāi)關(guān)，以及響應(yīng)于所述相位差包括不在所述相位范圍內(nèi)的相位而禁止接通用于所述電機(jī) 的每一相的開(kāi)關(guān)。15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，確定所述AC電壓源的相位包括使用下面的等 式： 其中：esupply是所述電壓源的相位；以及 va，ve是靜止參考坐標(biāo)系中的定子電壓， 其中，使用a變換將所述電壓源的每一相的電壓變換至所述靜止參考坐標(biāo)系。16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，確定所述電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)的相位包括使用下 面的等式：其中： eMf是所述電機(jī)的所述反電動(dòng)勢(shì)的相位；以及 Rs是定子繞組的阻抗； va，ve是靜止參考坐標(biāo)系中的定子電壓；以及 la，le是所述靜止參考坐標(biāo)系中的定子電流， 其中，使用變換將所述電機(jī)的每一相的電壓和電流變換至所述靜止參考坐標(biāo) 系。17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括：改變每個(gè)開(kāi)關(guān)的接通時(shí)間以控制電機(jī)啟動(dòng)， 每個(gè)開(kāi)關(guān)的接通時(shí)間包括所述開(kāi)關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)的時(shí)間。18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，改變每個(gè)開(kāi)關(guān)的接通時(shí)間以控制電機(jī)啟動(dòng)包 括以下中的一個(gè)或更多個(gè)： 將一系列離散頻率順序地應(yīng)用于電機(jī)作為用于電機(jī)啟動(dòng)的離散頻率控制DFC方法的 一部分，其中，每個(gè)離散頻率包括比用于向所述電機(jī)提供電力的所述AC電壓源的基波頻率 低的頻率； 應(yīng)用一個(gè)或更多個(gè)級(jí)，其中，每個(gè)級(jí)包括在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)將所述開(kāi)關(guān)的接通時(shí)間保持 在固定值；以及 使用斜坡函數(shù)使得所述開(kāi)關(guān)的接通時(shí)間按斜率變化。19. 一種系統(tǒng)，包括： 電機(jī)啟動(dòng)器，包括： 一個(gè)或更多個(gè)開(kāi)關(guān)，用于針對(duì)電機(jī)的每一相將交流AC電壓源的相連接至所述電機(jī)；以 及 開(kāi)關(guān)模塊，用于針對(duì)每一相選擇性地接通所述一個(gè)或更多個(gè)開(kāi)關(guān)，以將連接至所述AC電壓源的輸入電力導(dǎo)線按順序連接至所述電機(jī)，其中，在所述AC電壓源的基波頻率的周期 的一部分內(nèi)接通用于每一相的所述一個(gè)或更多個(gè)開(kāi)關(guān)，所述部分小于所述基波頻率的全周 期； 源相位模塊，用于確定所述AC電壓源的相位； 反EMF相位模塊，用于確定所述電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)的相位； 轉(zhuǎn)矩模塊，用于確定所述AC電壓源的相位與所述反電動(dòng)勢(shì)的相位之間的相位差何時(shí) 在表示正的電機(jī)轉(zhuǎn)矩的相位范圍內(nèi)；以及 脈沖模塊，其響應(yīng)于所述相位差包括在所述相位范圍內(nèi)的相位而允許接通用于所述電 機(jī)的每一相的開(kāi)關(guān)，以及響應(yīng)于所述相位差包括不在所述相位范圍內(nèi)的相位而禁止接通用 于所述電機(jī)的每一相的開(kāi)關(guān)。20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，還包括容納所述電機(jī)啟動(dòng)器的電機(jī)控制中心MCC。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種設(shè)備、系統(tǒng)及方法。該設(shè)備包括：開(kāi)關(guān)模塊，用于選擇性地接通開(kāi)關(guān)，以將連接至電壓源的輸入電力導(dǎo)線按順序連接至電機(jī)。在電壓源的基波頻率的周期的一部分內(nèi)接通用于每一相的開(kāi)關(guān)。源相位模塊確定AC電壓源的相位，反EMF相位模塊確定電機(jī)的反EMF的相位，以及轉(zhuǎn)矩模塊確定AC電壓源的相位與反EMF的相位之間的相位差何時(shí)在表示正電機(jī)轉(zhuǎn)矩的相位范圍內(nèi)。脈沖模塊響應(yīng)于相位差具有相位范圍內(nèi)的相位而啟用開(kāi)關(guān)，而響應(yīng)于相位差具有不在相位范圍內(nèi)的相位而禁用開(kāi)關(guān)。
【IPC分類(lèi)】H02P21/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105099312
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410211196
【發(fā)明人】韋鯤, 陸海慧, 安德魯·亞普, 大衛(wèi)·麥瑟史密斯, 蘭德?tīng)枴ぬm格, 李秉淳
【申請(qǐng)人】洛克威爾自動(dòng)控制技術(shù)股份有限公司
【公開(kāi)日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2014年5月19日