壓源108來源于電力公 司，并且可以包括具有配電板、開關(guān)齒輪、斷路器、保險(xiǎn)絲等的配電系統(tǒng)的一部分。在另一實(shí) 施方式中，電壓源108包括發(fā)生器、逆變器或能夠向電機(jī)106提供AC電力的其他電源。如圖 1中所描繪的，在本實(shí)施方式中，電壓源108是三相AC源。在另一實(shí)施方式中，電壓源108 是直流（"DC"）源，如電池，并且該系統(tǒng)包括將來自DC源的DC電壓逆變成AC電壓以向電 機(jī)106提供電力的逆變器。在其他實(shí)施方式中，電壓源108可以是燃料電池、風(fēng)力渦輪機(jī)或 其他替代能源。本技術(shù)領(lǐng)域的普通人員將認(rèn)識(shí)到實(shí)現(xiàn)電壓源108的其他方式。
[0070] 圖2是示出了用于準(zhǔn)變頻電機(jī)控制器的裝置200的一種實(shí)施方式的示意性框圖。 裝置200包括具有DFC模塊202、轉(zhuǎn)矩模塊204和下一個(gè)頻率模塊206的準(zhǔn)變頻電機(jī)控制裝 置102的一種實(shí)施方式，這些將在下面描述。
[0071] 在一種實(shí)施方式中，裝置200包括DFC模塊202,其將第一頻率應(yīng)用于電機(jī)106作 為用于電機(jī)啟動(dòng)的離散頻率控制（"DFC"）的一部分。第一頻率是DFC方法的多個(gè)離散頻 率中的離散頻率。DFC模塊202可以將大量離散頻率每個(gè)按順序應(yīng)用于電機(jī)。在一種實(shí)施 方式中，DFC方法在AC電壓源108的周期的一部分將電力施加到電機(jī)106,并且改變所施加 的電力量以及電力的極性，以使得經(jīng)過若干周期之后，DFC方法生成具有比AC電壓源的基 波更低的頻率的基本正弦波形的一系列波形。在DFC方法中，每個(gè)離散頻率包括比向電機(jī) 106提供電力的AC電壓源108的基頻更低的頻率。
[0072] 圖3是使用離散頻率控制（"DFC"）方法的準(zhǔn)變頻電機(jī)控制器的可能操作的波形 的圖示。上部波形包括垂直方向或Y軸上的電壓V以及水平方向或X軸上的時(shí)間的正弦電 壓波形302。電壓波形302可以是例如50Hz或60Hz正弦電壓波形。在其他實(shí)施方式中，可 以使用不同的基頻。下部波形包括水平方向上的時(shí)間以及垂直方向或Y軸上的電流I。
[0073] 下部波形包括變化的幅值和極性的若干電流脈沖304a至304j。在所描繪的波形 中，第一脈沖304a是正的并且相對(duì)其他脈沖（例如，304b至304d)較小。第二脈沖304b大 于第一脈沖304a，并且第三脈沖304c大于第一脈沖304a和第二脈沖304b。第四脈沖304d 小于第三脈沖304c，并且可以具有與第二脈沖304b相同的幅值。第五脈沖304e小于第四 脈沖304d，并且可以具有與第一脈沖304a相同的幅值。一系列負(fù)脈沖304f至304j在正脈 沖304a至304e之后，并且除了負(fù)脈沖304f至304j具有負(fù)幅值以外，可以鏡像反映正脈沖 304a至304e的圖案。
[0074] 注意，每個(gè)脈沖304a至304j相對(duì)于電壓波形302的過零點(diǎn)而出現(xiàn)。由于脈沖304a 至304j的大小和極性，生成了具有比電壓波形302的基頻更低的基頻的波形。更低的基頻 被描述為波形306。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到由脈沖304a至304j形成的波形的傅 里葉變換將包括基頻和諧波頻率。電流脈沖304a至304j的幅值、位置和極性被選擇，以使 得生成如所示具有比電壓波形302的頻率更低的頻率的基頻306。
[0075] 盡管圖3中的下部波形包括五個(gè)正脈沖304a至304e以及五個(gè)負(fù)脈沖304f至 304j，但是通過在每個(gè)周期具有更多或更少脈沖并且通過調(diào)節(jié)脈沖的幅值也可以生成其他 頻率。注意，雖然在圖3中示出了單個(gè)電壓波形302和相應(yīng)電流脈沖304a至304j，但是本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠認(rèn)識(shí)到對(duì)于三相系統(tǒng)包括另外的波形。DFC方法可以包括適當(dāng)?shù)?相移，以使得如果生成較低頻率的基波306,則也生成第二和第三相應(yīng)的較低頻率波形（除 了對(duì)于三相電機(jī)操作適當(dāng)移動(dòng)的相位）。例如，第二波形可以相移基本波形306的三分之一 周期，并且第三波形可以相移基本波形306的三分之二周期。對(duì)于DFC方法的每個(gè)離散頻 率，第二相位和第三相位的相移通常關(guān)于特定的離散頻率被定制。
[0076] 使用如圖1的系統(tǒng)100中所描繪的電機(jī)啟動(dòng)器，生成脈沖304a至304j的一種方 法是在特定時(shí)間處觸發(fā)適當(dāng)?shù)木чl管（例如，Tal)。如果晶閘管Tal在周期期間沒有被觸 發(fā)，那么晶閘管Tal通常將不導(dǎo)通（除了泄漏電流以外）。如果晶閘管Tal在正半周被觸 發(fā)，則通常電流將開始流向電機(jī)106。電流將通常繼續(xù)流動(dòng)直到晶閘管Tal反向偏置。注 意，電流可以繼續(xù)在晶閘管Tal中流動(dòng)一段時(shí)間直到由于導(dǎo)體和電機(jī)106中的電感被反向 偏置，但通常將最終停止。
[0077] 基于電壓、電機(jī)阻抗、導(dǎo)體的寄生電阻和電感、所期望的幅值等，可以選擇用于特 定電流脈沖304的周期內(nèi)的觸發(fā)點(diǎn)，以生成特定幅值的電流脈沖304。例如，較鄰近電壓波 形302的過零點(diǎn)的觸發(fā)點(diǎn)將產(chǎn)生比較早于且較遠(yuǎn)于過零點(diǎn)的觸發(fā)點(diǎn)處的脈沖更小的脈沖。 對(duì)于負(fù)電流脈沖，位于在電壓波形302的負(fù)半周導(dǎo)通的晶閘管（例如，Ta2)可以被選擇。
[0078] 在DFC模塊202應(yīng)用小于電壓源108的基頻的離散頻率的情況下，電機(jī)106將具 有施加到電機(jī)106的定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)將生成電機(jī)106內(nèi)的機(jī)械力以開始以特定 方向使電機(jī)106轉(zhuǎn)動(dòng)，這導(dǎo)致連接至轉(zhuǎn)子的軸生成一定量的轉(zhuǎn)矩。隨著電機(jī)106的轉(zhuǎn)子增 大速度，電機(jī)的動(dòng)量將導(dǎo)致轉(zhuǎn)子增大速度，以使得生成負(fù)轉(zhuǎn)矩脈沖。負(fù)轉(zhuǎn)矩脈沖將會(huì)具有諸 如降低的效率、增加的熱量、不期望的機(jī)械力、噪聲等的不期望的效果。在一種實(shí)施方式中， 電機(jī)106以振蕩的方式生成正轉(zhuǎn)矩脈沖和負(fù)轉(zhuǎn)矩脈沖至少一段時(shí)間，這是不期望的。
[0079] 在一種實(shí)施方式中，裝置200包括轉(zhuǎn)矩模塊204,其確定由電機(jī)106生成的電機(jī)轉(zhuǎn) 矩何時(shí)達(dá)到負(fù)轉(zhuǎn)矩閾值。通常，負(fù)轉(zhuǎn)矩閾值基于電機(jī)大小、電壓、機(jī)械負(fù)載等被設(shè)置。在一 種實(shí)施方式中，負(fù)轉(zhuǎn)矩閾值被設(shè)置成電機(jī)轉(zhuǎn)矩的負(fù)值。在另一實(shí)施方式中，負(fù)轉(zhuǎn)矩閾值被設(shè) 置成零，以使得如果電機(jī)轉(zhuǎn)矩通過零轉(zhuǎn)變到負(fù)值，則轉(zhuǎn)矩模塊204確定轉(zhuǎn)矩是負(fù)的。在一種 實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)矩模塊204可以包括多個(gè)負(fù)轉(zhuǎn)矩閾值，其中，每個(gè)閾值對(duì)應(yīng)于不同的條件， 如不同的負(fù)載條件、不同的離散頻率等。
[0080] 在一種實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)矩模塊204通過根據(jù)輸入電壓和電流信息計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)矩來 確定電機(jī)轉(zhuǎn)矩。輸入電壓和電流信息來自連接至電機(jī)106以向電機(jī)106提供電力的導(dǎo)體。 在一種實(shí)施方式中，電機(jī)轉(zhuǎn)矩可以使用等式1被確定：
[0082]其中：
[0083] Test是所計(jì)算出的電機(jī)轉(zhuǎn)矩；
[0084] P是電機(jī)磁極的數(shù)量；
[0085] Rs是定子繞組的電阻；
[0086] Va、Ve是靜止參考系中的定子電壓；以及 [0087] Ia、Ie是靜止參考系中的定子電流，
[0088] 其中，使用α-β變換將電機(jī)的每個(gè)相的電壓和電流變換至靜止參考系。
[0089] α-β變換或α β〇變換，也已知為克拉克變換，是在電氣工程中使用以簡化三相 電路計(jì)算的方法。α _β變換是將三相坐標(biāo)系統(tǒng)中的電壓和電流變成兩相參考系的方式。 如果電壓相量Va、Vb和Vc相距120度，則直角坐標(biāo)可以被疊加在三相坐標(biāo)系統(tǒng)上，其中V a 沿水平軸，Ve沿垂直軸。沿軸a、b和c在時(shí)間上變化的三相電壓可以用代數(shù)方法被變換成 沿α和β軸在時(shí)間上變化的兩相電壓。下面是α-β變換矩陣：
[0091] 三相平衡電壓的集合可以被表示為：
[0093] 在三相坐標(biāo)系統(tǒng)中，其中，Vni是峰值電壓，ω = 231 f，并且f是以Hz (赫茲）為單 位的頻率。應(yīng)用α-β變換以在下面獲得兩相電壓結(jié)果：
[0095] 類似地，滯后電壓任意角度δ的平衡三相電流的集合可以被轉(zhuǎn)換成兩相電流：
[0097] 其中，Im是峰值電流，ω = 2 π f，并且f是以Hz (赫茲）為單位頻率。應(yīng)用α - β 變換以在下面中獲得兩相電流結(jié)果：
[0099] 在一種實(shí)施方式中，在電壓、電流和相位被測(cè)量并且頻率已知的情況下，等式1可 以用于計(jì)算電機(jī)106的轉(zhuǎn)矩。在一種實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)矩模塊204根據(jù)以比電壓源108或施 加到電機(jī)106的電壓的頻率的周期小的采樣速率采樣的電流和電壓測(cè)量計(jì)算轉(zhuǎn)矩。在一種 實(shí)施方式中，采樣速率比電壓源108的頻率的周期小得多。轉(zhuǎn)矩模塊204可以使用等式1 或可以使用計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)矩的另外的等式。轉(zhuǎn)矩模塊204可以確定所計(jì)算出的轉(zhuǎn)矩何時(shí)小于 負(fù)轉(zhuǎn)矩閾值。在另一實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)矩模塊204根據(jù)一個(gè)或更多個(gè)傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)矩，并且確 定所測(cè)量的轉(zhuǎn)矩何時(shí)小于負(fù)轉(zhuǎn)矩閾值。
[0100] 在一種實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)矩模塊204基于與轉(zhuǎn)子電流的相位有關(guān)的輸入電力的相位 來確定轉(zhuǎn)矩。例如，轉(zhuǎn)矩模塊204可以確定轉(zhuǎn)子的逆EMF(電動(dòng)勢(shì)）的相位以及電壓源108 的相位，并且可以將逆EMF的相位與電壓源108的相位進(jìn)行比較以確定轉(zhuǎn)矩是否被預(yù)測(cè)成 負(fù)值或超過負(fù)轉(zhuǎn)矩閾值。例如，可以通過使用上述ct 變換將給電機(jī)的三相電力轉(zhuǎn)換成 兩相坐標(biāo)來確定轉(zhuǎn)子的逆EMF的相位。在一種實(shí)施方式中，逆EMF的相位可以使用等式7 來計(jì)算：
[0102] 在一種實(shí)施方式中，電源電壓相位可以使用等式8來計(jì)算：
[0104] 在一種實(shí)施方式中，如果 Q supply Q flux > 〇 并且9s_ly-9flux<30°，那么轉(zhuǎn)矩 被預(yù)期為正的。對(duì)于所有其他相位角差異，轉(zhuǎn)矩被預(yù)期為負(fù)的，并且轉(zhuǎn)矩模塊204可以確定 電機(jī)轉(zhuǎn)矩小于負(fù)轉(zhuǎn)矩閾值。在其他實(shí)施方式中，可以使用不同的相位角差異范圍。例如，相 位范圍可以為約 9 supply 9 emf 〇 且θSuPPly_ ，并且所有子范圍在其之間。其 他范圍也是有可能的。通過聲明該范圍為"約"0°至30°或"約"0°至60°，本領(lǐng)域的普 通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，例如，下限可以與0°不同例如-5°至5°的一個(gè)小量，并且上限也 可以變化。在另一實(shí)施方式中，相位范圍可以基于各種因素如電機(jī)類型、電機(jī)大小、電機(jī)負(fù) 載、電機(jī)速度等而不同。在另一實(shí)施方式中，相位范圍可以通過實(shí)驗(yàn)被確定。在另一實(shí)施方 式中，相位范圍可以通過仿真被確定。在另一實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)矩模塊204測(cè)量逆EMF的相位， 并且將所測(cè)量的逆EMF的相位與所測(cè)量的電壓源108的相位進(jìn)行比較。
[0105] 在一種實(shí)施方式，當(dāng)電機(jī)106被預(yù)期具有負(fù)轉(zhuǎn)矩時(shí)設(shè)置相位范圍，并且當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn) 矩從正跨到負(fù)或從負(fù)跨到正時(shí)設(shè)置相位范圍的上限和下限。在另一實(shí)施方式中，相位范圍 的上限和/或下限可以被設(shè)置用于特定值處的預(yù)期的負(fù)轉(zhuǎn)矩，如負(fù)轉(zhuǎn)矩閾值。在另一實(shí)施 方式中，相位范圍的上限和/或下限可以被設(shè)置用于電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)變成負(fù)的之前的預(yù)期的正 的轉(zhuǎn)矩。通常，其中相位范圍的上限和下限被設(shè)置的相位角影響電流、電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間等。
[0106] 在一種實(shí)施方式中，裝置200包括下一個(gè)頻率模塊206,其響應(yīng)于轉(zhuǎn)矩模塊204確 定電機(jī)轉(zhuǎn)矩達(dá)到了負(fù)轉(zhuǎn)矩閾值將第二頻率應(yīng)用于電機(jī)106。第二頻率包括DFC方法中的下 一個(gè)頻率。例如，DFC方法可以具有5Hz的第一頻率，并且可以具有通過增加2Hz直到達(dá)到 25Hz的不同的頻率。（注意，對(duì)于60Hz系統(tǒng)，適當(dāng)?shù)纳舷蘅梢允?0Hz)。例如，如果第一頻 率為5Hz，則第二頻率可以是7Hz，或在第一頻率為7Hz的情況下，第二頻率可以是9Hz。注 意，上述列出的示例僅是一組離散頻率，并且在電機(jī)啟動(dòng)期間可以由DFC模塊202使用其他 集合的離散頻率。
[0107] 例如，DFC模塊202可以通過生成如圖3所示的電流脈