電動機系統中的dc母線放電的製作方法

2023-07-07 16:53:26

專利名稱：電動機系統中的dc母線放電的製作方法
技術領域：


圖1示出根據本發明實施例的電動機系統的方框圖； 圖3示出用於根據本發明實施例的圖1的電動機系統的 放電操作信號發生器的開關向量方案； 圖5示出通過根據本發明實施例的圖1的電動機系統的 放電操作信號發生器使DC母線放電的曲線圖。
具體實施例方式參考圖1,根據本發明實施例的電動機系統100包括響應 於從電機控制電路120 (例如逆變器)的信號進行操作的三相電動機
iio (例如感應式電機或永》茲電動機)。為電動才幾no提供電氣控制的
逆變器120連接在功率源140的直流(DC)母線線路135之間。逆變 器120包括開關122-1 27並且響應於來自處理器170的操作控制信號 操作以給電機110的每一相或電機繞組115提供電壓，開關對122/125, 123/126和124/127中的每一對形成逆變器120的相腳。除了逆變器 120中描述的開關電路外，開關122-127可由電晶體(例如絕緣門雙極 電晶體(IGBT))替代實施。
DC母線電容器145連接在DC母線線路1 35之間用於保護 逆變器120和功率源140。解析器160 (或者類似的感測設備或虛擬軟 件等同物)連接到電機110用於測量電機轉子位置和檢測電機速度。 解析器到數字的轉換器165將來自解析器160的信號轉換為數位訊號 並且將電機110的轉子的角位置和檢測的速度的那些數字表示提供給 處理器170。 根據本發明實施例的處理器170還包括放電操作信號發 生器174,所述放電操作信號發生器174用於當DC母線135斷電時通 過被動負載使DC母線電容器145放電，所述被動負載包括電機110的 電機繞組115和逆變器120的能量損耗。響應於接收來自更高水平控 制器的預定放電信號，放電操作信號發生器174產生被動負載放電操 作控制信號以在電機繞組115中產生紋波電流從而響應於檢測到預定 放電信號通過被動負載耗散來自DC母線135的能量。被動負載放電操 作控制信號從放電操作信號發生器174提供到輸出處理機176。 取決於扭矩指令的操作信號發生器172還提供操作控制 信號給輸出處理機176。輸出處理機通常將來自取決於扭矩指令的操作 信號發生器172的操作控制信號提供給處理器170的輸出。響應於接 收預定放電信號，放電操作信號發生器174將線路178上的信號提供 給輸出處理機176以阻止來自取決於扭矩指令的操作信號發生器172 的操作控制信號，並且取代之以將來自放電操作信號發生器174的被 動負載放電操作控制信號提供給處理器170的輸出。
通過由放電操作信號發生器174產生的被動負載放電操 作控制信號將電動機11 0的相電流控制到調節的幅值，來自DC母線1 35 的能量被耗散在電動機110的電機繞組115和電機控制電路120的逆 變器損耗中。因為電機繞組115中的調節的相電流(即，由放電操作 控制信號調節的相電流)的目的是使DC母線135放電，所以電動機110 如同其作為被動負載而不在其中產生扭矩一樣被控制。在這種方式下，
現有的電路(即，處理器170)被應用以執行DC母線135 (包括DC母 線電容器145 )的放電。 通過響應於向量對202/208, 204/210， 206/212, 214/216 產生放電操作控制信號，放電操作信號發生器174將紋波電流有益地 引入到逆變器中以使DC母線135放電，而不需要有關電機110的負載 的轉子位置的任何信息(即，不需要感測電流Ia， Ib, I。或來自解析 器到數字的轉換器165的信號的任何信息(例如er或cor))。圖3示出根據本發明實施例的用於由放電操作信號發生 器174產生的放電操作控制信號的開關向量方案300。如上所述，調節 主動狀態和零狀態的佔空比能夠將希望的輸出電壓應用到被動負載 (即，電機IIO)。適當的開關序列將從主動開關向量的組合生成零向量。例如，使用具有相同佔空比的向量V, 202和向量、208的序列在 電機110中生成紋波電流的同時在開關周期上將生成零平均值電壓， 因為應用到電機110的電壓在瞬時基礎上不為零。對於永石茲電才幾110
放電操作控制信號^入紋波電流很好地工作在零速度和低速；對於感 應電機110來說，通過產生這樣的放電操作控制信號引入紋波電流工 作在感應電機110的整個速度範圍。 開關向量方案300是示範性方案，其應用開關序列302, 304, 306以從主動開關向量V〗2 02， V2 2 04， V3 2 06， V4 2 08， V5 210, V6 212 的組合202/208， 21 0/204， 206/212生成零向量從而在電機110中引入 紋波電流。當使用開關向量方案300產生放電操作控制信號時沒有平 均扭矩由電機110產生。電機110中的不產生扭矩的紋波電流在電機 繞組115中和在逆變器120中產生系統損耗，該系統損耗使得DC母線 電容器145能夠放電而不需要阻抗元件。 放電操作信號和線路178上的信號408 —起被提供406 給輸出處理機176以給輸出處理機176發信號從而阻止來自取決於扭 矩指令的搡作信號發生器172的操作控制信號流，並且取代之以將來 自放電操作信號發生器174的放電操作信號提供給處理器170的輸出。 在步驟408處在提供給輸出處理機的信號的控制下連續提供來自處理 器170輸出的放電操作信號，直到放電操作信號發生器174不再檢測 到402預定的放電信號為止。當不再檢測到402預定的放電信號時， 放電操作信號發生器174停止410提供線路178上的信號給輸出處理 機，因此允許處理器170在處理器170的輸出處提供來自取決於扭矩 指令的操作信號發生器172的操作控制信號。
[0028參考圖5，根據本發明實施例的通過放電操作信號發生器 174對DC母線135放電的曲線圖500示出了在電機110 (例如內部永 磁電機)低速時的放電時間502。所測量的放電時間大約是45毫秒 (45ms),放電時間稍微比大多數主動放電方法慢，所述主動放電方 法例如為使帶有專用電路(包括相當大的電阻器和其它阻抗元件)的 DC母線135放電。然而，雖然提供了可能比典型主動放電方法慢的放
使DC母線135放電的設備，而不需要單獨的放電電路、不需要單獨的 阻抗元件以及不需要了解解析器160的位置或速度信息或電機110的 相電流。
[0029雖然在前面的詳細描述中描述了至少一個示範性實施 例，但是應當知道存在大量的變形。還應當知道一個示範性實施例或 多個示範性實施例僅僅是例子，並不旨在以任何方式限制本發明的範 圍、適用性或構造。相反，前面的詳細描述將為本領域技術人員提供 方便的指引以實施一個示範性實施例或多個示範性實施例。應當理解 在不偏離由附加的權利要求及其合法等同方案闡明的本發明的範圍下 可以做出元件的功能和布置的各種變化。
權利要求
1. 一種用於對給電動機系統中的電機控制電路提供功率的直流(DC)母線放電的方法，所述方法包括下述步驟檢測預定的放電信號；響應於檢測到所述預定的放電信號而產生用於在電動機系統的電動機的電機繞組中產生紋波電流從而通過被動負載耗散來自DC母線的能量的操作控制信號，其中所述被動負載包括電動機的電機繞組；以及給電機控制電路提供所述操作控制信號用於通過電機控制電路和電動機的電機繞組使DC母線放電。
2. 根據權利要求l所述的方法，其中，產生用於產生所述紋波電流 的操作控制信號的步驟包括產生具有預定的開關序列和預定的佔空比 的操作控制信號的步驟。
3. 根據權利要求2所述的方法，其中，所述預定的佔空比包括具有 大於10千赫的頻率的佔空比。
4. 根據權利要求2所述的方法，其中，所述預定的佔空比包括具有 大於10千赫且小於12千赫的頻率的佔空比。
5. 根據權利要求2所述的方法，其中，所述預定的開關序列包括用於切換電動機的主動開關向量的一系列預定的信號。
6. 根據權利要求5所述的方法，其中，用於切換電動機的主動開關 向量的所述一系列預定的信號包括這樣的信號，所述信號在所述一系 列預定的信號中的任一點處以預定的方式切換兩個或更多個主動開關 向量的信號使得在所述一系列預定的信號中的所述點處所述主動開關 向量相加為零。
7. 根據權利要求5所述的方法，其中所述主動開關向量包括六個主 動開關向量，所述六個主動開關向量包括每對兩個主動開關向量的三 個向量對，所述三個向量對中的每一個向量對的兩個主動開關向量相 加為零，並且其中用於切換主動開關向量的所述一系列預定的信號包 括這樣的信號，所述信號在所述一系列預定的信號的任一點處以預定的方式切換所述三個向量對中的其中一個向量對的所述兩個主動開關 向量以相加為零。
8. 根據權利要求l所述的方法，其中，產生所述操作控制信號的步 驟包括響應於電動機的電壓向量對產生用於產生紋波電流的操作控制 信號的步驟。
9. 一種用於為電動機系統中的電機控制電路提供操作信號的處理 器，所述電機控制電路從直流母線接收功率，所述處理器包括第一操作信號發生器，所述第一操作信號發生器用於接收扭矩指令 並且響應於扭矩指令產生第一操作控制信號；第二操作信號發生器，所述第二操作信號發生器響應於檢測到預定 的放電信號產生用於在電動機系統的電動機的電機繞組中產生紋波電 流從而通過被動負載耗散來自直流母線的能量的第二操作控制信號， 所述被動負載包括電動機的電機繞組；以及連接到所述第 一 和第二操作信號發生器的輸出處理機，所述輸出處 理機響應於未接收第二操作控制信號而提供第一操作控制信號給所述 處理器的輸出並且響應於接收第二操作控制信號而提供第二操作控制 信號給所述處理器的輸出。
10. 根據權利要求9所述的處理器，其中，第二操作控制信號發生 器產生具有預定的開關序列和預定的佔空比的第二操作控制信號。
11. 根據權利要求10所述的處理器，其中，所述預定的佔空比包 括具有大於10千赫的頻率的佔空比。
12. 根據權利要求10所述的處理器，其中，所述預定的開關序列 包括用於切換電動機的主動開關向量的一系列預定的信號。
13. 根據權利要求9所述的處理器，其中，第二操作信號發生器響 應於電動機的電壓向量對產生用於在電動機的電機繞組中產生紋波電 流的第二操作控制信號。
14. 一種電動才幾系統，所述電動才幾系統包4舌 電動機；控制；'、 '"''''曰、直流母線，所述直流母線連接到逆變器用於為所述逆變器提供功 率；以及處理器，所述處理器連接到所述逆變器用於產生操作控制信號並且 給所述逆變器提供這些操作控制信號，其中，所述處理器響應於檢測到預定的放電信號產生用於在電動機的電機繞組中產生紋波電流從而 通過被動負載耗散來自直流母線的能量的操作控制信號，其中所述被 動負載包括電動機的電機繞組。
15. 根據權利要求14所述的電動機系統，其中，所述處理器產生 第一操作控制信號和第二操作控制信號，所述第一操作控制信號響應 於接收到的扭矩指令產生並且包括用於提供給控制電動機的所述逆變 器的相電流，所述第二操作控制信號響應於檢測到預定的放電信號產載耗散來自直流母線的能量的操作控制信號。、 、一 、
16. 根據權利要求15所述的電動機系統，其中，所述處理器產生 具有預定的開關序列和預定的佔空比的所述第二操作控制信號。
17. 根據權利要求16所述的電動機系統，其中，所述預定的佔空 比包括具有大於10千赫的頻率的佔空比。
18. 根據權利要求16所述的電動機系統，其中，所述預定的開關 序列包括用於切換電動機的主動開關向量的一系列預定的信號。
19. 根據權利要求14所述的電動機系統，其中，所述電動機是交;充同步電動才幾。
20. 根據權利要求14所述的電動機系統，其中，所述逆變器包括 多個絕緣門雙極電晶體，所述絕緣門雙極電晶體具有連接到處理器以 從所述處理器接收所述操作控制信號的門，所述多個絕緣門雙極晶體 管控制所述電動機的操作。
全文摘要
本發明涉及電動機系統中的DC母線放電，具體而言本發明涉及提供用於使DC母線放電的方法和裝置，所述DC母線給逆變器提供功率。電動機系統設置有用於使DC母線放電的改進的放電方法，所述電動機系統包括電動機、給永磁電動機提供電氣控制的逆變器、給逆變器提供功率的直流(DC)母線和處理器。處理器產生操作控制信號並且將這些操作控制信號提供給逆變器。響應於檢測預定的放電信號，處理器產生用於在電動機的電機繞組中產生紋波電流從而通過被動負載耗散來自DC母線的能量的操作控制信號，被動負載包括電動機的電機繞組。
文檔編號H02P6/16GK101534083SQ20091012861
公開日2009年9月16日 申請日期2009年3月12日 優先權日2008年3月12日
發明者B·A·韋爾奇科, C·C·斯坦庫, D·唐, M·佩裡西克, S·希蒂 申請人:通用汽車環球科技運作公司