用於運行內置式永磁同步電機的裝置的製作方法
2023-04-28 05:46:41
專利名稱：用於運行內置式永磁同步電機的裝置的製作方法
技術領域：
本公開涉及一種電機驅動裝置，特別涉及一種用於以高於額定轉速的轉速運行內置式永磁同步電機的驅動裝置。
背景技術：
在此發明的背景技術部分中公開的信息僅用於加強對於本發明的背景技術的理解而不應被視為承認或者是任何形式的暗示該信息構成了對於本領域的技術人員來說是已知的現有技術。永磁同步電機(PMSM)是一種大功率且高效能的電機，其在包括混合動力車輛以及燃料電池車輛等的電動車輛領域以及其他產業中作為牽引電機被廣泛地使用。特別地，內置式永磁同步電機(IPMSM)是一種具有插設在轉子鐵心中的永磁體的 用。在本申請領域中，IPMSM以轉矩控制模式驅動，在該模式中實施矢量控制以獨立控制磁通電流和轉矩電流。此外，用於電動車輛或者混合動力車輛的IPMSM的轉子驅動轉速範圍非常廣泛甚至包括驅動區域中的弱磁控制區域II。弱磁控制區域II限定了其中IPMSM的電壓極限橢圓的中心位於電流極限圓內部的情形。在弱磁控制區域II中，僅電壓限制條件會對IPMSM的驅動限制條件產生影響，並且由於限制了逆變器的直流母線電壓的大小，從輸出轉矩的角度，電壓限制條件的最大使用是有利的。圖I為圖示了根據現有技術的內置式永磁同步電機的驅動系統的框圖，其中該系統由逆變器驅動，該逆變器通過獨立於指令轉矩控制磁通電流和轉矩電流的矢量控制來實施。常規的驅動系統包括逆變器101，IPMSM102以及附接於IPMSM的轉子的轉子位置檢測器103。逆變器101接收指令轉矩以輸出能夠由指令轉矩驅動的電壓Vas、Vbs, Vcs，並且所述轉子位置檢測器103計算或測量轉子位置或轉子轉速。由轉子位置檢測器103計算或測量出的轉子位置被用於由坐標轉換器106、110進行坐標改變，並且轉子轉速被電流指令生成器104使用。所述電流指令生成器104響應於指令轉矩、轉子轉速以及逆變器的直流母線電壓輸出關於同步參考幀的電流指令。對於IPMSM，所述電流指令生成器104通常使用兩個或更多的2D查表，其中查表輸出相對於整個驅動區域的關於同步參考幀的d軸電流指令和q軸電流指令。電流調節器105用於控制從電流指令生成器104獲得的電流指令以輸出關於同步參考巾貞的d軸電壓和q軸電壓。坐標轉換器106利用由轉子位置檢測器103獲得的轉子位置信息以將電流控制單兀105的輸出電壓轉換為關於固定參考巾貞的電壓。電壓限制器107利用電壓極限六邊形的內切圓將坐標轉換器106的電壓轉換為能夠由逆變器單元108合成的電壓。電壓限制器107的電壓限制條件由直流母線電壓確定，並且位於電壓極限六邊形的內切圓外部的電壓被防止輸出且停留在電壓極限六邊形的內切圓上。逆變器單元108為一種電壓型逆變器，其包括諸如IGBT (絕緣柵雙極電晶體)或MOSFET (金屬氧化物半導體場效應電晶體)的功率半導體並且向IPMSM102提供用於跟蹤(follow)指令轉矩的電壓指令Vas、Vbs> Vcs。電流傳感器109被插設於IPMSM102和逆變器108之間以測量施加至IPMSM102的相電流，並且響應於坐標轉換器110的坐標轉換將由電流傳感器109測量出的電流作為反
饋返回至電流指令生成器104以及電流控制單元105。圖2為圖示了圖I的IPMSM的驅動區域的示例性的視圖，其中A為恆定轉矩曲線，並且相對於恆定指令轉矩的關於同步參考幀的d軸和q軸上的電流可具有無限組合，B為逆變器的電流限制條件，C、D和E是響應於轉子轉速的電壓限制條件的示例，其中電壓限制條件由轉子轉速改變，並且轉子轉速的增加使得電流限制橢圓的大小朝向於F方向減小。相對於恆定指令轉矩能夠由逆變器101控制的關於同步參考幀的d軸和q軸電流的大小被確定在同時滿足電流限制條件和電壓限制條件的範圍內。在電壓裕度(voltagemargin)足夠大的情況下，電壓限制條件不受限制條件的影響，這樣在IPMSM的效能方面將有利於跟蹤驅動MTPA (最大轉矩電流比)的電流指令。例如，假如給出了預定轉矩指令A，並且給出的電壓限制條件為C，則跟蹤指令轉矩的電流指令被確定在G處，其中G為用於滿足MTPA的驅動點，並且僅電流限制條件影響驅動點的區域被限定為恆定轉矩區域。在轉子轉速增加以使得電壓限制條件從C移動至D的情況下，因為G為不能受逆變器控制的電流區域，驅動點沿箭頭方向從G移動至H。這裡，如在其中驅動點從G移動至H的區域中，其中電壓限制條件和電流限制條件均影響驅動點的區域被限定為弱磁控制區域I。在轉子轉速進一步增加以使得電壓限制條件從D移動至E的情況下，電流限制條件不再能夠影響驅動區域，並且僅電壓限制條件能夠影響驅動點。這裡，其中僅電壓限制條件影響驅動點的區域被限定為弱磁控制區域II。在弱磁控制區域II處的驅動點沿箭頭方向從H移動至I。關於IPMSM102的同步參考幀的電壓等式被提供為如下等式IVl = Rs/1 +COrXqs
at等式2
AiVq8 = Rs^ + Lqi-TT- COrXds
at其中，上標『r』為同步參考幀，下標『s』為固定參考幀的變量，為轉子的角速度，『 L 』和『 C 』分別為關於同步參考巾貞的定子的d軸電流和q軸電流/ V；來『 V； 』分別為關於同步參考幀的定子的d軸電壓和q軸電壓』和『義:』分別為關於同步參考幀的定子的d軸轉子磁通和q軸轉子磁通,Rs>Lds和Lqs分別為定子阻抗以及定子的d軸電感和q軸電感。IPMSM102的驅動限制條件被分成電壓限制條件和電流限制條件並且表示為如下等式3
權利要求
1.一種用於在包括測量所述內置式永磁同步電機的轉子的位置和轉速的檢測器的系統中通過接收弱磁控制區域I的第一電流指令來運行內置式永磁同步電機的裝置，所述裝置包括反饋單元，其將過調電壓信息傳送至校正單元；校正單元，其利用轉子轉速和所述過調電壓信息以將所述第一電流指令校正為弱磁控制區域II的第二電流指令；控制單元，其控制所述第二電流指令以輸出電壓；第一限制單元，其將所述控制單元的輸出限制在能夠由逆變器單元合成的最大電壓；以及逆變器單元，其利用電壓限制單元的輸出將用於跟蹤指令轉矩的三相電壓指令施加至所述內置式永磁同步電機。
2.如權利要求I所述的裝置，還包括第一轉換單元，其利用接收自所述檢測器的轉子的位置信息將關於同步參考幀的控制單元的電壓轉換為關於固定參考幀的電壓並將轉換後的電壓輸出至所述第一限制單元。
3.如權利要求I所述的裝置，還包括電流傳感器，其測量從所述逆變器單元輸出至所述內置式永磁同步電機的相電流。
4.如權利要求3所述的裝置，還包括第二轉換單元，其將接收自所述電流傳感器的關於固定參考幀的相電流轉換為關於同步參考幀的電流並且將轉換後的電流提供至所述校正單元和所述控制單元。
5.如權利要求I所述的裝置，其中，所述反饋單元將所述控制單元的輸出與由所述逆變器單元合成的電壓之間的過調電壓反饋至所述校正單元。
6.如權利要求5所述的裝置，其中，所述反饋單元對所述過調電壓的大小進行積分以及高通濾波，並將高通濾波後的大小傳送至所述校正單元。
7.如權利要求I所述的裝置，其中，所述校正單元包括處理單元以及第二限制單元，所述處理單元校正所述第一電流指令以生成在所述弱磁控制區域II的情形下的所述第二電流指令；所述第二限制單元通過所述第二電流指令來限制電流的大小。
8.如權利要求7所述的裝置，其中，所述處理單元包括判定單元，其確定所述弱磁控制區域II ;確定單元，其確定電流指令的校正的方向；計算單元，其利用電流轉子轉速和最大轉子轉速來計算比例增益；第三限制單元，其限制電流變化的大小；部分限定單元，其限定了用於劃分所述弱磁控制區域I和所述弱磁控制區域II的磁滯部分；以及加法單元，其通過將參考電流與所述部分限定單元的輸出相加而輸出所述第二電流指令。
9.如權利要求7所述的裝置，其中，所述第二限制單元將所述第二電流指令限制在能夠由所述逆變器單元輸出的電流範圍。
10.如權利要求7所述的裝置，其中，所述第二限制單元相對於所述第二電流指令向關於所述同步參考幀的d軸電流提供優先級，優先地將d軸電流輸出在額定電流的大小之內，並且將從額定電流中減去d軸電流的大小的差值選擇作為q軸電流指令的允許範圍。
11.如權利要求I所述的裝置，其中所述第一限制單元通過利用電壓極限六邊形來限制所述控制單元的輸出。
全文摘要
本發明提供了一種用於運行內置式永磁同步電機的裝置，其用於在包括測量所述內置式永磁同步電機的轉子的位置和轉速的檢測器的系統中通過接收弱磁控制區域I的第一電流指令來運行內置式永磁同步電機，所述裝置包括反饋單元，其將過調電壓信息傳送至校正單元；校正單元，其利用轉子轉速和所述過調電壓信息以將所述第一電流指令校正為弱磁控制區域II的第二電流指令；控制單元，其控制所述第二電流指令以輸出電壓；第一限制單元，其將所述控制單元的輸出限制在能夠由逆變器單元合成的最大電壓；以及逆變器單元，其利用電壓限制單元的輸出將用於跟蹤指令轉矩的三相電壓指令施加至所述內置式永磁同步電機。
文檔編號H02P6/16GK102868339SQ201210232668
公開日2013年1月9日 申請日期2012年7月5日 優先權日2011年7月5日
發明者俞安櫓 申請人:Ls產電株式會社