[发明专利]用于控制同步电机驱动系统的方法和系统

说明书

技术领域

[0001]本发明总的来说涉及控制交流(AC)电机，更具体的说涉及用于控制同步电机例如永磁电机和同步磁阻电机的系统和方法。

背景技术

[0002]交流电机应用在包括车辆领域的各种领域，交流感应电机具有简单、坚固的结构，易于维修，且性价比高。应用在车辆上的交流电机通常通过电压源变换器控制这样所述电机相电流是正弦的。提供正弦形状的输入电流至所述交流电机通常产生没有额外调和的扭矩，其可以是交流电机中的转矩震动源。

[0003]在车辆应用中，一个设计要点是最佳化可利用的直流电总线电压(例如，通过电池组提供)的利用率。总线电压利用率的最大化通常改善高速驱动和整个系统的效率。一些交流电机是永磁(PM)电机。永磁电机通常具有大功率密度和高效率的特性并被如此便利的用于车辆驱动中。电机具有由于电压源变换器电流限制引起的电流限制，和由于可利用的直流总线电压引起的电压限制。在高速下，所述永磁电机，没有电压控制，产生机械磁通，或反电动势，其会增加超过所述直流总线电压。例如，所述永磁电机的相电压随着电机速度的增加而增加。超过一预定速度时，所述永磁电机的相电压变成大于总线电压。为了保持永磁电机的电流控制，所述反电动势使用场-削弱被减少。在永磁电机中，所述磁通不能固有地减少，如此通常应用消磁电流来减少永磁电机的磁铁或总磁通量。

[0004]为了实现永磁电机的效率优化控制，永磁电机的非线性特性可以被测量并被用来研制非线性的电机模型。这些模型被用来确定最优效率的控制参数，这些控制参数通常作为对照表被加到所述控制器用于电机的效率最优控制。所述控制参数还可以由内部的电压和电流限制确定。在理想操作期间，使用这些控制参数的反馈控制通常足够来在稳态条件下提供永磁电机的稳态控制。为了保持在高速时的电流控制，当所述有效电压被限制时，可能需要额外的协助，尤其在过渡工况期间或在实际的机器参数和测量的参数不匹配的情况下。一磁场削弱电压环路通常用来修正所述模型和用于稳定机器操作的实际的机器参数之间的误差。

[0005]一些强的磁铁磁通永磁电机具有高的空载损失(例如，自旋损失)和故障问题。弱的磁通永磁电机可以被选择其中所述磁铁磁通故意地保持较低以避免与永磁电机相关的问题。现在，d轴电流控制方法已经被用来场削弱在强的磁铁磁通永磁电机中的反电动势。例如，可以应用一负的d轴电流以产生消磁磁通元件，其减少所述磁铁磁通和所述磁铁反电动势。由于在电机电压上所述d轴电流的弱的影响，这些d轴电流控制方法对弱的磁通永磁电机来说具有局限的成果。例如，在操作的非线性过调制区域，在所述电机磁通上的d轴电流的弱的影响可以通过增加总电压幅度而不是减少总电压幅度来削弱弱的磁通永磁电机的场削弱操作。D轴电流控制还不能在高速运转的具有大的消磁电流的强磁通电机中有效运用。在大的消磁电流情况下，d轴磁通可以颠倒用于强的磁通电机的信号(即，变成负的)。所述d轴磁通的颠倒发生在弱的磁通电机中很地低的消磁电流并因此在低速情况下。正如前面提到的那样，所述d轴电流在弱的磁通电机中具有弱的对电压的影响。另外，由于所述d轴磁通信号颠倒，其也可能在强磁通电机中成立，通过应用更多d轴电流企图降低电压通常增加所述电机的终端电压，从而增加消磁控制的不稳定。

[0006]通过克服电机电压，可以在电机中产生电流。除反电动势之外，所述电流调节器应该克服电阻性的电压降和电感电压降。所述电感电压降可以是高的，尤其在具有磁阻的电机(例如，内部永磁电机或同步的磁阻电机)的q-轴中。通过降低电机终端电压，电流控制可以得到保持。对于一些高磁通永磁电机，通过引入消磁电流(例如，负的d轴电流)降低高速下永磁电机的反电动势间接地降低了电机的终端电压，因为一强的影响(例如，永磁场)作用在电压上。然而，对于其他的电机，例如弱的磁通永磁电机，同步磁阻电机，乃至一些强永磁磁通电机，控制所述d轴电流以减少反电动势可能对电机终端电压具有理想的效果。

[0007]相应地，提供一种用于控制永磁的或同步磁阻电机驱动系统的方法，该方法减少所述电机终端电压而保持电流控制，特别是在高速下。另外，提供一种用于永磁或同步磁阻电机驱动系统的控制系统，该控制系统减少所述电机终端电压而保持电流控制，特别是在高速下。此外，本发明其他合适的特征和特性从结合附图和上述技术领域以及背景技术的详细说明和附加的权利要求中将变得更加明显。

发明内容