[发明专利]推导电机中参数的数值

说明书

技术领域

本发明涉及推导电机中参数的数值。特别的，但非排除性地， 本发明涉及对无刷电机中的电流、电压或磁通量(flux)的估测。

背景技术

在最近三十年中，容易控制的半导体开关的可用性已经使很 多类型的电机的电子控制成为可能，并且因此提供其速度由用户控制 而不是由供电的频率控制的驱动系统。所有这些控制器或多或少依赖 于代表机器的参数的控制信号。被选择使用的参数既受到应用支配， 又由于不同类型的电机要求不同的控制方法而受到所控制电机的类型 支配，而且还受到提供这些信号的花费支配。

一种类型的无刷电机是开关磁阻机，其典型地形成可变速度 驱动系统的基础。附图1以示意形式示出典型的多相(此处是三相)开 关磁阻驱动器，其中开关磁阻机12连接到负载19。单相电机也是已知 的。输入直流电源11可以是电池或者经整流和滤波过的交流电。在电 子控制单元14的控制之下，功率转换器13在电机12的相位绕组16两端 切换由电源11(下面被称为供电或直流链路电压)提供的直流电压。 对于其他形式的无刷电机，为了驱动器的适当运行，该切换或开关操 作(switching)必须正确地与转子的旋转角度同步，并且可以使用转 子位置变换器(transducer)15来提供对应于转子的角度位置θ的信号。

已知很多不同的功率转换器布局结构，在图2中示出其中用 于多相系统的单相的一种布局结构，其中机器的相位绕组16与开关器 件21和22串行连接在汇流条(busbar)26和27之间。汇流条26和27被统 称为转换器的“直流链路”。能量恢复二极管23和24被连接到绕组以 允许当开关21和22被打开时绕组电流回流到直流链路。被称为“直流 链路电容器”的电容器25被连接在直流链路之间。

从电机到转换器的电流反馈一般被认为对于控制器的安全 运行是必要的，这和许多技术在本领域中是公知的。在图2中，电阻器 28串联连接较低开关22，从而以电阻器两端的电压降的形式提供与开 关电流成比例的信号。类似的布置可以将电阻器置于电路的其他部分 以提供对略微不同的电流的测量，但是它们中没有一个能提供与主转 换器电路电隔离的信号。这些方案的进一步的缺点是，特别在功率更 强的电机中，电阻器上的功率损耗变得重要。替代地，如在图1中18处 概略示出的隔离形式的电流变换器可以被使用以提供在控制系统中一 般较容易使用的信号，但是该变换器相当贵而且可能引入与缺乏带宽 相关联的问题。增加变换器的带宽是可能的，但是将增加变换器的成 本。

如图1所示，除了电流反馈，常常提供与直流链路的电压相 对应的信号。因为若干原因这可能是需要的，例如，为了转换器的软 启动、为了器件保护、为了确定合适的开关角度等。该信号常常由包 括跨越直流链路的电阻器链的分压器提供。虽然它简单并经济，它并 不提供与控制电路隔离的信号。当需要完全的隔离时(例如为了用户 安全)，一般使用光隔离器件实施更复杂的电路。虽然有效，但是它 们比简单的电阻器链昂贵得多。

图3示出图2中的电路的连续周期。在图3(a)中，当开关21 和22在转子角度θ_on处关闭并在角度θ_off处打开时，在传导角度θ_c的持续 时间内电压被施加到相位绕组。作为所施加电压的时间积分，磁通量 在施加电压的同时几乎线性增长。相位绕组16中的电流增长到峰值， 然后根据运行点回落。在传导周期结束时，开关被打开并且电流传送 到二极管，将反向的链路电压置于相绕组两端并且因此使磁通量和电 流降为零。在零电流处，二极管停止传导并且电路保持非活动状态一 直到后续的传导周期的开始。

近年来，出现消除转子位置变换器的趋势并且已经发展出多 个“无传感器”位置估测方法。这些方法中的多个喜欢使用代表相位 电流和磁通量的参数。例如，可以监控一个或多于一个相位中的相位 磁通匝数(即被施加的电压相对于时间的积分)和电流(例如通过图1 中的电流变换器18或图2中的电阻器28测量的电流)。使用电机的电感 变化的知识，可以计算出作为角度和电流的函数的位置。一个特别有 效的方法在EP 0573198(Ray)中描述，其作为参考并入本文。