[发明专利]准矢量电机控制器

说明书

本发明涉及一种设备、系统及方法。该设备包括：开关模块，用于选择性地接通开关，以将连接至电压源的输入电力导线按顺序连接至电机。在电压源的基波频率的周期的一部分内接通用于每一相的开关。源相位模块确定AC电压源的相位，反EMF相位模块确定电机的反EMF的相位，以及转矩模块确定AC电压源的相位与反EMF的相位之间的相位差何时在表示正电机转矩的相位范围内。脉冲模块响应于相位差具有相位范围内的相位而启用开关，而响应于相位差具有不在相位范围内的相位而禁用开关。

技术领域

本文中所公开的主题涉及电机控制，更具体地涉及在启动期间使用准矢量电机控制器的电机控制。

背景技术

交流(“AC”)电机通常具有高的启动电流，尤其是通用的某些设计类型，诸如国家电气制造商协会(“NEMA”)设计B电机。另外，由用于将电压源连接至电机的开关控制的电机还可能包括具有诸如高电流、负转矩脉冲、噪声等的不期望的特性的控制器。通常使用电机启动器，其包括用于在保持低启动电流的同时启动电机的机构。其它控制器也可以控制电机的速度在零速度与全速度之间。存在各种各样的电机启动器和控制器，包括使用降低的电压启动电机的传统电机启动器。然而，很多电机启动器效率很低。也可以使用变频驱动器(“VFD”)启动或控制电机。虽然变频驱动器很常见，但是基于晶闸管的启动器也具有一些优点。例如，基于晶闸管的启动器对于较大的电机来说更经济，并且可以比VFD更小。VFD可以用于电机速度控制，但一些应用可能在启动之后不需要可变的速度，因而可能期望较低成本的启动器。晶闸管通常依尺寸被制造成处理一定量的电流，因而能够期望在启动期间减小电流。可以期望使得负转矩脉冲最小化的用于电机启动和控制的控制方法。

发明内容

公开了一种用于准矢量电机控制器的设备。系统和方法也执行该设备的功能。该设备包括开关模块，针对每一相，开关模块选择性地接通开关以将连接至交流(“AC”)电压源的输入电力导线按顺序连接至电机。用于每相的开关在AC电压源的基波频率的周期的一部分内接通，其中，该部分小于基波频率的整个周期。在一种实施方式中，该设备包括：源相位模块，用于确定AC电压源的相位；反EMF相位模块，用于确定电机的反电动势(反EMF)的相位；以及转矩模块，用于确定AC电压源的相位与反EMF的相位之间的相位差何时在表示正的电机转矩的相位范围内。在一种实施方式中，该设备包括脉冲模块，脉冲模块响应于相位差具有在相位范围内的相位而允许接通用于电机的每相的开关，并且响应于相位差具有不在相位范围中的相位而禁止接通用于电机的每相的开关。

在一种实施方式中，该相位范围包括在该相位处电机转矩预期为正的相位。在又一实施方式中，相位范围包括在约0°与约30°之间的相位。在另一实施方式中，源相位模块使用下面的等式确定AC电压源的相位：

其中：

θ_supply是电压源的相位；以及

V_α，V_β是静止参考坐标系中的定子电压，

其中，使用α-β变换将电压源的每相的电压变换至静止参考坐标系。

在另一实施方式中，反EMF相位模块使用电机的定子中的电压和电流测量来确定电机的反EMF的相位。在另一实施方式中，反EMF相位模块使用下面的等式确定电机的反EMF的相位：

其中：

θ_emf是电机的反EMF的相位；以及

R_s是定子绕组的阻抗；

V_α，V_β是静止参考坐标系中的定子电压；以及

I_α，I_β是静止参考坐标系中的定子电流，