[发明专利]马达控制器和马达系统

说明书

技术领域

本发明涉及利用用于控制AC(交流)马达的矢量控制的马达控制器。

背景技术

矢量控制适于控制AC马达，所述AC马达包括感应马达、同步磁阻马达以及同步永磁马达。在矢量控制中，提供给马达的电流被处理为具有直轴分量和交轴分量的矢量。直轴分量对应于转矩分量，而交轴分量对应于磁通量(flux)分量。矢量控制因转矩和磁通量的独立控制而对交流马达呈现出快速动态响应。

在利用PWM(脉宽调制)切换模式的矢量控制中，死区时间(dead time)、MOSFET的通态电阻、切换中的上升时间、DC母线电压波动等导致逆变器的实际电压与基准(或称作“指令”)电压之间的差。实际电压与基准电压之间的差导致实际电流和理想电流之间的差。结果，发生转矩波动。

在PWM切换模式下提供死区时间以避免短路。在VSI(电压源逆变器)中，如果逆变器支路(leg)的上下两个晶体管导通，则会发生短路。为防止这种短路，插入两个开关都打开的极短时间，这个时间被称作“死区时间”。然而，死区时间会导致VSI中的诸如基本电压损失和输出波形畸变的问题。输出波形畸变会在PWM的基准电压与实际电压之间产生误差。MOSFET的通态电阻是包括源电阻、沟道电阻、接入电阻、漏电阻等的多种效应的总和。这种效应会导致逆变器输出中的诸如基本电压损失和输出波形畸变的问题。波形畸变会在PWM的基准电压与实际电压之间产生误差。

C.Attaianese等人的“Hardware Dead Time Compensation for VSI Based Electrical Drives”,IEEE International Symposium on Industrial Electronics,2001(ISIE 2001).Vol.2,pp.759-764公开了补偿死区时间的影响。不使用矢量控制的控制系统在逆变器电源模块之前具有一个额外的补偿电路。

美国专利申请公报No.2004/0007999 A1公开了一种主动死区时间控制。死区时间的量基于负载条件而改变。在主动死区时间控制中，如果马达负载的值降低，那么将使用更短的死区时间，而对于更高的转矩和速度，则使用较长的死区时间来降低损坏晶体管的风险。为了解决转矩波动问题，在美国专利No.7005822 B1中提出了另一种方法。在该方法中，确定并补偿相间电压失配。

在美国专利No.8657585 B2中提出了用于波动补偿的另一方法。在该方法中，测量速度的波动，并应用基于该波动的补偿转矩。

引文列表

专利文献

PTL 1:美国专利申请公报No.2004/0007999 A1

PTL 2：美国专利No.7005822 B1

PTL 3：美国专利No.8657585 B2

非专利文献

NPL1:C.Attaianese等人的“Hardware Dead Time Compensation for VSI Based Electrical Drives”,IEEE International Symposium on Industrial Electronics,2001(ISIE 2001).Vol.2,pp.759-764

发明内容

技术问题

C.Attaianese等人的方法需要额外电路，这增加了系统成本和复杂性。而且，调制器信号与VSI信号之间存在恒定时移，这导致电压波形的新畸变。如先前提到，任何波形畸变都可能导致转矩波动。

美国专利申请公报No.2004/0007999 A1的方法仅可以改进低马达负载下的转矩控制，而对于更高马达负载无用。而且，这种方法在需要高基准电压的高马达速度下具有缺点。

美国专利No.7005822 B1的方法对于死区时间和通态电阻效应没有任何建议。美国专利No.8657585 B2的方法致力于减少马达速度波动和没有转矩波动。因此，该方法仅可以应用于速度控制驱动而不可应用于转矩控制驱动。

上述任何文献都未有关在矢量控制中由死区时间、通态电阻等所造成的转矩波动进行研究。

本发明的目的之一是利用简单构造来减少在矢量控制中的转矩波动。

问题的解决方案