[发明专利]减小三相电动机中转矩脉动的相位畸变补偿设备和方法

说明书

本发明涉及用四个开关元件控制三相电动机速度的设备和方法，尤其涉及利用四个开关元件减小三相电动机中转矩脉动的相位畸变补偿设备和方法，它能直接或间接检测与包括开关元件的变换器(inverter)的相应开关引线相连接的上下DC链接电容器之间的电压差，根据检测到的电压差调节相电压的相应开关时间，从而减小三相电动机中产生的转矩脉动。

图1是使用四个开关元件的传统三相电动机控制器的方框图。如图1所示，三相电动机控制器包括一对DC链接电容器，即上方DC链接电容器3和下方DC链接电容器4，分别适于接收AC电压整流后的DC电压，并将DC电压存储在其中。三相电动机控制器还包括B4变换器2，该变换器配置成在从每个电容器3和4提供DC电压时响应开关控制信号而接通或断开，从而提供适于使三相电动机1旋转的三相电压。三相电动机1与B4变换器2的相应开关引线连接并与上下DC链接电容器3和4之间的连接节点连接。

通常，变换器是已知的，用六个开关元件控制三相电动机。但是，这种变换器很昂贵。为了降低这种变换器的成本，提出一种用四个开关元件控制三相电动机的变换器。这种变换器的一个例子是图1所示的B4变换器2。

现在，描述上述用四个开关元件控制三相电动机的传统三相电动机控制器的操作。

当AC电压输入三相电动机控制器中时，经整流装置(未示出)整流，产生DC电压。该DC电压提供给彼此并联连接的上下DC链接电容器3和4。

结果上下DC链接电容器3和4以交替方式执行充电和放电操作。根据组成B4变换器2的开关元件的各自状态变化控制交替的充电和放电操作。

B4变换器2有四个开关状态，如图3A-3D所示。下面结合Y-连接的三相电动机的情况进行描述。在下面的描述中，“1”表示B4变换器2中上方开关元件的ON状态，“0”表示下方开关元件的ON状态。在仅分别对应于B4变换器的四个电压矢量的上方开关元件被接通的情况下，即处于状态<1,1>，为三相电动机1提供在上方DC链接电容器3中充电的电压V1。在这种状态下，不从下方DC链接电容器4向三相电动机1提供电压。

另一方面，当只有下方开关元件被接通时，即处于状态<0,0>，为三相电动机1提供在下方DC链接电容器4中充电的电压V2。在这种状态下，不从上方DC链接电容器3向三相电动机1提供电压。

在状态<0,1>和<1,0>下，上下DC链接电容器3和4分别向三相电动机1提供电压V1和V2。

为了允许三相电动机1旋转，需要产生三相电压，每相电压彼此的相位差为120°，如图2所示的Va、Vb和Vc。

为了产生这些三相电压，分别对应于加到三相电动机1上的三相电压矢量的B4变换器2中三个节点中的一个节点连接上下DC链接电容器3和4之间的连接节点，剩下的两个节点连接上方开关元件和相关的下方开关元件之间的各自的引线。

而且，当向电压Va、Vb和Vc施加电压-Vc时，为了产生与平衡的三相电压有相同效果的电压，所有的三相电压矢量都没有方向，最后只产生“Vu”和“Vw”，如图2所示。

电压矢量Vu和Vw用于与零相位一起产生平衡的三相电压。即，能用四个开关获得三相平衡电压。

B4变换器2产生的两个电压矢量Vu和Vw之间有60°的相位差，如图2所示。如上所述，在三相电动机的c-相连接到上下DC链接电容器3和4之间的连接节点的情况下，电压矢量Vu的相位从a-相电压Va延迟30°。

所以，在用脉宽调制(PWM)的脉冲控制B4变换器2的情况下，能用下列等式1所表达的B4变换器2的开关逻辑控制三相电动机1。