[发明专利]控制三次谐波电压的方法、系统和设备

说明书

关于联邦政府资助的研究或开发的声明

本发明在由美国能源局授予的DE-FC26-07NT43123的政府支持下作出。政府在本发明中具有特定的权利。

技术领域

本发明的实施例总体涉及一种用于控制多相系统的操作的技术，例如实现五相电机的系统，更具体地涉及一种用于在过调制范围内操作多相电机时控制三次谐波电压的方法、系统和设备。

背景技术

电机在多种类的应用中使用。例如，混合/电力车辆（HEVs）典型地包括电牵引驱动系统，该电牵引驱动系统包括交流（AC）电动马达，该交流（AC）电动马达由具有直流（DC）电源（例如蓄电池）的电力变流器驱动。AC电动马达的马达绕组可联接到电力逆变器模块（PIM）的逆变器子模块上。各逆变器子模块包括一对开关，该开关以互补的方式开关来执行快速开关功能以将DC电转换为AC电。该AC电驱动AC电动马达，该AC电动马达又驱动HEV传动系的轴。传统HEV配备两台三相脉宽调制（PWM）逆变器模块和两台三相AC电机（例如，AC马达），所述三相AC电机各由相应的所联接的一个三相PWM逆变器模块驱动。

很多现代高性能AC马达驱动器使用场定向控制（FOC）或“矢量”控制原理以控制AC电动马达的操作。特别地，矢量控制经常用于变频驱动器中以通过控制输出到AC电动马达的电流来控制施加在AC电动马达的轴上的转矩（并最终控制速度）。简而言之，定子相电流被测量并转换为相应的复空间矢量。然后该电流矢量变换到随AC电动马达转子旋转的坐标系统中。

最近，研究人员已经研究在各种应用，包括电动车辆中使用多相电机的可能性。如本文中所使用的，术语“多相”指的是多于三相，并可用于指具有三相或更多相的电机。五相AC电机是多相电机的一个例子。在五相系统中，五相PWM逆变器模块驱动一个或多个五相AC电机。

虽然在HEV中使用五相系统（例如，五相逆变器和马达构造）的可能性正在被研究，要实际地实施这些系统之前还有大量工作要做。例如，对于实现在HEV中的五相电驱动器的情况，因为可提供的最大转矩允许HEV更快的加速和减速，并在驱动期间有更好的动态性能，因此期望在任何给定转速下的高转矩。

将需要增加多相电机产生的输出功率和可提供的机械转矩，使得多相电机的效率和动态性能可被改善。结合附图和上述技术领域和背景技术，从后续的详细说明和所附权利要求中，可以显而易见到本发明的其他理想特征和特性。

发明内容

本发明的实施例涉及通过在矢量控制马达驱动系统（包括驱动五相电机的五相PWM控制逆变器模块）中过调制来控制五相电机操作的方法、系统和设备。在一个实施例中，提供了用于过调制参考电压矢量的方法、系统和设备。过调制用于优化控制五相PWM控制逆变器模块的电压指令以增加由五相逆变器模块产生并提供给五相电机的逆变器输出电压。

根据一个实施例，参考电压矢量的幅度和角度是基于电压指令信号（例如，同步参考坐标系d轴电压指令信号和同步参考坐标系q轴电压指令信号）确定的。然后可确定参考电压矢量的幅度是否小于等于一个或多个阈值。

例如，可确定参考电压矢量的幅度是否小于等于线性调制范围的线性范围电压阈值。当参考电压矢量的幅度确定为大于线性范围电压阈值时，参考电压矢量在第一过调制范围或第二过调制范围内。为确定参考电压矢量是在第一过调制范围内还是在第二过调制范围内，可确定参考电压矢量的幅度是否小于等于第一过调制范围的第一电压阈值。

当参考电压矢量确定为在过调制范围中的一个时，参考电压矢量的修正幅度和修正角度可通过修正参考电压矢量的幅度和参考电压矢量的角度来产生。

例如，当参考电压矢量的幅度确定为小于等于第一过调制范围的第一电压阈值时，则参考电压矢量确定为在第一过调制范围内。在这种情况下，参考电压矢量的修正幅度可基于参考电压矢量的幅度和修正因子系数产生，参考电压矢量的修正角度可设置为等于参考电压矢量的角度。

相反，当参考电压矢量的幅度确定为大于第一过调制范围的第一电压阈值时，参考电压矢量确定为在第二过调制范围内。在一个实施例中，当参考电压矢量确定为在第二过调制范围内时，参考电压矢量的角度可被修正以产生用于三次谐波幅度和角度的一组值，而同时保留需要的基波电压。例如，在一个实施方式中，参考电压矢量的角度可基于参考角速度修正系数、三次谐波幅度系数、三次谐波相角修正系数来修正。同时，参考电压矢量的幅度可基于参考电压过调制控制角、扇区号和线性调制范围的电压阈值来修正。