[发明专利]用于旋转电机的控制设备

说明书

本发明申请是申请日期为2011年2月25日、申请号为“201110049211.0”、发明名称为“用于旋转电机的控制设备”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明一般涉及一种用于电力转换系统的控制设备，该电力转换系统配有连接到旋转电机的直流/交流转换器和接合到直流/交流转换器的输入端的电容器，并且更具体地，涉及这样的控制设备，其被设计成控制直流/交流转换器的操作，以便将电容器中所充电的电压减小到给定水平以下。

背景技术

日本专利首次公开第9-70196号公开了一种控制设备，其被设计成控制三相永磁电动机的通电(energization)，以便将q轴方向上的命令电流设置为零（0），以及将d轴方向上的命令电流的绝对值设置为大于零（0），从而使连接到逆变器的电容器放电。该控制方式基于如下事实：电动机要产生的扭矩T以T=p{ψ+(Ld-Lq)id·iq}来表示，其中，id是d轴电流，iq是q轴电流，Ld是d轴电感，ψ是电动机的电枢的磁链系数，并且p是电动机的电极对的数量。具体地，为了避免电动机通电时生成扭矩，用于使电动机通电的电流（其在下文中也将被称为电动机通电电流）的相位被定向到d轴。

用于将命令电流设置为零（0）的电动机通电控制需要使用电动机的电角度的测量值。如果测量值有误差，则基于该测量值将电动机通电电流的相位定向到d轴可导致在电动机中生成扭矩。当电动机被这样的扭矩旋转时，其将导致电动机通电电流的相位继续如误差所决定的那样被定向到d轴。因此，电动机继续产生扭矩，换言之，电动机继续旋转。

另外，扭矩没有变成零（0）的因素还被归因于上述扭矩等式中的误差。具体地，该扭矩等式是在简化的电动机模型中导出的，其中，d轴电感Ld和q轴电感Lq的值是固定的。然而，典型的电动机具有由空间谐波而引起的并且取决于电动机的电角度的电感分量。即使当电动机通电电流的相位在电动机的通电控制中被定向到d轴时，这也可导致不合期望地产生扭矩。随着配有集中绕组的永磁电动机的使用的增加，这种问题正变得严重，其中，在集中绕组中会剧烈地出现空间谐波。

发明内容

因此，目的是提供一种用于旋转电机中的控制设备，该控制设备被设计成将电容器中所充电的电压减小到给定值以下，其中，该电容器耦合到直流/交流转换器的输入端。

根据实施例的一个方面，提供了一种用于电力转换系统的控制设备，该电力转换系统配有连接到旋转电机的直流/交流转换器和接合到直流/交流转换器的输入端的电容器。该控制设备包括：通电控制单元，被配置成通过直流/交流转换器控制旋转电机的通电以对电容器放电，以便具有小于给定值的充电电压；以及电流矢量改变控制单元，被配置成控制固定坐标系中流过旋转电机的电流的矢量的方向的改变。该改变是由在旋转电机的通电控制期间旋转电机的旋转角度的改变而引起的。

由旋转电机的通电控制所产生的扭矩可使旋转电机旋转。如果改变固定坐标系中的电流矢量的方向以固定为使旋转电机通电而提供的电流的相位，可导致在旋转电机中继续产生扭矩。替选地，如果固定坐标系中的电流矢量的方向是固定的，将导致在与旋转电机的旋转角度正在改变的方向相反的方向上产生扭矩。基于这样的事实来设计控制设备，并且该控制设备能够操作以在旋转电机的通电控制中以鲁棒控制模式来控制或减小固定坐标系中流过旋转电机的电流的矢量的方向改变。

在实施例的优选模式中，通电控制单元包括电压确定单元，该电压确定单元被配置成基于旋转电机的旋转角度来确定要施加到旋转电机的定子的命令电压，以便在开环模式下控制电流矢量的方向。通电控制单元被配置成通过命令电压来控制直流/交流转换器。电流矢量改变控制单元用作命令电压固定单元，该命令电压固定单元被配置成固定旋转电机的旋转角度的值，其中该旋转角度的值是电压确定单元的输入参数。

在开始旋转电机的通电控制之前采样要输入到电压确定电路的旋转电机的旋转角度的值，从而防止固定坐标系中流过旋转电机的电流的矢量的方向由于旋转电机的旋转角度的变化而改变。开环模式的使用利于容易地减小由于电容器的放电而发生的噪声或振动，或简化电容器的控制逻辑。

如果满足停止旋转电机的条件，通电控制单元被配置成开始控制旋转电机的通电。命令电压固定单元被配置成在通电控制电路开始旋转电机的通电控制之前，对旋转电机的旋转角度的值进行采样。电压确定单元被配置成根据旋转电机的旋转角度的采样值来改变要施加到旋转电机的电压的相位。