用于控制高速同步機器的電磁轉矩的方法技術

在此披露了一種用于控制帶有永磁鐵的三相同步機器的電磁轉矩的方法，該方法包括對傳輸至該機器的電流進行測量、使用派克變換將這三個測量的電流轉換成一個直軸電流分量(Id)和一個交軸電流分量(Iq)、并且接收針對該交軸電流分量(Iq)的一個指令(Iq_req)。當該直軸電流分量(Id)是負的時激活一種去通量控制模式，在該去通量控制模式下根據所述機器的一個直軸電壓分量(Ud)和一個交軸電壓分量(Uq)控制該機器，該直軸電壓分量(Ud)和該交軸電壓分量(Uq)是在派克平面中確定的。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】用于控制高速同步機器的電磁轉矩的方法
本專利技術涉及一種用于控制帶有永磁鐵的三相同步電動機的電磁轉矩的方法，并且更具體地涉及當電壓飽和時的轉矩控制。
技術介紹
在電力驅動的機動車輛中，必須對電動機提供的轉矩加以控制。由于電動機器的轉矩與該機器中流動的電流直接相關，必須對這些電流加以精確地控制。在一種同步機器、值得注意的是帶有永磁鐵和軸向通量的三相同步機器中，三個定子相中的電流是正弦型的并且各自偏離^-rad。這些電流在該電動機器中產生一個旋轉磁場。該轉子是由多個永磁鐵構成的，例如具有1與5之間的極對數。像一個羅盤一樣，轉子自身自然地與該轉子產生的旋轉磁場對齊。因此，該轉子的旋轉頻率等于這些定子電流的頻率(與其同步)。這些定子電流的幅值和這些轉子磁鐵的能力對創造使該機器旋轉所需要的轉矩負責。因此，各自相等地偏離的正弦電壓被施加到該定子的各個相以便控制這些電流。通常，對恒定值的施加調節比對正弦信號要更簡單。派克(Park)變換通常用于將一個三相系統投影到一個二維空間上以用于在一個等效的旋轉參考系中定位的目的。以此方式，該定子的與三相系統的三個相相關的三個正弦電流和三個正弦電壓可以被轉換成在其中這三個正弦電流或電壓信號被表達成兩個恒定的電流或電壓信號(一個直軸上的分量Xd和一個交軸上的分量Xq)的形式的一個空間。出于此目的，派克變換是基于與該旋轉磁場相關聯的一個參考系；在同步機器的情況下，該派克變換是基于與該轉子相關聯的一個參考系。通過以在派克空間中表達的電流和電壓工作，因此有可能作用于恒定電流或電壓而不是正弦信號，以便調節有待控制的三相機器。通過執行逆變換，有可能返回到該機器的正常參考系并且因此準確地知道哪一個電壓或電流施加到該機器的各個相。使用一個電池作為該三相電動機器的電源強加了額外的限制，因為可以應用的電壓受到電池容量的限制。確實，這些限制使得不可能實現一些設定點。在可獲得的空間之外的一個設定點通常產生不穩定性。目標是確保電流在該機器中的穩定性而同時盡管這些電壓限制而對該機器加以控制。由于這些約束，如果這些設定點是不可獲得的，則目標是盡可能精密地接近該設定點。文件US3851234描述了一種用于通過降低提供轉矩的電動機的速度防止磁飽和的方法。文件US5015937描述了一種用于以開環模式通過數據表格對繞線轉子式同步電機進行控制以便防止飽和的方法。文件US6181091描述了一種控制帶有永磁鐵的同步電機的方法，在該方法中通過對在該電動機的每個分支中供應電壓的相位脈寬調制模塊的操作進行修改來防止飽和。在這些已知的控制方法中，為了防止電壓飽和而減小了該同步機器可獲得的電磁轉矩，值得注意的是通過在派克空間中直接對電流分量進行控制。事實上，通常計算出相對應的直軸電流分量的圖譜以便保持對該交軸電流分量的控制，從而使得可以實現針對該交軸分量的設定點。這種方法具有的缺點是必須實施對這些電流圖譜調節的過程。此外，沒有辦法保證針對一個給定的電磁轉矩將獲得最佳的電流。這是因為在這種繪制圖譜的方法中，為了確保電壓飽和條件不會發展，給該直軸電流分量的值提供一個安全裕度；也就是說，該直軸電流分量減少了超過必要的量，以避免在對該系統加以控制中損害該機器的效率的飽和風險。這樣的直軸電流分量的減小意味著電壓的減小并且因此可獲得的電磁轉矩減小。
技術實現思路
本專利技術提出要提供一種用于對帶有永磁鐵的同步機器的電磁轉矩進行控制的方法，該方法使得在該同步機器在高速下以飽和電壓運行時在該同步機器中能夠提供電流穩定性。根據本專利技術的一個方面，一個實施例提出了一種用于控制帶有永磁鐵的三相同步機器的電磁轉矩的方法，該方法包括對傳輸至該機器的三相的電流進行測量、基于三相系統的變換將這三個測量的電流轉換成一個直軸電流分量和一個交軸電流分量、并且接收針對該交軸電流分量的一個設定點。根據本專利技術的一個特征，當該直軸電流分量是負的時激活一種去通量控制模式，在該去通量控制模式下基于所述機器的一個直軸電壓分量和一個交軸電壓分量控制該機器，該直軸電壓分量和該交軸電壓分量是在與該三相系統的變換相關的平面中確定的。該三相系統的變換可以是派克變換。該三相系統的變換還可以是福蒂斯丘(Fortescue)變換、克拉克(Clarke)變換或Ku變換。在派克空間中，有待控制的系統包括應于在該同步機器的派克平面的兩個軸(直軸和交軸)上的一個直軸電壓分量和一個交軸電壓分量，這兩個電壓分量被表達成該同步機器的直軸電流分量和交軸電流分量的函數，這兩個電流分量被應用于該派克平面的這兩個軸上。當該同步機器的轉子以高速運行時，該直軸電流分量具有一個負值并且如果不補償的話會導致損失。該去通量控制模式使得有可能抵消由于這些永磁鐵的磁通量引起的項，該項與該轉子的旋轉速度成比例，這些磁鐵的通量是恒定的，并且該項因此在高速時變得不可忽略。由于該磁通量引起的項(還被稱作該機器的電磁力)引入了必須被補償的擾動。在高速時對該同步機器的電壓控制因此使得能夠始終最大程度地補償由于該磁通量引起的擾動。有利地，當該直軸電流分量返回到一個正值或零值時退出該去通量控制模式。該同步機器有利地在該三相系統的變換平面的直軸和交軸之間具有完美的對稱性，從而使得能夠獲得該三相系統的變換平面的每個軸上的等效電感之間的相等。優選地，該同步機器的控制電壓的直軸分量和交軸分量取決于相同的控制參數，該控制參數被確定成使該直軸電流分量的值接近零并且使得能夠補償由這些永磁鐵的磁通量引起的項。當該直軸電流分量具有負值時，這個分量對該機器而言表示損失。因此，為了使這個損失最小化，必須將這個直軸電流分量維持在可能的最小值，而同時使這個直軸電流分量的所述值保持在足以補償與由該轉子的這些永磁鐵產生的磁通量引起的項相對應的電磁力。該控制電壓的直軸分量和交軸分量優選地與相同的最大幅值成比例、并且以一種正弦的方式取決于該控制參數(θ)，該控制參數(θ)例如在一個范圍內變化。更一般地，該控制參數(θ)在小于或等于π的一個幅值范圍內變化。根據另一個方面，在一個實施例中提出了一種用于控制帶有永磁鐵的三相同步機器的電磁轉矩的系統，該系統包括用于測量傳輸至該機器的三相的電流的裝置、用于基于派克變換將這三個測量的電流轉換成一個直軸電流分量和一個交軸電流分量的裝置、以及用于接收針對該交軸電流分量的一個設定點的裝置，其特征在于，該系統包括用于當該直軸電流分量是負的時激活一種去通量控制模式的控制裝置，在該去通量控制模式下基于所述機器的一個直軸電壓分量和一個交軸電壓分量控制該機器，該直軸電壓分量和該交軸電壓分量是在與該派克平面中確定的。有利地，該控制裝置可以包括一個激活模塊，該激活模塊被適配成當該直軸電流分量是負的時激活該去通量控制模式并且當該直軸電流分量是正的時停用該去通量控制模式。優選地，該控制裝置包括一個比例積分控制器和一個模塊，該比例積分控制器被適配成基于該交軸電流分量的設定點與該交軸電流分量的值之間的差值來確定與直軸電壓分量和交軸電壓分量相關的相同控制參數，該模塊被適配成基于該控制參數確定該直軸電壓分量和交軸電壓分量。該控制系統還可以包括轉換裝置，該轉換裝置被適配成對這些測量電流應用派克變換以便獲得該直軸電流分量和該交軸電流分量。附圖說明從對一個實施例的絕非以任何方本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于控制帶有永磁鐵的三相同步機器的電磁轉矩的方法，該方法包括對傳輸至該機器的三相的電流進行測量、基于三相系統的變換將這三個測量的電流轉換成一個直軸電流分量(la)和一個交軸電流分量(Iq)、接收針對該交軸電流分量(Iq)的一個設定點(Iq_req)，并且當該直軸電流分量(la)是負的時激活一種去通量控制模式，在該去通量控制模式下基于所述機器的一個直軸電壓分量(Va)和一個交軸電壓分量(Vq)控制該機器，該直軸電壓分量(Va)和該交軸電壓分量(Vq)是在與該三相系統的變換相關的平面中確定的，其特征在于，該同步機器的控制電壓的直軸分量(Va)和交軸分量(Vq)取決于相同的控制參數(Θ)，該控制參數被確定成使該直軸電流分量(la)的值接近零并且使得能夠補償由這些永磁鐵的磁通量引起的項。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2012.05.29 FR 12549081.一種用于控制帶有永磁鐵的三相同步機器的電磁轉矩的方法，該方法包括對傳輸至該機器的三相的電流進行測量、基于三相系統的變換將這三個測量的電流轉換成一個直軸電流分量(Id)和一個交軸電流分量(Iq)、接收針對該交軸電流分量(Iq)的一個設定點(Iq_req)，并且當該直軸電流分量(Id)是負的時激活一種去通量控制模式，在該去通量控制模式下基于所述機器的一個直軸電壓分量(Vd)和一個交軸電壓分量(Vq)控制該機器，該直軸電壓分量(Vd)和該交軸電壓分量(Vq)是在與該三相系統的變換相關的平面中確定的，其特征在于，該同步機器的直軸電壓分量(Vd)和交軸電壓分量(Vq)取決于相同的控制參數(θ)，該控制參數被確定成使該直軸電流分量(Id)的值接近零并且使得能夠補償由這些永磁鐵的磁通量引起的項，其中當該直軸電流分量(Id)返回到一個正值或零值時退出該去通量控制模式。2.如權利要求1所述的方法，其中該同步機器在該三相系統的變換平面的直軸和交軸之間具有完美的對稱性，從而使得能夠獲得該三相系統的變換平面的每個軸上的等效電感(Ld，Lq)之間的相等。3.如權利要求1或2所述的方法，其中該直軸電壓分量(Vd)和交軸電壓分量(Vq)與相同的最大幅值(Vbat)成比例、并且以一種正弦的方式取決于該控制參數(θ)，該控制參數(θ)在一個范圍內變化。4.如權利要求3所述的方法，其中該直軸電壓分量和該交軸電壓分量是根據以下表達式來表達的：其中Vd和Vq...

【專利技術屬性】
技術研發人員：L·梅里耶納，A·馬盧姆，
申請(專利權)人：雷諾股份公司，
類型：發明
國別省市：法國;FR