CN104184389A - 逆变器及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种逆变器。所述逆变器包括：电流提供单元，其提供第一轴电流和第二轴电流至感应电动机；每分钟转数(RPM)测量单元，其测量所述感应电动机的所述RPM；以及控制单元，其根据所测量到的RPM改变所述第二轴电流。

Description

逆变器及其控制方法
技术领域
本公开涉及作为电动车辆的核心部件的逆变器，尤其涉及当逆变器控制感应电动机时提高感应电动机的最大转矩并且降低能量消耗。
背景技术
感应电动机是交流(AC)电动机的典型示例。响应于当由于定子所形成的旋转场而在导体的转子处产生感应电流时的滑动，感应电动机可以产生转矩并且使负载运转。感应电动机可以根据输入AC电力供应类型大致划分成单相感应电动机和三相感应电动机。
近年来，感应电动机频繁地应用于电动车辆。可以通过向量控制来驱动应用于电动车辆的感应电动机。在这种情况下，电动车辆的逆变器通过D轴电流和Q轴电流来控制感应电动机的转矩。
然而，由于当控制感应电动机的转矩时，典型的逆变器对D轴电流进行固定而仅仅改变Q轴电流，所以很难产生感应电动机的最大转矩。
而且，由于典型的逆变器对D轴电流进行固定并且仅仅改变Q轴电流以产生同样的转矩，所以存在电流消耗高的限制。
发明内容
实施例提供了用于改变提供至感应电动机的D轴电流并且提高感应电动机的最大转矩的逆变器，以及控制所述逆变器的方法。
在一个实施例中，逆变器包括：电流提供单元，其提供第一轴电流和第二轴电流至感应电动机；每分钟转数(RPM)测量单元，其测量所述感应电动机的所述RPM；以及控制单元，其根据所述测量到的RPM改变所述第二轴电流。
在另一个实施例中，控制逆变器的方法包括：将第一轴电流和第二轴电流提供至感应电动机；测量所述感应电动机的RPM；以及根据所测量到的RPM而改变所述第二轴电流。
附图说明
图1是根据实施例的逆变器的框图；
图2是对根据实施例的逆变器的电动机进行控制的方法的流程图；
图3和图4描绘了根据实施例的电动机的每分钟转数(RPM)与D轴电流之间的关系；
图5是储存在根据实施例的存储单元中的查询表的示例；
图6描绘了当典型地对D轴电流进行固定并且改变Q轴电流时转矩的变化；以及
图7描绘了当通过根据实施例的逆变器改变D轴电流和Q轴电流时转矩的变化。
具体实施方式
下面将参照附图详细地描述一些实施例。在以下说明书中，由于用于部件的后缀“模块”和“单元”被给出并且可互换是为了使得本公开容易理解，它们不具有不同的意义和功能。
在以下说明书中，电动机200可以是感应电动机，一种交流(AC)电动机，但不是必须限制为交流电动机。
而且，在下文中，D轴可以是直轴并且Q轴可以是正交轴。而且，在下文中，D轴电流可以是直轴电流并且Q轴电流可以是正交轴电流。
图1是根据实施例的逆变器的框图。
参照图1，逆变器100可以控制电动机200。根据实施例的逆变器100和电动机200可以应用到使用空气冷却电动机的居民电动车辆(neighborhood electric vehicle，NEV)。NEV是可以通过减少底盘的重量和尺寸而降低功率消耗的车辆。
逆变器100可以包括电流提供单元110、加速装置的运行检查单元120、每分钟转数(RPM)测量单元130、电流搜索单元140、存储单元150以及控制单元160。
电流提供单元可以提供交流(AC)电流至电动机200。在实施例中，电流提供单元110可以提供D轴电流和Q轴电流至电动机200。下面描述电流提供单元110的详细配置。
加速装置的运行检查单元120可以检查EV的加速装置是否运行。当从加速装置感测到物理力时，加速装置的运行检查单元120可以判定加速装置在运行，并且当未从加速装置感测到物理力时，加速装置的运行检查单元120可以判定加速装置未运行。
当从加速装置感测到物理力时，RPM测量单元130可以测量电动机200的RPM。
电流搜索单元140可以在存储单元150中搜索与电动机200的所测量的RPM对应的D轴电流。
存储单元150可以将电动机200的RPM与D轴电流相匹配并且将它们存储。对应于RPM的D轴电流值可以是用于产生电动机200在对应的RPM下的最大转矩的值。在另一个实施例中，存储单元150可以将电动机200的RPM、电动机200的对应于RPM的最大转矩值和对应于电动机200的最大转矩值的D轴电流相匹配并且储存它们。
存储单元150包括例如闪存型储存器、硬盘型储存器、多媒体卡微型储存器以及卡型储存器(例如，SD储存器或XD储存器等等)、随机存取储存器(RAM)、静态随机存取储存器(SRAM)、只读储存器(ROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁存储器、磁盘、以及光盘中的至少一种类型。
控制单元160可以控制逆变器100的整体运行。
具体地，控制单元160可以控制电流提供单元110使得电流提供单元110将在储存单元150中搜索的D轴电流提供至电动机200。
图2是对根据实施例的逆变器的电动机进行控制的方法的流程图。
参照图2，首先，在步骤S101中逆变器100的电流提供单元110提供固定的D轴电流至电动机200。也就是说，电流提供单元110可以提供D轴电流和Q轴电流以驱动电动机200，并且当如下文描述的加速装置不运行时，电流提供单元110可以提供固定的D轴电流至电动机200。更具体地，即使当未从加速装置感测到物理力时如果提供D轴电流至电动机200，则电流消耗且散热增加并且因此逆变器100提供固定的D轴电流至电动机200。在这种情况下，电流提供单元110可以提供固定的D轴电流或变化的Q轴电流至电动机200。
在步骤S103中，逆变器100的加速装置的运行检查单元120检查EV的加速装置是否运行。在实施例中，EV的加速装置可以是加速器踏板并且可以通过EV驾驶员的物理力而被操作。当从加速装置感测到物理力时，加速装置的运行检查单元120可以判定加速装置在运行，并且当从加速装置未感测到物理力时，加速装置的运行检查单元120可以判定出加速装置未运行。加速装置的运行检查单元120可以是压力传感器，但不是必须限制为压力传感器，而是可以使用可以感测物理力的各种传感器。
在步骤S105中，如果判定出EV的加速装置在运行，逆变器100的RPM测量单元130测量电动机200的RPM。电动机200的RPM可以表示电动机200每分钟旋转多少次。由于EV的输出功率(马力)是通过将转矩(即：电动机200的转动力)与RPM相乘得到的值，当电动机200的转矩为恒定并且RPM增加，则电动机200的转数增加并且因此EV的速度可以增加。如下面将描述的，RPM测量单元130测量电动机200的RPM的原因是将固定的D轴电流改变成对应于对应的RPM的D轴电流并且将改变后的D轴电流提供至电动机200。
在步骤S107中，逆变器100的电流搜索单元140在存储单元150中搜索与电动机200的所测量的RPM对应的D轴电流。在实施例中，存储单元150可以将电动机200的RPM与对应于该RPM的D轴电流相匹配并且将它们存储。对应于RPM的D轴电流值可以是用于产生电动机200在对应的RPM下的最大转矩的值。参照图3至图5提供相关的说明。
图3和图4描绘了根据实施例的电动机的每分钟转数(RPM)与D轴电流之间的关系，并且图5是储存在根据实施例的存储单元中的查询表的示例。
首先，参照图3，横轴表示当未从加速装置感测到物理力时(0％)和当从加速装置感测到物理力时(100％)，左纵轴表示被提供至电动机的D轴电流的幅值Id，并且右纵轴表示电动机的RPM。
如图3所示，当未从加速装置感测到物理力时(当驾驶员未踏上加速踏板时)，逆变器100可以提供被固定成30.3A的D轴电流至电动机200。如果从加速装置感测到物理力(当驾驶员踏上加速踏板时)，逆变器100可以改变D轴电流从而提供对应于RPM的D轴电流至电动机200。具体地说，当从加速装置感测到物理力时(在0RPM处)逆变器100可以将D轴电流改变成60A，当电动机200的RPM变成200时改变成50A，当电动机200的RPM变成500时改变成40A，当电动机200的RPM变成750时改变成35A，以及当电动机200的RPM变成1000时改变成30.3A。对应于每个RPM的值的D轴电流值可以是能够使得电动机200在对应的RPM下产生最大转矩的值。而且，每个RPM的值和D轴电流值仅仅是示例。
通过仅仅使用电动机200的RPM和D轴电流重新画出图3的图形，得到图4。参照图4，随着电动机200的RPM增加，D轴电流的幅度会减少。原因是因为在电动机200的RPM上升并且在对应的RPM下得到了电动机200的最大转矩的同时，反映了D轴电流的幅值。而且，如果电动机200的RPM等于或大于1000，D轴电流具有固定值。
接下来，图5示出了包含电动机200的RPM和对应于该RPM的D轴电流的查询表的示例，所述查询表储存在存储单元150中。每个值仅仅是个示例。
在另一个实施例中，存储单元150可以将电动机200的RPM、电动机200的对应于RPM的最大转矩值和对应于电动机200的最大转矩值的D轴电流相匹配并且储存它们。也就是说，存储单元150可以将电动机200的RPM、电动机200的对应于RPM的最大转矩值和对应于电动机200的最大转矩值的D轴电流以查询表的形式进行储存。
返回参照图2。
电流搜索单元140可以在存储单元150中搜索与电动机200的测量出的RPM对应的D轴电流，并且发送关于搜索到的D轴电流的信息至逆变器100的控制单元160。
逆变器100的控制单元160控制电流提供单元110使得电流提供单元110提供在储存单元150中搜索的D轴电流至电动机200。也就是说，为了在EV的加速装置运转时提供对应于电动机200的RPM的D轴电流至电动机200，控制单元160可以控制电流提供单元110并且改变D轴电流。具体地，控制单元160可以改变D轴电流以得到对应于电动机200的RPM的最大转矩。
根据实施例的逆变器100改变提供至电动机200的D轴电流。
另一方面，当判定出EV的加速装置不运转时，逆变器100的电流提供单元110返回到步骤S101以提供固定的D轴电流至电动机200。
接下来，当根据实施例的D轴电流改变时电动机200的转矩的变化参照图6和图7描述。
图6描绘了当典型地对D轴电流进行固定并且改变Q轴电流时转矩的变化，并且图7描绘了当通过根据实施例的逆变器改变D轴电流和Q轴电流时转矩的变化。
参照图6和图7，x轴表示同步参考系的D轴定子电流(D轴电流)，并且y轴表示同步参考系的Q轴定子电流(Q轴电流)。而且，Te1和Te2表示在对应的RPM处的最大转矩曲线。在本示例中，假定Te1转矩曲线的RPM大于Te2转矩曲线的RPM。而且，通过向量控制可以驱动应用至EV的感应电动机，并且提供至感应电动机的电流可以表述为D轴电流向量和Q轴电流向量的和。也就是说，提供至感应电动机的驱动电流的幅值的平方可以表述为D轴电流向量的幅值的平方和Q轴电流向量的幅值的平方的和。
首先，参照图6，如果某个物理力施加至加速装置并且然后施加更大的力，则感应电动机的RPM可以增加并且感应电动机的转矩也可以相应地增加。在这种情况下，典型的逆变器固定D轴电流以便具有对应于感应电动机的增加后的RPM并且增加Q轴电流向量。
更具体地，为了增加感应电动机的转矩，典型的逆变器仅仅将Q轴电流向量的幅值从点A增加至点B以得到对应于增加后的RPM的最大转矩。然而，在这种情况下，由于D轴电流向量固定并且仅仅Q轴电流向量的幅值增加，所存在的限制在于，Q轴电流过度增加从而电流消耗高。而且，由于提供至感应电动机的驱动电流的幅值增加，所以电流消耗会变高。而且，由于D轴电流向量固定，所以很难准确地将提供至感应电动机的电流与Te1曲线匹配，其中在Te1曲线上在对应的RPM处产生最大转矩。
接下来，参照图7，如果一定的物理力施加至加速装置并且然后施加更大的力，则感应电动机的RPM会增加并且感应电动机的转矩也会相应地增加。在这种情况下，根据实施例的逆变器100可以增加D轴电流向量和Q轴电流向量两者以便具有与感应电动机的增加后的RPM对应的转矩。
更具体地，为了增加感应电动机的转矩，根据实施例的逆变器100可以将D轴电流向量的幅值和Q轴电流向量的幅值两者从点C增加到点D以得到对应于增加后的RPM的最大转矩。因此，由于Q轴电流的增加可以相对比图6的Q轴电流的增加的更少，所以电流消耗可以减少。而且，可以看出为了产生相同的转矩(移动至Te1转矩曲线)，根据实施例对D轴电流进行改变在驱动电流的幅值上小于对D轴电流进行固定，因此电流消耗减少。而且，逆变器100可以增加D轴电流向量的幅值以准确地将提供至感应电动机的电流与Te1曲线匹配，其中在Te1曲线上在对应的RPM处产生最大转矩。
根据实施例，上述方法还可以实施为程序记录介质上的处理器可读代码。处理器可读介质的示例是ROM、RAM、CD-ROM、磁带、软盘、光数据储存装置以及载波形式(诸如通过因特网的数据传输)。
上述逆变器不限于上述实施例的配置和方法，并且这些实施例的一些或全部还可以选择性地组合使得可以作出各种变型。

Claims (14)

1.一种逆变器，包括：
电流提供单元，其提供第一轴电流和第二轴电流至感应电动机；
每分钟转数(RPM)测量单元，其测量所述感应电动机的所述RPM；以及
控制单元，其根据所述测量到的RPM改变所述第二轴电流。
2.根据权利要求1所述的逆变器，其中所述控制单元将所述第二轴电流改变成对应于所测量的RPM的电流值以允许所述感应电动机在所测量的RPM下具有最大转矩。
3.根据权利要求1所述的逆变器，进一步包括存储单元，所述存储单元将所述RPM与对应于所述RPM的所述第二轴电流相匹配并且将该RPM与该对应于所述RPM的所述第二轴电流一起储存。
4.根据权利要求3所述的逆变器，其中所述控制单元控制所述电流提供单元搜索对应于所述测量到的RPM的第二轴电流并且将查找到的第二轴电流提供至所述感应电动机。
5.根据权利要求1所述的逆变器，其中当判定电动车辆(EV)的加速装置不运行时，所述控制单元对所述第二轴电流进行固定。
6.根据权利要求1所述的逆变器，其中当判定电动车辆(EV)的加速装置运行时所述控制单元根据所述测量到的RPM来改变所述第二轴电流。
7.根据权利要求1所述的逆变器，其中所述第一轴电流是正交轴电流并且所述第二轴电流是直轴电流。
8.一种控制逆变器的方法，所述方法包括：
将第一轴电流和第二轴电流提供至感应电动机；
测量所述感应电动机的RPM；并且
根据所测量到的RPM来改变所述第二轴电流。
9.根据权利要求8所述的方法，其中改变所述第二轴电流包括将所述第二轴电流改变成对应于所述测量到的RPM的电流值以允许所述感应电动机在所述测量到的RPM下具有最大转矩。
10.根据权利要求8所述的方法，进一步包括将所述RPM与对应于所述RPM的所述第二轴电流相匹配并且将该RPM和该对应于所述RPM的所述第二轴电流一起储存。
11.根据权利要求10所述的方法，其中改变所述第二轴电流包括控制一电流提供单元搜索对应于所述测量到的RPM的第二轴电流并且将查找到的第二轴电流提供至所述感应电动机。
12.根据权利要求8所述的方法，进一步包括当判定电动车辆(EV)的加速装置不运行时对所述第二轴电流进行固定。
13.根据权利要求8所述的方法，其中改变所述第二轴电流包括当判定电动车辆(EV)的加速装置运行时根据所述测量到的RPM改变所述第二轴电流。
14.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一轴电流是正交轴电流并且所述第二轴电流是直轴电流。
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