CN105099329B - 准变频电机控制器 - Google Patents

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Abstract

一种用于准变频电机控制器的装置，包括DFC模块，其将第一频率应用于电机作为用于电机启动的离散频率控制(“DFC”)方法的一部分。第一频率包括DFC方法的多个离散频率中的离散频率，并且每个离散频率包括比向电机提供电力的交流(“AC”)电压源的基频低的频率。该装置包括转矩模块和下一个频率模块，转矩模块确定由电机生成的电机转矩何时达到负转矩阈值，下一个频率模块响应于转矩模块确定电机转矩已经达到负转矩阈值来将第二频率应用于电机。第二频率是DFC方法中的下一个频率。

Description

准变频电机控制器
技术领域
本文中所公开的主题涉及电机控制，更具体地涉及在启动期间使用准变频电机控制器的电机控制。
背景技术
交流(“AC”)电机通常具有高的启动电流，尤其是流行的某些设计类型，例如国家电气设备制造商联盟(“NEMA”)B型号电机。通常使用电机启动器，其包括在保持低启动电流的同时启动电机的机制。各种各样的电机启动器是可利用的，包括使用降低的电压启动电机的传统电机启动器。然而，很多电机启动器效率低。变频驱动器(“VFD”)也可以用于启动电机。虽然变频驱动器是常见的，但是基于晶闸管的启动器也具有一些优势。例如，基于晶闸管的启动器对于较大的电机来说更经济并且可以较小。VFD可以用于电机速度控制，但一些应用在启动之后将不需要可变速度，因此较低成本的启动器将是期望的。晶闸管通常依尺寸制造以处理一定量的电流，所以在启动期间减小电流是期望的。将晶闸管尺寸最小化的、使用晶闸管的电机启动的控制方法是期望的。
发明内容
公开了一种准变频电机控制器的装置。系统和方法也执行该装置的功能。该装置包括DFC模块，其将第一频率应用于电机作为用于电机启动的离散频率控制(“DFC”)方法的一部分。第一频率包括DFC方法的多个离散频率中的离散频率，并且每个离散频率包括比向电机提供电力的交流(“AC”)电压源的基频较低的频率。该装置包括转矩模块和下一个频率模块，转矩模块确定由电机生成的电机转矩何时达到负转矩阈值，下一个频率模块响应于转矩模块确定转矩模块已经达到负转矩阈值将第二频率应用于电机。第二频率是DFC方法中的下一个频率。
在一种实施方式中，装置包括开关模块，其选择性地将每个输入电力导体按顺序连接至电机。DFC模块基于多个离散频率中的离散频率将电力导体连接至电机。在一种实施方式中，开关模块一个或更多个晶闸管，并且每个晶闸管通过使用DFC方法经过对用于接通每个晶闸管的相位角进行调节来控制。在另一实施方式中，该装置包括步骤启动模块，其执行一个或更多个启动步骤，其中，每个启动步骤在下一个频率模块将离散频率推进到DFC方法的最后的离散频率之后被启动。每个步骤包括在固定的时间段将开关模块的开关的接通时间设置成固定值和/或将开关模块的开关的接通时间进行斜变。在另一实施方式中，该装置包括接触器模块，其在步骤启动模块的最后的步骤和/或DFC模块的最后的离散频率之后将全输入电压施加到电机。接触器模块通过将与每个晶闸管并联的接触器闭合来施加全输入电压。
在一种实施方式中，DFC模块通过下面的方式来应用离散频率：改变用于接通晶闸管的相位角，以对于离散频率的正半周生成变化的幅值的正电流脉冲，然后，改变用于接通晶闸管的相位角，以对于离散频率的负半周生成变化的幅值的负电流脉冲。每个电流脉冲以与AC电压源的基频一致的速率被生成。在另一实施方式中，转矩模块通过根据输入电压和电流信息计算电机转矩来确定电机转矩。输入电压和电流信息来自连接至电机以向电机提供电力的导体。
在一种实施方式中，转矩模块使用下面的等式确定电机转矩：
其中:
Test是所计算的电机转矩；
P是电机磁极的数量；
Rs是定子绕组的电阻；
Vα、Vβ是静止参考系中的定子电压；以及
Iα、Iβ是静止参考系中的定子电流，
其中，使用α-β变换将用于电机的每个相的电压和电流变换至静止参考系。
在一种实施方式中，转矩模块通过测量电机转矩来确定电机转矩。在另一实施方式中，转矩模块基于以比AC电压源的基频较低的频率采样的电流和电压来确定电机转矩。在另一实施方式中，转矩模块基于与转子电流的相位有关的输入电力的相位来确定电机转矩。在另一实施方式中，每当转矩模块确定电机转矩达到负转矩阈值，下一个频率模块应用DFC方法的下一个频率，直到达到DFC方法的最终频率为止。在另一实施方式中，DFC方法中的最后的离散频率包括处于AC电压源的基频的25％与50％之间的频率。在另一实施方式中，电机是三相AC鼠笼式电机或三相AC同步电机。
准变频电机控制器的方法包括将第一频率应用于电机作为用于电机启动的DFC方法的一部分。第一频率包括DFC方法的多个离散频率中的离散频率，并且每个离散频率是比向电机提供电力的AC电压源的基频较低的频率。该方法包括确定由电机生成的电机转矩何时达到负转矩阈值，并且响应于确定电机转矩已经达到负转矩阈值，将第二频率应用于电机。第二频率是DFC方法中的下一个频率。
在一种实施方式中，确定电机转矩包括根据输入电压和电流信息计算电机转矩。输入电压和电流信息来自连接至电机以向电机提供电力的导体。在另一实施方式中，确定电机转矩包括使用下面的等式：
其中:
Test是所计算出的电机转矩；
P是电机磁极的数量；
Rs是定子绕组的电阻；
Vα、Vβ是静止参考系中的定子电压；以及
Iα、Iβ是静止参考系中的定子电流，
其中，使用α-β变换将用于电机的每个相的电压和电流变换至静止参考系。
在一种实施方式中，该方法包括：每当电机转矩达到负转矩阈值时，应用DFC方法的下一个频率，直到达到DFC方法的最终频率为止。在另一实施方式中，该方法包括选择性地将每个输入电力导体按顺序连接至电机，其中，DFC方法包括基于多个离散频率中的离散频率将电力导体连接至电机。在又一实施方式中，选择性地将每个输入电力导体按顺序连接至电机包括对一个或更多个晶闸管进行切换，并且通过使用DFC方法经过对用于接通每个晶闸管的相位角进行调节来控制每个晶闸管。
在一种实施方式中，该方法包括执行一个或更多个启动步骤，其中，每个启动步骤在将离散频率推进到DFC方法的最后的离散频率之后被启动。每个步骤包括对于固定的时间段将开关的接通时间设置成固定值(开关将AC电压源连接至电机)和/或将使将AC电压源连接至电机的开关的接通时间进行斜变。在另一实施方式中，该方法包括在最后的启动步骤之后将全输入电压施加到电机，其中，施加全输入电压包括将与每个晶闸管并联的接触器闭合。在另一实施方式中，施加离散频率包括改变用于接通晶闸管的相位角以对于离散频率的正半周生成变化的幅值的正电流脉冲，然后改变用于接通晶闸管的相位角，以对于离散频率的负半周生成变化的幅值的负电流脉冲，其中，每个电流脉冲以与AC电压源的基频一致的速率被生成。
准变频电机控制的系统包括电机启动器。电机启动器包括连接在输入电源的每个相与相应的电机连接器之间的一个或更多个晶闸管。该系统包括DFC模块，其将第一频率应用于电机作为用于电机启动的DFC方法的一部分。第一频率是DFC方法的多个离散频率中的离散频率，并且每个离散频率是比向电机提供电力的AC电压源的基频较低的频率。该系统包括开关模块，其基于DFC模块的所选择的离散频率选择性地接通每个晶闸管以将输入电源的每个相按顺序连接至相应的电机连接器。该系统包括转矩模块和下一个频率模块，转矩模块确定由电机生成的电机转矩何时达到负转矩阈值，并且下一个频率模块响应于转矩模块确定电机转矩已经达到负转矩阈值，将第二频率应用于电机。第二频率是DFC方法中的下一个频率。
附图说明
为了容易理解本发明的实施方式的优势，将参照附图中示出的具体实施方式来呈现上面简单描述的实施方式的更具体的描述。应当理解的是，这些图仅描绘了一些实施方式，因此并不被视为范围的限制，贯穿附图的使用，使用附加的特殊性和细节描述和说明实施方式，在附图中：
图1是示出了准变频电机控制器的系统的一种实施方式的示意性框图；
图2是示出了准变频电机控制器的装置的一种实施方式的示意性框图；
图3是使用离散频率控制方法的准变频电机控制器的可能的操作的波形的图示；
图4是示出了准变频电机控制器的装置的另一实施方式的示意性框图；
图5是示出了准变频电机控制器的装置的第三实施方式的示意性框图；
图6是示出了准变频电机控制器的转矩估计器的一种实施方式的示意性框图；
图7是示出了用于准变频电机控制器的方法的一种实施方式的示意性流程图；
图8是示出了用于准变频电机控制器的方法的另一实施方式的示意性流程图；
图9A是10马力(“HP”)电机的准变频电机控制器的仿真结果；
图9B是图9A的仿真结果的放大图；
图10描绘了来自10HP电机的准变频电机控制器的一种实施方式的测试结果的波形，其中，启动频率固定在5赫兹(“Hz”)；
图11描绘了来自用于具有5Hz的初始频率、2Hz步长且没有负载的10HP电机的准变频电机控制器的一种实施方式的测试结果的波形；
图12描绘了来自用于具有5Hz的初始频率、4Hz步长且没有负载的10HP电机的准变频电机控制器的一种实施方式的测试结果的波形；以及
图13描绘了来自用于具有5Hz的初始频率、2Hz步长且在50％负载处的10HP电机的准变频电机控制器的一种实施方式的测试结果的波形。
具体实施方式
贯穿本说明书，提及“一种实施方式”、“实施方式”或相似语言表示结合该实施方式所描述的特定特征、结构或特性被包括在至少一种实施方式中。因此，贯穿本说明书，短语“在一种实施方式中”、“在实施方式中”或相似语言的出现可以但不一定全部涉及相同的实施方式，而是表示“一种或更多种但并非全部实施方式”，除非另外明确说明。除非另外明确说明，术语“包括(including)”、“包括(comprising)”、“具有(having)”及其变型表示“包括但不限于”。除非另外明确说明，项目的枚举列表并不暗示任意项目或所有项目是相互排斥和/或相互包容的。除非另外明确说明，术语“一(a)”、“一个(an)”和“该(the)”也指代“一个或更多个”。
此外，所描述的实施方式的特征、优点和特点可以以任意适当的方式组合。相关领域的普通技术人员将会认识到，实施方式可以在不具有特定实施方式的一个或更多个具体特征或优点的情况下被实践。在其他实例中，可以认识到，另外的特征和优点可以出现在某些实施方式中而不出现在所有实施方式中。
实施方式的这些特征和优点根据下面的描述和所附权利要求书将变得更加充分明显，或者可以通过如下文中所阐述的实施方式的实践来获知。如本领域的普通技术人员将会理解的，本发明的各个方面可以被实施为系统、方法和/或计算机程序产品。因此，本发明的各个方面可以采用完全硬件实施方式、完全软件实施方式(包括固件、驻留软件、微代码等)或者组合了软件方面和硬件方面的实施方式的形式，这些在本文中可以总体地被称为“电路”、“模块”或“系统”。而且，本发明的各个方面可以采用在一个或更多个计算机可读介质中包括的计算机程序产品的形式，一个或更多个计算机可读介质具有在其上包括的程序代码。
本说明书中所描述的很多功能单元已被标记为模块，以便更具体地强调它们的实现独立性。例如，模块可以被实现为包括定制的VLSI电路或门阵列、成品半导体(例如逻辑芯片、晶体管)或其他分立元件的硬件电路。模块还可以在诸如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑器件、可编程逻辑器件等的可编程硬件装置中被实现。
模块还可以以各种类型的处理器执行的软件来实现。程序代码的识别模块可以例如包括计算机指令的一个或更多个物理或逻辑块，计算机指令可以例如被组织为对象、过程或函数。然而，可执行的识别模块不必物理地定位在一起，而是可以包括存储在不同位置的、当逻辑上接合在一起时包括该模块并实现模块的一定目的完全不同的指令。
事实上，程序代码的模块可以是单个指令或很多指令，并且在不同程序中甚至可以分布在若干不同的代码段上，以及跨若干存储器装置分布。类似地，在本文中操作数据可以在模块内被识别和示出，并且可以以任何合适的形式来体现，并在任何适当类型的数据结构内被组织。操作数据可以被集合成单个数据集，或者可以分布在不同的位置，包括分布在不同的存储装置上，并且可能至少部分地仅作为系统或网络上的电信号而存在。当模块或模块的一部分以软件的形式来实现时，程序代码可以在一个或更多个计算机可读介质中存储和/或传播。
计算机可读介质可以是存储程序代码的有形计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以例如是但不限于电子、磁、光、电磁、红外、全息、微型机械或半导体系统、装置或设备或者上述的任意适当的组合。
计算机可读存储介质的更具体的示例可以包括但不限于便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读只读存储器(EPROM或闪存)、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)、光存储装置、磁存储装置、全息存储介质、微型机械存储装置，或上述的任意适当的组合。在本文的上下文中，计算机可读存储介质可以是能够包括和/或存储由指令执行系统、装置或设备使用和/或与指令执行系统、装置或设备结合使用的程序代码的任何有形介质。
计算机可读介质还可以是计算机可读信号介质。计算机可读信号介质可以包括具有在其中例如在基带中或作为载波的一部分中体现的程序代码的传播数据信号。这样的传播信号可以采取任意各种形式，包括但不限于电、电磁、磁、光或它们的任何适当组合。计算机可读信号介质可以是如下任何计算机可读介质：不是计算机可读存储介质但能够传送、传播或传输由指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合使用的程序代码的计算机可读介质。可以使用任何合适的介质，包括但不限于导线、光纤、射频(RF)等或它们的任何适当组合，来传送在计算机可读信号介质上体现的程序代码。
在一种实施方式中，计算机可读介质可以包括一个或更多个计算机可读存储介质和一个或更多个计算机可读信号介质的组合。例如，程序代码既可以通过光缆作为电磁信号来传播以由处理器来执行，又可以存储在RAM存储装置以由处理器来执行。
用于执行本发明的各个方面的操作的程序代码可以用一种或更多种编程语言(包括面向对象编程语言如Java、Smalltalk、C++、PHP等以及传统的过程编程语言如“C”编程语言或类似的编程语言)的任意组合来书写。程序代码可以完全在用户的计算机上执行，可以作为独立的软件包部分地在用户的计算机上执行，可以部分地在用户的计算机上并部分地在远程计算机上执行，或者完全地在远程计算机或服务器上执行。在后面的情形中，远程计算机可以通过任意类型的网络(包括局域网(“LAN”)或广域网(“WAN”))连接至用户的计算机，或者连接至外部计算机(例如，通过使用互联网服务供应商的因特网)。计算机程序产品可以被共享，从而以灵活、自动化的方式同时服务于多个客户。
可以通过提供与应用程序，操作系统和网络操作系统软件共存的计算机程序产品，然后在计算机程序产品将要运行的环境下在客户端和服务器上安装该计算机程序产品来将所述计算机程序产品集成到客户端、服务器和网络环境中。在一种实施方式，软件在包括在其中部署计算机程序产品的网络操作系统的客户端和服务器上被识别，客户端和服务器由计算机程序产品需要或者结合计算机程序产品工作。这包括作为软件的网络操作系统，网络操作系统通过增加网络特征来增强基本操作系统。
此外，所描述的实施方式的特征、结构或特性可以以任何适当的方式来组合。在下面的描述中，提供了大量具体的细节，例如编程、软件模块、用户选择、网络交易、数据库查询、数据库结构、硬件模块、硬件电路、硬件芯片等的示例，以提供对实施方式的彻底理解。然而，相关领域的普通技术人员应当认识到，实施方式可以在没有一个或更多个具体细节的情况下或利用其他方法、部件、材料等被实践。在其他实例中，没有详细示出或描述公知的结构、材料或操作，以避免模糊实施方式的各个方面。
下面参照根据本发明的实施方式的方法、装置、系统和计算机程序产品的示意性流程图和/或示意性框图来描述实施方式的各个方面。但是，应当理解的是，示意性流程图和/或示意性框图的每个框、以及示意性流程图和/或示意性框图中的框的组合能够通过程序代码来实现。程序代码可以被提供给通用计算机、专用计算机、定序器或其他可编程数据处理装置的处理器以引起机器动作，使得经由计算机或其他可编程数据处理装置的处理器执行的指令能够创建用于实现示意性流程图和/或示意性框图一个或更多个框中指定的功能/动作的装置。
程序代码还可以存储在能够指示计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备以特定方式运行的计算机可读介质，以使得存储在计算机可读介质中的指令产生一种产品，该产品包括实现示意性流程图和/或示意性框图一个框或更多个框中指定的功能/动作的指令。
程序代码还可以被加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上，以使一系列可操作步骤要在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行，以产生计算机实现过程，以使得在计算机或其他可编程装置上执行的程序代码提供用于实现流程图和/或框图中的一个或更多个框中指定的功能/动作的过程。
图中的示意性流程图和/或示意性框图示出了根据本发明的各种实施方式的装置、系统、方法和计算机程序产品的可能实现的架构、功能和操作。在这个方面，示意性流程图和/或示意性框图中的每个框可以表示代码的模块、段或一部分，其包括用于实现指定的逻辑功能(多个逻辑功能)的程序代码的一个或更多个可执行指令。
还应当注意的是，在一些备选实现中，框中注明的功能可以不以图中注明的顺序发生。例如，连续示出的两个框实际上可以基本上同时来执行，或者这些框有时可以以相反的顺序来执行，这取决于所涉及的功能。可以设想在对示出的图的一个或更多个框或其部分而言功能、逻辑或效果上等同的其他步骤和方法。
尽管可以在流程图和/或框图中使用各种箭头类型和线类型，但是各种箭头类型和线类型被理解为不限于相应实施方式的范围。事实上，可以使用一些箭头或其他连接符来仅表示所描绘的实施方式的逻辑流程。例如，箭头可以表示所描绘的实施方式的所列举的步骤之间的未指定持续时间的等待周期或监测周期。还应当注意的是，框图和/或流程图、以及框图和/或流程图中的框的组合可以通过基于专用硬件的系统来实现，该基于专用硬件的系统执行指定的功能或动作、或专用硬件与程序代码的组合。
图1是示出了用于准变频电机控制器的系统100的一种实施方式的示意性框图。系统100包括在具有晶闸管Ta1、Ta2、Tb1、Tb2、Tc1、Tc2(集体地“T”)和接触器R的电机启动器104中的准变频控制装置102、电机106以及电压源108，这些将在下面描述。
系统100包括电机启动器104中的准变频控制装置102。准变频控制装置102生成比电压源108的基频更低的频率，并且在电机启动操作期间还将负转矩脉冲最小化。关于图2、图4和图5的装置200、400和500更详细地讨论准变频控制装置102。
在一种实施方式中，系统100包括在电压源108与电机106之间连接的电机启动器104。在一种实施方式中，电机启动器104包括用于电压源108的每个相的晶闸管T。晶闸管(也已知为硅控整流器(“SCR”))是在栅极(gate)与阴极之间施加电压之前阻断电流通过阳极和阴极的固态器件。通常，当在栅极与阴极之间施加电压时，晶闸管导通直到从阳极到阴极的电压为负并且晶闸管反向偏置为止。在一种实施方式中，电机启动器104包括背靠背晶闸管(例如，Ta1、Ta2)以调节交流(“AC”)波形的负电压。电机启动器104包括用于电压源108的各个相的背靠背晶闸管(例如，Ta1、Ta2和Tb1、Tb2以及Tc1、Tc2)。
在一种实施方式中，晶闸管T用于电机启动，并且电机启动器104包括与每对晶闸管(例如，Ta1、Ta2)并联的接触器R。在一个示例中，接触器R使用单个线圈闭合。在另一示例中，每个接触器R使用单独的线圈被单独控制。通常，当电机106的启动完成时，接触器R被闭合以将全电压施加到电机106。在另一实施方式中，电机启动器104不包括接触器R，并且晶闸管T在启动之后操作。在各种实施方式中，电机启动器104包括其他类型的开关，如TRIAC(交流三极管)、绝缘栅双极型晶体管(“IGBT”)、场效应晶体管(“FET”)等。通常，开关能够在电压源108的基频的周期的一部分期间操作以在周期的一部分期间将电压源108连接至电机106。
电机启动器104还可以包括对电机启动器104典型的其他部件和系统，如继电器、接触器、传感器、过流保护装置(如保险丝)、电机过载、通信总线、控制器、处理器、存储器等。电机启动器104可以是独立的外壳，或可以处在电机控制中心(“MCC”)中。电机启动器104可以被设定功率用于单个电机106，或可以被设定功率以控制多个电机。本领域的普通技术人员将认识到可以包括在电机启动器104中的其他部件和系统。
系统100包括连接至电机启动器104的电机106。在一种实施方式中，电机106是接收AC电力的三相电机。例如，电机106可以是三相AC鼠笼式电机。在另一示例中，电机106是三相AC同步电机。在另一实施方式中，电机106接收来自具有不同数量的相的电压源108的电力。例如，电机106可以是单相电机，并且电压源108可以是单相电压源。例如，在电机106为单相的情况下，电机106可以包括分离的启动绕组，如屏蔽磁极绕组、与离心开关连接的绕组等。电机106可以是能够通过改变通向电机106的开关的接通时间被控制的任何电机。
在一种实施方式中，系统100包括电压源108，其可以通过电机启动器104将电力提供给电机106，并且可以被称为输入电源。在一种实施方式中，电压源108来源于电力公司，并且可以包括具有配电板、开关齿轮、断路器、保险丝等的配电系统的一部分。在另一实施方式中，电压源108包括发生器、逆变器或能够向电机106提供AC电力的其他电源。如图1中所描绘的，在本实施方式中，电压源108是三相AC源。在另一实施方式中，电压源108是直流(“DC”)源，如电池，并且该系统包括将来自DC源的DC电压逆变成AC电压以向电机106提供电力的逆变器。在其他实施方式中，电压源108可以是燃料电池、风力涡轮机或其他替代能源。本技术领域的普通人员将认识到实现电压源108的其他方式。
图2是示出了用于准变频电机控制器的装置200的一种实施方式的示意性框图。装置200包括具有DFC模块202、转矩模块204和下一个频率模块206的准变频电机控制装置102的一种实施方式，这些将在下面描述。
在一种实施方式中，装置200包括DFC模块202，其将第一频率应用于电机106作为用于电机启动的离散频率控制(“DFC”)的一部分。第一频率是DFC方法的多个离散频率中的离散频率。DFC模块202可以将大量离散频率每个按顺序应用于电机。在一种实施方式中，DFC方法在AC电压源108的周期的一部分将电力施加到电机106，并且改变所施加的电力量以及电力的极性，以使得经过若干周期之后，DFC方法生成具有比AC电压源的基波更低的频率的基本正弦波形的一系列波形。在DFC方法中，每个离散频率包括比向电机106提供电力的AC电压源108的基频更低的频率。
图3是使用离散频率控制(“DFC”)方法的准变频电机控制器的可能操作的波形的图示。上部波形包括垂直方向或Y轴上的电压V以及水平方向或X轴上的时间的正弦电压波形302。电压波形302可以是例如50Hz或60Hz正弦电压波形。在其他实施方式中，可以使用不同的基频。下部波形包括水平方向上的时间以及垂直方向或Y轴上的电流I。
下部波形包括变化的幅值和极性的若干电流脉冲304a至304j。在所描绘的波形中，第一脉冲304a是正的并且相对其他脉冲(例如，304b至304d)较小。第二脉冲304b大于第一脉冲304a，并且第三脉冲304c大于第一脉冲304a和第二脉冲304b。第四脉冲304d小于第三脉冲304c，并且可以具有与第二脉冲304b相同的幅值。第五脉冲304e小于第四脉冲304d，并且可以具有与第一脉冲304a相同的幅值。一系列负脉冲304f至304j在正脉冲304a至304e之后，并且除了负脉冲304f至304j具有负幅值以外，可以镜像反映正脉冲304a至304e的图案。
注意，每个脉冲304a至304j相对于电压波形302的过零点而出现。由于脉冲304a至304j的大小和极性，生成了具有比电压波形302的基频更低的基频的波形。更低的基频被描述为波形306。本领域的普通技术人员将认识到由脉冲304a至304j形成的波形的傅里叶变换将包括基频和谐波频率。电流脉冲304a至304j的幅值、位置和极性被选择，以使得生成如所示具有比电压波形302的频率更低的频率的基频306。
尽管图3中的下部波形包括五个正脉冲304a至304e以及五个负脉冲304f至304j，但是通过在每个周期具有更多或更少脉冲并且通过调节脉冲的幅值也可以生成其他频率。注意，虽然在图3中示出了单个电压波形302和相应电流脉冲304a至304j，但是本领域的普通技术人员能够认识到对于三相系统包括另外的波形。DFC方法可以包括适当地相移，以使得如果生成较低频率的基波306，则也生成第二和第三相应的较低频率波形(除了对于三相电机操作适当移动的相位)。例如，第二波形可以相移基本波形306的三分之一周期，并且第三波形可以相移基本波形306的三分之二周期。对于DFC方法的每个离散频率，第二相位和第三相位的相移通常关于特定的离散频率被定制。
使用如图1的系统100中所描绘的电机启动器，生成脉冲304a至304j的一种方法是在特定时间处触发适当的晶闸管(例如，Ta1)。如果晶闸管Ta1在周期期间没有被触发，那么晶闸管Ta1通常将不导通(除了泄漏电流以外)。如果晶闸管Ta1在正半周被触发，则通常电流将开始流向电机106。电流将通常继续流动直到晶闸管Ta1反向偏置。注意，电流可以继续在晶闸管Ta1中流动一段时间直到由于导体和电机106中的电感被反向偏置，但通常将最终停止。
基于电压、电机阻抗、导体的寄生电阻和电感、所期望的幅值等，可以选择用于特定电流脉冲304的周期内的触发点，以生成特定幅值的电流脉冲304。例如，较邻近电压波形302的过零点的触发点将产生比较早于且较远于过零点的触发点处的脉冲更小的脉冲。对于负电流脉冲，位于在电压波形302的负半周导通的晶闸管(例如，Ta2)可以被选择。
在DFC模块202应用小于电压源108的基频的离散频率的情况下，电机106将具有施加到电机106的定子的旋转磁场，旋转磁场将生成电机106内的机械力以开始以特定方向使电机106转动，这导致连接至转子的轴生成一定量的转矩。随着电机106的转子增大速度，电机的动量将导致转子增大速度，以使得生成负转矩脉冲。负转矩脉冲将会具有诸如降低的效率、增加的热量、不期望的机械力、噪声等的不期望的效果。在一种实施方式中，电机106以振荡的方式生成正转矩脉冲和负转矩脉冲至少一段时间，这是不期望的。
在一种实施方式中，装置200包括转矩模块204，其确定由电机106生成的电机转矩何时达到负转矩阈值。通常，负转矩阈值基于电机大小、电压、机械负载等被设置。在一种实施方式中，负转矩阈值被设置成电机转矩的负值。在另一实施方式中，负转矩阈值被设置成零，以使得如果电机转矩通过零转变到负值，则转矩模块204确定转矩是负的。在一种实施方式中，转矩模块204可以包括多个负转矩阈值，其中，每个阈值对应于不同的条件，如不同的负载条件、不同的离散频率等。
在一种实施方式中，转矩模块204通过根据输入电压和电流信息计算电机转矩来确定电机转矩。输入电压和电流信息来自连接至电机106以向电机106提供电力的导体。在一种实施方式中，电机转矩可以使用等式1被确定：
(等式1)
其中：
Test是所计算出的电机转矩；
P是电机磁极的数量；
RS是定子绕组的电阻；
Vα、Vβ是静止参考系中的定子电压；以及
Iα、Iβ是静止参考系中的定子电流，
其中，使用α-β变换将电机的每个相的电压和电流变换至静止参考系。
α-β变换或αβ0变换，也已知为克拉克变换，是在电气工程中使用以简化三相电路计算的方法。α-β变换是将三相坐标系统中的电压和电流变成两相参考系的方式。如果电压相量Va、Vb和Vc相距120度，则直角坐标可以被叠加在三相坐标系统上，其中Vα沿水平轴，Vβ沿垂直轴。沿轴a、b和c在时间上变化的三相电压可以用代数方法被变换成沿α和β轴在时间上变化的两相电压。下面是α-β变换矩阵：
(等式2)
三相平衡电压的集合可以被表示为：
(等式3)
在三相坐标系统中，其中，Vm是峰值电压，ω＝2πf，并且f是以Hz(赫兹)为单位的频率。应用α-β变换以在下面获得两相电压结果：
(等式4)
类似地，滞后电压任意角度δ的平衡三相电流的集合可以被转换成两相电流：
(等式5)
其中，Im是峰值电流，ω＝2πf，并且f是以Hz(赫兹)为单位频率。应用α-β变换以在下面中获得两相电流结果：
(等式6)
在一种实施方式中，在电压、电流和相位被测量并且频率已知的情况下，等式1可以用于计算电机106的转矩。在一种实施方式中，转矩模块204根据以比电压源108或施加到电机106的电压的频率的周期小的采样速率采样的电流和电压测量计算转矩。在一种实施方式中，采样速率比电压源108的频率的周期小得多。转矩模块204可以使用等式1或可以使用计算电机转矩的另外的等式。转矩模块204可以确定所计算出的转矩何时小于负转矩阈值。在另一实施方式中，转矩模块204根据一个或更多个传感器测量转矩，并且确定所测量的转矩何时小于负转矩阈值。
在一种实施方式中，转矩模块204基于与转子电流的相位有关的输入电力的相位来确定转矩。例如，转矩模块204可以确定转子的逆EMF(电动势)的相位以及电压源108的相位，并且可以将逆EMF的相位与电压源108的相位进行比较以确定转矩是否被预测成负值或超过负转矩阈值。例如，可以通过使用上述α-β变换将给电机的三相电力转换成两相坐标来确定转子的逆EMF的相位。在一种实施方式中，逆EMF的相位可以使用等式7来计算：
(等式7)
在一种实施方式中，电源电压相位可以使用等式8来计算：
(等式8)
在一种实施方式中，如果θsupply-θflux≥0°并且θsupply-θflux≤30°，那么转矩被预期为正的。对于所有其他相位角差异，转矩被预期为负的，并且转矩模块204可以确定电机转矩小于负转矩阈值。在其他实施方式中，可以使用不同的相位角差异范围。例如，相位范围可以为约θsupply-θemf≥0°且θsupply-θemf≤60°，并且所有子范围在其之间。其他范围也是有可能的。通过声明该范围为“约”0°至30°或“约”0°至60°，本领域的普通技术人员将认识到，例如，下限可以与0°不同例如-5°至5°的一个小量，并且上限也可以变化。在另一实施方式中，相位范围可以基于各种因素如电机类型、电机大小、电机负载、电机速度等而不同。在另一实施方式中，相位范围可以通过实验被确定。在另一实施方式中，相位范围可以通过仿真被确定。在另一实施方式中，转矩模块204测量逆EMF的相位，并且将所测量的逆EMF的相位与所测量的电压源108的相位进行比较。
在一种实施方式，当电机106被预期具有负转矩时设置相位范围，并且当电机转矩从正跨到负或从负跨到正时设置相位范围的上限和下限。在另一实施方式中，相位范围的上限和/或下限可以被设置用于特定值处的预期的负转矩，如负转矩阈值。在另一实施方式中，相位范围的上限和/或下限可以被设置用于电机转矩转变成负的之前的预期的正的转矩。通常，其中相位范围的上限和下限被设置的相位角影响电流、电机启动时间等。
在一种实施方式中，装置200包括下一个频率模块206，其响应于转矩模块204确定电机转矩达到了负转矩阈值将第二频率应用于电机106。第二频率包括DFC方法中的下一个频率。例如，DFC方法可以具有5Hz的第一频率，并且可以具有通过增加2Hz直到达到25Hz的不同的频率。(注意，对于60Hz系统，适当的上限可以是30Hz)。例如，如果第一频率为5Hz，则第二频率可以是7Hz，或在第一频率为7Hz的情况下，第二频率可以是9Hz。注意，上述列出的示例仅是一组离散频率，并且在电机启动期间可以由DFC模块202使用其他集合的离散频率。
例如，DFC模块202可以通过生成如图3所示的电流脉冲将5Hz的第一频率应用于电机106。然后，电机106可以开始旋转，并且最终转矩模块204可以确定由电机106生成的电机转矩达到了负转矩阈值。然后下一个频率模块206可以将7Hz的第二频率应用于电机106。当转矩模块204再次确定由电机106生成的电机转矩达到了负转矩阈值时，下一个频率模块206可以将应用于电机的频率增大到9Hz。该处理可以继续直到达到DFC方法中的最后一个频率。
图4是示出了准变频电机控制器的装置400的另一实施方式的示意性框图。装置400包括具有基本上与上面关于图2的装置200所描述的这些相似的DFC模块202、转矩模块204和下一个频率模块206的准变频控制装置102的实施方式。在各种实施方式中，装置400还可以包括开关模块402、步骤启动模块404和接触器模块406，这些将在下面描述。
在一种实施方式中，装置400包括开关模块，其选择性地按顺序将每个输入电力导体连接至电机106，其中，DFC模块202基于多个离散频率中的离散频率将电力导体连接至电机106。在一种实施方式中，开关模块402包括例如图1的系统100的晶闸管Ta1、Ta2、Tb1、Tb2、Tc1、Tc2的开关。在其他实施方式中，开关模块402可以包括其他开关如金属氧化物场效应晶体管(“MOSFET”)、绝缘栅双极型晶体管(“IGBT”)等。通常，如图1所示，开关模块402包括每个相至少一个开关，并且还可以包括每个相两个开关。在另一实施方式中，开关模块402包括控制开关的部件，并且还可以包括用于切换的其他典型部件，如阻尼器、传感电路、光耦合器、缓冲器等。
在一种实施方式中，DFC模块202与开关模块交互以控制切换来在电机启动期间实现DFC方法。在一种实施方式中，在开关模块402包括晶闸管T的情况下，通过调节用于接通每个晶闸管T的相位角，使用DFC方法控制每个晶闸管T。
在一种实施方式中，装置400包括步骤启动模块404，其执行一个或更多个启动步骤。每个启动步骤在下一个频率模块206将离散频率推进到DFC方法的最后的离散频率之后被启动。在一些实施方式中，DFC方法控制电机启动至低于电压源108的基频的上频率。例如，DFC方法可以具有在电压源108的基频的约25％与约50％之间的最高离散频率，并且所有子范围在它们之间。随着离散频率增大，存在较少的、电压源108的基频的过零点以生成电流脉冲304。例如，对于电压源108的基频的50％的离散频率，存在电压源108的仅两个周期的电压波形，从而没有很多机会生成电流脉冲304以创建具有低于电压源108的基频的离散频率。
在对与比电压源108的基频的约25％和50％更高的频率对应的电机速度进行控制的情形下，一个选项是包括步骤启动模块404，其在除了通过DFC方法控制以外控制电机106的启动。在一种实施方式中，步骤启动模块404包括在固定的时间段设置开关模块402的开关的固定的接通时间。例如，在开关为晶体管T的情况下，步骤启动模块404可以将晶闸管点火角度设置成固定值。在一种实施方式中，步骤启动模块404包括单个步骤。该单个步骤可以是用于DFC方法的终点处的电机速度与全电机速率之间的步骤。在另一实施方式中，步骤启动模块404包括两个或更多个步骤，其中，每个步骤对应于开关接通时间。
在另一实施方式中，步骤启动模块404可以以例如以预定速率将开关的接通时间进行斜变。在开关模块402的开关为晶闸管T的情况下，步骤开始模块404可以朝向全接通条件增大晶闸管T的点火角度。斜变可以是线性的，可以与开关的固定接通时间的周期成线性关系，或可以是非线性的，如开关的接通时间的上升的指数速率。本领域普通技术人员可以认识到用于步骤启动模块404的其他斜变类型。
在一种实施方式中，装置包括接触器模块406，其在步骤启动模块404的最后的步骤和/或DFC模块202的最后的离散频率之后将电压源108的全输入电压施加到电机106。在一种实施方式中，接触器模块406通过闭合与每个晶闸管T并联的接触器来施加全输入电压。例如，接触器可以包括图1的系统100中示出的接触器R。在一些实施方式中，将与开关模块402的开关并联的接触器R闭合可以是有利的，因为接触器R可以具有比开关模块402的开关更低的电阻，可以需要更少的控制电力等，因此可以更有效。
在一种实施方式中，装置400不包括步骤启动模块404，并且接触器模块406在DFC方法的最后的离散频率之后闭合接触器R。在另一实施方式中，装置400包括步骤启动模块404，并且控制器模块406在步骤启动模块404的最后的步骤之后闭合接触器R。
图5是示出了准变频电机控制器的装置500的第三实施方式的示意性框图。装置500包括基本上与上面关于图2和图4的装置200、400所描述的那些相似的DFC模块202、转矩模块204和下一个频率模块206。另外，转矩模块204包括α-β变换502和转矩估计器504。在图5中也描述了电机106、开关模块402和电压源108。
在图5中，示出了相电压Va、Vb和Vc的测量以及到电机的相电流Ia、Ib、Ic的测量。相电压Va、Vb和Vc和相电流Ia、Ib、Ic被示出馈送至α-β变换502。在一种实施方式中，α-β变换502可以与上述等式2至6中的相同。在一种实施方式中，α-β变换502通过将相电压Va、Vb和Vc和相电流Ia、Ib、Ic数字化并且使用处理器实现等式2至6来实现。在另一实施方式中，使用分立逻辑部件来实现等式2至6。
在一种实施方式中，α-β电压和电流Vα、Vβ、Iα、Iβ被馈送至转矩估计器504以使用等式1计算电机转矩Test。图6是示出了准变频电机控制器的转矩估计器504的一种实施方式的示意性框图。在一种实施方式中，图6中的转矩估计器504实现等式1。转矩估计器504可以使用软件和处理器来实现，或可以使用分立逻辑部件来实现。DFC模块202和下一个频率模块206如上所述操作，使得当转矩模块204确定电机转矩达到了负转矩阈值时，下一个频率模块206实现下一个离散频率。在一种实施方式中，下一个频率模块206实现下一个离散频率。在一种实施方式中，图5的装置500和图6的转矩估计器504用于创建仿真模型。在图9A和图9B中示出了来自该模型的仿真结果。
图7是示出了准变频电机控制器的方法700的一种实施方式的示意性流程图。方法700开始，并且将将第一频率应用702于电机106作为用于电机启动的DFC方法的一部分。第一频率是DFC方法的多个离散频率中的离散频率，并且每个离散频率包括比向电机106提供电力的电压源108的基频更低的频率。在一种实施方式中，DFC模块202将第一频率应用702于电机106。
方法700确定704电机转矩是否达到了负转矩阈值。如果方法700确定704电机转矩没有达到负转矩阈值，则方法700继续将第一离散频率应用702于电机106。如果方法700确定704电机转矩达到了负转矩阈值，则方法700将第二离散频率应用于电机106，并且方法700结束。在一种实施方式中，转矩模块204确定704电机转矩是否达到了负转矩阈值，以及下一个频率模块206将第二离散频率应用706于电机106。
图8是示出了准变频电机控制器的方法800的另一实施方式的示意性流程图。方法800开始，并且将离散频率应用802于电机106作为用于电机启动的DFC方法的一部分。离散频率是DFC方法的多个离散频率中的离散频率，并且每个离散频率包括比向电机106提供电力的电压源108的基频更低的频率。
方法800使用例如等式1计算804电机转矩。在一种实施方式中，转矩模块204计算电机转矩。方法800确定806电机转矩是否达到了负转矩阈值。如果方法800确定806电机转矩没有达到负转矩阈值，则方法800继续将第一离散频率应用802于电机106。如果方法800确定806电机转矩达到了负转矩阈值，则方法800确定808是否DFC方法达到了最后的离散频率。如果方法800确定808DFC方法还未达到最后的离散频率，则方法800将下一个离散频率应用810于电机106，并且继续将离散频率应用802于电机106。
如果方法800确定808达到了最后的离散频率，则方法800将固定的角度启动步骤应用812于电机106。例如，步骤启动模块404可以将固定的角度启动步骤应用812于电机106。方法800确定814是否达到了最后的启动步骤。如果方法800确定还未达到最后的启动步骤，则方法800返回，并且将下一个固定角度启动步骤应用812于电机106。步骤启动模块404可以确定814是否已经到达最后的启动步骤。如果方法800确定814达到了最后的启动步骤，则方法800将全电压施加816到电机106，并且方法800结束。在一种实施方式中，接触器模块406将全电压施加到电机106。
图9A是10马力(“HP”)电机的准变频电机控制器的仿真结果，图9B是图9A的仿真结果的放大图。例如，图9A和图9B的仿真结果可以使用与图5和图6中所描绘的装置500相似的仿真模型。图9A上的上部曲线描绘了10HP的具有50％恒定负载的三相AC鼠笼式电机的启动的速度和频率。仿真使用DFC方法，并且当电机转矩低于30牛顿米(“Nm”)的负转矩阈值时转变到新的频率。DFC方法从1Hz到25Hz对于每个步骤增大1Hz。电源电压具有50Hz的基频。在25Hz处，仿真在一个步骤中从25Hz步进到50Hz。
在垂直轴上示出了以每秒弧度为单位的速度和以赫兹为单位的频率，并且在水平轴上示出了以秒为单位的时间。频率曲线图904指示出频率DFC方法和最后的25Hz怎样步进。速率曲线图902描绘了电机速度如何经过5秒从零增大到约每秒150弧度。下部曲线图示出了与上部曲线图相同的仿真的频率和转矩。在垂直轴上示出了以赫兹为单位的频率和以牛顿米为单位的转矩，并且在水平轴上再次示出了时间。从1Hz到25Hz的转矩曲线图906示出了转矩如何随着时间变化并且涌动到负数。在25Hz到50Hz转变处，由于50Hz处的全电压被施加到电机，所以转矩906稳定下来。
图9B是图9A上的下部曲线的放大图，并且描述了当超过负转矩阈值时使用随同增大的频率的DFC方法控制频率时的第一个2秒。转矩906的曲线图表示转矩如何振荡以及然后转变成负的。在不使用本文中所描述的控制技术下，仿真结果已经示出如果频率例如在固定的时间段保持在某个离散频率，则电机转矩将比图9A和图9B中所描绘的仿真更经常地转变为负数。
图10描绘了来自10HP的准变频电机控制器的一种实施方式的测试结果的波形，其中，启动频率固定在5Hz。测试结果是针对额定负载的5％的负载。对于上部曲线图来说，采样周期是12毫秒(“mS”)。通过编码器对电机速度进行采样。上部曲线图包括垂直轴上的以赫兹为单位的频率以及水平轴上的时间。垂直标记表示时间在何处达到2.58秒(sec)。下部曲线图针对相同测试，并且在垂直轴示出了以牛顿米为单位的转矩，在水平轴上示出了时间。对于下部曲线图，采样周期为2.4mS。再次，在2.58秒处示出了垂直标记。对于该测试，在电流脉冲被改变以在定子绕组中生成5Hz基频的情况下，使用DFC方法频率被固定在5Hz处。如可以看到的，当电机速度达到约每分钟155转(“RRM”)时，电机转矩开始转变成较高幅值的负值。
图11描绘了来自具有5Hz的初始频率、2Hz步长且没有负载的10HP电机的准变频电机控制器的一种实施方式的测试结果的波形。上部曲线图的顶部分在垂直轴上示出了以赫兹为单位的频率，并且上部曲线图的底部分在垂直轴上示出了以RPM为单位的速度，在水平轴上示出了时间。下部曲线图在垂直轴上示出了以牛顿米为单位的电机转矩，并且在水平轴上示出了时间。下部曲线图上的以及转矩曲线图左下的箭头示出了其中最后一个转变是从约25Hz到50Hz的频率转变时间。注意，当电机转矩没有转变到负数时，转变到下一个频率减小了负转矩转变的量。在其中频率转变到电机转矩以比从5Hz到25Hz更高的速率转变为负数的固定的50Hz之后，这是明显的。
图12描绘了来自具有5Hz的初始频率、4Hz步长且没有负载的10HP电机的准变频电机控制器的一种实施方式的测试结果的波形。上部曲线图的顶部分在垂直轴上示出了以赫兹为单位的频率，并且上部曲线图的底部分在垂直轴上示出了以RPM为单位的速度，在水平轴上示出了时间。下部曲线图在垂直轴上示出了以牛顿米为单位的电机转矩，在水平轴上示出了时间。下部曲线图上的以及转矩曲线图左下的箭头再次示出了最后的转变再次从约25Hz到50Hz的频率转变时间。在此，当使用DFC方法从5Hz到25Hz控制频率并且当电机转矩达到负转矩阈值时转变到下一个离散频率时，电机转矩转变为小于当频率固定在50Hz时的负数。减少负电机转矩转变到负值可以减小电机电流、机械压力、噪声等。
图13描绘了来自具有5Hz的初始频率、2Hz步长且在50％负载处的10HP电机的准变频电机控制器的一种实施方式的测试结果的波形。上部曲线图的顶部分再次在垂直轴上示出了以赫兹为单位的频率，并且上部曲线图的底部分再次在垂直轴上示出了以RPM为单位的电机速度，在水平轴上示出了时间。下部曲线图在垂直轴上示出了以牛顿米为单位的电机转矩，并且在水平轴上示出了时间。垂直标记位于1.38秒处，其为大约当频率从约25H在转变到50H时。下部曲线图上的以及转矩曲线图左下的箭头再次示出了其中最后的转变再次从约25Hz到50Hz的频率转变时间。再次，电机转矩转变成比当频率固定在50Hz处时小很多同时由准变频电机控制器控制的负数。
在所有方面要考虑的所述示例和实施方式仅是示例性的，并非限制性的。该书写的说明书使用示例和实施方式公开本发明，包括最佳模式，并且也使本领域普通技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何设备或系统，并且执行任何合并的方法。示例和实施方式可以以其他具体的形式来实践。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可以包括对本领域普通技术人员来说发生的其他示例。如果它们具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或如果它们包括与权利要求的字面语言非实体的差异的等同结构元件，这样的其他示例意在在权利要求的范围内。

Claims (22)

1.一种准变频电机控制器的装置，包括：
离散频率控制模块，用于将第一频率应用于电机作为用于电机启动的离散频率控制方法的一部分，所述第一频率包括所述离散频率控制方法的多个离散频率中的离散频率，并且其中，每个离散频率包括比向所述电机提供电力的交流电压源的基频低的频率；
转矩模块，用于确定由所述电机生成的电机转矩何时达到负转矩阈值；以及
下一个频率模块，用于响应于所述转矩模块确定所述电机转矩已经达到所述负转矩阈值，将第二频率应用于所述电机，所述第二频率包括所述离散频率控制方法中的下一个频率，
其中，所述离散频率控制模块、所述转矩模块和所述下一个频率模块中的至少一部分包括硬件和可执行代码中的一个或更多个，所述可执行代码存储在一个或更多个计算机可读存储介质上。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括开关模块，所述开关模块选择性地将每个输入电力导体按顺序连接至所述电机，其中，所述离散频率控制模块基于所述多个离散频率中的离散频率将所述电力导体连接至所述电机。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述开关模块包括一个或更多个晶闸管，并且其中，每个晶闸管通过使用所述离散频率控制方法经过对用于接通每个晶闸管的相位角进行调节来控制。
4.根据权利要求2所述的装置，还包括步骤启动模块，所述步骤启动模块执行一个或更多个启动步骤，每个启动步骤在所述下一个频率模块将所述离散频率推进到所述离散频率控制方法的最后的离散频率之后被启动，每个步骤包括下列中的一个或更多个：
在固定的时间段，将所述开关模块的开关的接通时间设置成固定值；以及
将所述开关模块的开关的接通时间进行斜变。
5.根据权利要求4所述的装置，还包括接触器模块，所述接触器模块在所述步骤启动模块的最后的步骤和所述离散频率控制模块的最后的离散频率中的一个或更多个之后将全输入电压施加到所述电机，所述接触器模块通过将与每个晶闸管并联的接触器闭合来施加所述全输入电压。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述离散频率控制模块通过下面的方式来应用离散频率：改变用于接通晶闸管的相位角，以对于所述离散频率的正半周生成变化的幅值的正电流脉冲，然后，改变用于接通晶闸管的相位角，以对于所述离散频率的负半周生成变化的幅值的负电流脉冲，其中，每个电流脉冲以与所述交流电压源的基频一致的速率被生成。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述转矩模块通过根据输入电压和电流信息计算电机转矩来确定电机转矩，所述输入电压和电流信息来自连接至所述电机以向所述电机提供电力的导体。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述转矩模块使用下面的等式来确定电机转矩：
<mrow> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>s</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>3</mn> <mn>2</mn> </mfrac> <mi>P</mi> <mo>&amp;lsqb;</mo> <msub> <mi>I</mi> <mi>&amp;beta;</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mo>&amp;Integral;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>V</mi> <mi>&amp;alpha;</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>I</mi> <mi>&amp;alpha;</mi> </msub> <msub> <mi>R</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mi>d</mi> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>I</mi> <mi>&amp;alpha;</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mo>&amp;Integral;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>V</mi> <mi>&amp;beta;</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>I</mi> <mi>&amp;beta;</mi> </msub> <msub> <mi>R</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mi>d</mi> <mi>t</mi> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow>
其中:
Test是计算出的电机转矩；
P是电机磁极的数量；
Rs是定子绕组的电阻；
Vα、Vβ是静止参考系中的定子电压；以及
Iα、Iβ是所述静止参考系中的定子电流，
其中，使用α-β变换将用于所述电机的每个相的电压和电流变换至所述静止参考系。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述转矩模块通过测量电机转矩来确定电机转矩。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述转矩模块基于与转子电流的相位有关的输入电力的相位来确定电机转矩。
11.根据权利要求1所述的装置，其中，每当所述转矩模块确定所述电机转矩达到所述负转矩阈值时，所述下一个频率模块应用所述离散频率控制方法的下一个频率，直到达到所述离散频率控制方法的最终频率。
12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述离散频率控制方法中的最后的离散频率包括处于所述交流电压源的所述基频的25％与50％之间的频率。
13.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电机包括三相交流鼠笼式电机和三相交流同步电机之一。
14.一种用于准变频电机控制器的方法，包括：
将第一频率应用于电机作为用于电机启动的离散频率控制的一部分，所述第一频率包括所述离散频率控制方法的多个离散频率中的离散频率，并且其中，每个离散频率包括比向所述电机提供电力的交流电压源的基频低的频率；
确定由所述电机生成的电机转矩何时达到负转矩阈值；以及
响应于确定所述电机转矩已经达到所述负转矩阈值，将第二频率应用于所述电机，所述第二频率包括所述离散频率控制方法中的下一个频率。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述确定电机转矩包括根据输入电压和电流信息计算电机转矩，所述输入电压和电流信息来自连接至所述电机以向所述电机提供电力的导体。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述确定电机转矩包括使用下面的等式：
<mrow> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>s</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>3</mn> <mn>2</mn> </mfrac> <mi>P</mi> <mo>&amp;lsqb;</mo> <msub> <mi>I</mi> <mi>&amp;beta;</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mo>&amp;Integral;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>V</mi> <mi>&amp;alpha;</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>I</mi> <mi>&amp;alpha;</mi> </msub> <msub> <mi>R</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mi>d</mi> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>I</mi> <mi>&amp;alpha;</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mo>&amp;Integral;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>V</mi> <mi>&amp;beta;</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>I</mi> <mi>&amp;beta;</mi> </msub> <msub> <mi>R</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mi>d</mi> <mi>t</mi> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow>
其中:
Test是计算出的电机转矩；
P是电机磁极的数量；
Rs是定子绕组的电阻；
Vα、Vβ是静止参考系中的定子电压；以及
Iα、Iβ是所述静止参考系中的定子电流，
其中，使用α-β变换将用于所述电机的每个相的电压和电流变换至所述静止参考系。
17.根据权利要求14所述的方法，还包括每当所述电机转矩达到所述负转矩阈值时，应用所述离散频率控制方法的下一个频率，直到达到所述离散频率控制方法的最终频率。
18.根据权利要求14所述的方法，还包括选择性地将每个输入电力导体按顺序连接至所述电机，其中，所述离散频率控制方法包括基于所述多个离散频率中的离散频率将所述电力导体连接至所述电机。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，选择性地将每个输入电力导体按顺序连接至所述电机包括对一个或更多个晶闸管进行切换，并且其中，通过使用所述离散频率控制方法经过对用于接通每个晶闸管的相位角进行调节来控制每个晶闸管。
20.根据权利要求14所述的方法，还包括：
执行一个或更多个启动步骤，每个启动步骤在将所述离散频率推进到所述离散频率控制方法的最后的离散频率之后被启动，每个步骤包括下列中的一个或更多个：
在固定的时间段，将开关的接通时间设置成固定值，所述开关使所述交流电压源连接至所述电机；以及
将使所述交流电压源连接至所述电机的开关的接通时间进行斜变；以及
在最后的启动步骤之后将全输入电压应用于所述电机，其中，应用所述全输入电压包括将与每个晶闸管并联的接触器闭合。
21.根据权利要求14所述的方法，其中，应用离散频率包括：改变用于接通晶闸管的相位角，以对于所述离散频率的正半周生成变化的幅值的正电流脉冲，然后，改变用于接通晶闸管的相位角，以对于所述离散频率的负半周生成变化的幅值的负电流脉冲，其中，以与所述交流电压源的基频一致的速率来生成每个电流脉冲。
22.一种准变频电机控制器的系统，包括：
电机启动器，包括连接在输入电源的每个相与相应的电机连接器之间的一个或更多个晶闸管；
离散频率控制模块，用于将第一频率应用于所述电机作为用于电机启动的离散频率控制的一部分，所述第一频率包括所述离散频率控制方法的多个离散频率中的离散频率，并且其中，每个离散频率包括比向所述电机提供电力的交流电压源的基频低的频率；
开关模块，用于基于所述离散频率控制模块的所选择的离散频率来选择性地接通每个晶闸管以将所述输入电源的每个相按顺序连接至所述相应的电机连接器；
转矩模块，用于确定由所述电机生成的电机转矩何时达到负转矩阈值；以及
下一个频率模块，用于响应于所述转矩模块确定所述电机转矩已经达到所述负转矩阈值，将第二频率应用于所述电机，所述第二频率包括所述离散频率控制方法中的下一个频率。
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