CN105610363A - 在六步模式中用于控制电机的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种逆变器操作性地电连接到多相电机，并且控制所述逆变器的方法包括执行六步模式以控制逆变器并且监测在预设采样频率的电机的电压角。当所述电压角接近控制与在所述六步模式中的逆变器的臂中的一个相关的阶梯跃变时，用于所述开关中的一个的中间任务命令被确定并且基于所述开关中的一个的当前状态对齐载波信号。所述开关中的一个通过利用所述中间任务命令和对齐的载波被控制。

Description

在六步模式中用于控制电机的方法和设备

技术领域

本公开总体涉及控制交流(AC)电动机/发电机，并且更特别地涉及用于控制AC电动机/发电机的设备、系统和方法。

背景技术

AC电动机/发电机，比如三相永磁同步电动机(电机)，的控制通过使用三相脉冲宽度调制(PWM)的逆变器来完成。PWM逆变器能够在几个不同运行模式中被控制，包括例如空间矢量PWM(SVPWM)模式和六步模式。逆变器在其基本频率输出的电压的大小仅在逆变器以六步模式运行时达到最大。由于这种电压大小特征，在电压大小是转矩性能的主要限制因素的磁场削弱区域，在六步模式中的运行相比于在已知的SVPWM中运行或在不连续的空间矢量PWM(DPWM)中的运行能够增加电机的转矩性能。然而，电压大小在六步模式中是不能够被控制的。此外，以六步模式运行的逆变器的频率同步控制的已知的方法需要更新并且潜在地改变控制器的采样频率每个样本周期以最小化次谐波，次谐波能够是控制器在计算上的负担。

发明内容

一种逆变器(inverter)，其操作性地电连接到多相电机，并且控制逆变器的方法包括执行六步模式以控制逆变器并且监测在预设样本频率的电机的电压相角。当电压相角接近与六步模式中的逆变器的多个开关中的一个的控制相关的阶梯跃变(steptransition)时，基于开关中的一个的当前的状态，开关中的一个的中间工作命令被确定并且载波信号被对齐。开关中的一个通过使用中间工作命令和对齐的载波而被控制。

本文公开了一种用于控制逆变器的方法，所述逆变器操作性地电连接到多相AC电机，所述方法包括：执行六步模式以控制所述逆变器；以预设采样频率监测电机的电压角；以及当所述电压角接近与在所述六步模式中控制逆变器的多个开关中的一个相关联的阶梯跃变时：生成用于所述开关中的一个的中间任务命令；基于所述开关的一个的当前控制状态而对齐载波信号；以及采用所述中间任务命令和对齐的载波信号来控制所述开关中的一个。

优选地，其中生成用于所述开关中的一个的中间任务命令包括：确定在单个开关周期过程中的矢量角增量；确定与所述电机的电压角相关联的矢量角；以及基于在单个开关周期过程中的所述矢量角增量以及所述矢量角而确定所述开关中的一个的中间任务命令。

优选地，其中基于所述开关中的一个的当前控制状态对齐载波包括在用于命令所述逆变器的相关联的开关的PWM波形转变成OFF状态之前选择响应于所述中间任务命令的左对齐的载波波形。

优选地，其中基于所述开关中的一个的当前控制状态对齐载波包括在用于命令所述逆变器的相关联的开关的PWM波形转变成ON状态之前选择响应于所述中间任务命令的右对齐的载波波形。

优选地，还包括当所述电压角不接近与在所述六步模式中控制逆变器的多个开关中的一个相关联的阶梯跃变时，选择中心对齐的载波波形。

优选地，其中采用所述中间任务命令和对齐的载波信号控制所述开关中的一个包括采用所述中间任务命令和对齐的载波信号而控制所述开关中的一个，从而将所述六步模式的执行与所述电机的旋转同步。

本文还公开了一种用于控制电压源逆变器的方法，所述电压源逆变器包括操作性地电连接到永磁同步多相AC电机的相的多个臂，所述方法包括：执行六步模式以响应转矩命令来控制所述逆变器；以预设采样频率监测所述电机的旋转角；以及当所述电压角接近与在所述六步模式中控制逆变器的臂中的一个相关联的阶梯跃变时：生成用于所述臂中的一个的中间任务命令；基于所述臂中的一个的当前控制状态而对齐载波信号；以及采用所述中间任务命令和对齐的载波信号而控制所述臂中的一个。

优选地，其中生成用于所述开关中的一个的中间任务命令包括：确定在单个开关周期过程中的矢量角增量；确定与所述电机的电压角相关联的矢量角；以及基于在单个开关周期过程中的所述矢量角增量和所述矢量角确定所述中间任务命令。

优选地，其中基于所述开关中的一个的当前控制状态对齐载波包括在用于命令与所述逆变器的相关联的臂的PWM波形转变成为0的控制状态之前选择响应于所述中间任务命令的左对齐载波波形。

优选地，其中基于所述开关中的一个的当前控制状态对齐载波包括在用于命令与所述逆变器的相关联的臂的PWM波形转变成为1的控制状态之前选择响应于所述中间任务命令的右对齐载波波形。

优选地，所述方法还包括当所述电压相角没有接近与控制与在所述六步模式中的逆变器的支路中的一个相关的阶梯跃变时选择中心对齐的载波波形。

优选地，其中利用所述中间工作命令和所述对齐的载波信号控制所述支路中的一个包括利用所述中间工作命令和所述对齐的载波信号以同步所述六步模式的执行和所述电机的旋转以控制所述支路中的一个。

当结合附图和所附的权利要求时，本发明的上述特征和优势，以及其他特征和优势从下面对用于实现如在所附的权利要求中限定的本发明的其他实施例和最佳模式的详细描述中变得显见。

附图说明

现在将通过示例的方式参见附图描述一个或多个实施例，其中：

图1示例性地图示了控制器，其包括电流调节器和用于控制电连接到根据本公开处于六步模式中的多相AC电动机/发电机(电机)的逆变器的六步通量控制器；

图2图示了根据本公开，当在六步模式中运行时，逆变器关于电压角(度)的实施例的第一、第二和第三臂的开关状态；

图3图示了多个命令和数据信号，其与逆变器的一个相在电机的电动旋转的单个循环的一部分上的运行相关并且根据本公开包括与行为第二载波信号、中间任务命令和对齐的PWM波形的中间控制方案的执行相关的运行；

图4根据本公开图示了用于分析包括确定中间任务命令的运行扇区的三相逆变器的运行的静止正交(静止dq或αβ)参照系；以及

图5根据本公开示意性地示出了逆变器控制例行程序，其用于在六步模式中频率同步地控制逆变器以同步六步模式的执行和电压命令的基本频率。

具体实施方式

现参照附图，其中的表示仅用于图示某些示例性实施例并且不用于限制这些示例性实施例。图1示例性地图示了电压源逆变器(VSI)控制器105，其用于根据本公开控制电操作性地连接到多相AC电动机/发电机(电机)140的多相PWM逆变器电路(逆变器)100。电机140优选地为永磁同步装置，其包括以星形构造布置的定子和转子，虽然本文所描述的概念并非如此具有限制性。电机140的转子的旋转位置和速度由旋转位置传感器141监测，所述旋转位置传感器能够为任何适合的装置，例如求解仪或霍尔效应传感器。

逆变器100经由正高压DC电源总线(HV+)102和负高压DC电源总线(HV-)104电连接至高压DC电源。高压DC电源能够包括高压电能存储装置，例如高压电池或电容器，高压电源发电机或另一相关的装置或系统。逆变器100包括在HV+102和HV-104之间串联电连接的多个开关对112和114、122和124、以及132和134。每个所述开关对对应电机140的相，其中每个第一开关在节点串联连接对应的第二开关。具体地，开关对112和114在节点116串联连接以形成逆变器100的第一臂，开关对122和124在节点126串联连接以形成逆变器100的第二臂并且开关对132和134在节点136串联连接以形成逆变器100的第三臂。节点116、126和136电连接到电机140的名义第一、第二和第三相以将电力传递到该处。第一栅极驱动电路106控制第一、上侧开关112、122和132的生效和失效，并且第二栅极驱动电路108控制第二、下侧开关114、124和134的生效和失效。第一和第二栅极驱动电路106、108包括任何适合的电子装置，这些装置能够使开关112和114、122和124以及132和134生效或失效以引起HV+102和HV-104中的一个以及电机140的一个相之间的电力传递以响应控制器105发出的控制信号。控制器105产生控制信号，它们被传至第一和第二栅极驱动电路106、108以使开关112和114、122和124以及132和134生效或失效以响应逆变器开关控制模式，这些模式包括空间矢量PWM(SVPWM)模式以及六步模式、或另一适合的控制模式。逆变器100包括其他电气部件，它们包括电容器(例如DC总线电容器142)、电阻器(例如总线电阻器144)以及其他电路部件以实现抑制点噪声、平衡负荷等功能。

第一开关112、122和132以及第二开关114、124和134的每个能够被控制到ON状态或OFF状态。由开关对112和114、122和124以及132和134形成的臂的每个能够被控制为1或0的控制状态。一个臂的为1的控制状态对应于第一开关112、122和132中的一个的生效，并且各自对应的第二开关114、124或134失效。一个臂的为0的控制状态对应于第二开关114、124和134的生效，并且各自对应的第一开关112、122或132失效。

第一开关112、122和132的每个优选地被构造为通常为OFF的开关，这意味着所述开关仅在被第一栅极驱动106使其生效时传导电流。在一个实施例中，第一开关112、122和132是绝缘栅双极晶体管(IGBT)，其各自具有并联布置的二极管。响应于选择的逆变器开关控制模式，第一栅极驱动106使第一开关112、122和132的每个生效以引起跨过其的电流。第二开关114、124和134的每个优选地被构造为通常为OFF的开关，这意味着所属开关仅在第二栅极驱动108使其生效时传导电流。所述第二开关114、124和134可以是任何类型的通常为OFF的半导体开关，包括，例如IGBT开关，其每个具有并联布置的二极管。在没有电路故障的运行过程中，第一和第二栅极驱动电路106、108产生生效信号以使第一开关112、122和132以及第二开关114、124和134生效和失效从而操作电机140以产生转矩。替代地，第二开关114、124和134可以为任何类型的通常为ON的半导体开关。逆变器100操作性地电连接到电机140，使得选择性地使开关112和114、122和124以及132和134生效或失效以引起HV+102和HV-104中的一个与多相电机140的一个相之间的电力传递以响应于来自控制器105的控制信号的动作在电机140的定子的元件内产生电场，该电场作用在转子的元件上以驱使转子朝向或背向定子的运动，由此在机械地联接到转子的轴构件中产生转矩。

控制器105监测来自传感器(例如，旋转位置传感器141)的信号输入量并且选择性地控制逆变器100使其在PWM模式和六步模式中的一个中的运行以响应转矩或速度命令。控制器105来自电机140的通过经由HV+102和HV-104电连接至高压DC电源的逆变器100的转矩输出量。用于在逆变器状态之间切换以调节电机140的转矩输出量的控制方法包括在PWM模式或六步模式中运行。在PWM模式中，逆变器100在两个非零状态以及零状态的一个或两个中快速切换。控制器105通过指定PWM工作循环指定多少时间花在这三个状态的每个上。控制器105以规律的间隔更新PWM工作循环，更新的频率比转子旋转的频率高得多。在六步模式中，逆变器100在六个非零状态中循环(每电机140的转子的周期循环一次)以在定子的每个线圈内产生AC电压和电流。转子循环被限定为是相对于电动机的极的并且不一定对应于转子的完整的旋转。控制器105包括用于控制逆变器100的运行以控制电机140使其在PWM模式或六步模式中运行的通量控制器和电流调节器。AC电压的振幅由将高压电源电连接到逆变器100的高压DC总线上的DC电压的大小来规定。转矩由DC电压、转子速度和这些准正弦AC电压信号之间的相差和转子位置来规定，并且还通过在六步模式中操作控制系统来控制。控制器105发送命令到逆变器100，表示在序列中什么时候切换到下一个状态。六步模式是逆变器100的运行状态，其包括使逆变器100在六个非零状态中循环(每电机140的转子的周期循环一次)以在定子的每个线圈内产生AC电压和电流。转子周期被限定为是相对于电动机的极的并且当使用多极电机时不对应于转子的完整的旋转。通过示例，在永磁电机中，所述基本频率能够通过以下来确定：

ωr＝ωrm*PP

其中，

ωr是基本频率；

ωrm是机械电动机速度或频率；以及

PP是电机的极对的数量。

类似地，当使用电动机电机时，基本频率能够通过以下来确定：

ωe＝ωrm*PP+ωsl

其中，

ωe是基本频率；

ωrm是机械电动机速度或频率；

PP是电机的极对的数量；以及

ωsl是转差频率。

基本频率ωe物理上等于转子通量的旋转频率，并且也称为同步频率。

术语控制器、控制模块、模块、控制、控制单元、处理器以及类似的术语指的是特定用途集成电路(ASIC)、电子电路、中央处理单元，例如微处理器以及成型为存储器和储存装置(只读、程序可控只读、随机存取、硬盘等)的非临时存储部件。所述非临时存储部件能够储存机器可读的指令，这些指令成型为一个或多个软件或固件程序或例行程序、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、信号调节和缓冲电路以及能够被一个或多个处理器使用以提供所描述的功能。输入/输出电路和装置包括模拟/数字转换器和监测来自传感器的输入量的相关装置，这些输入量以预设采样频率监测或者响应触发事件。软件、固件、程序、指令、控制例行程序、代码、算法以及类似的术语表示任何可以由控制器执行的指令集，其包括校准和查找表。每个控制器执行控制例行程序以提供需要的功能，包括监测来自感应装置以及其他联网的控制器的输入量并且执行控制和诊断例行程序以控制致动器的运行。例行程序可以以规律的间隔执行，例如在不间断的运行过程中每100微秒。替代地，可以执行例行程序以响应诸如来自监测的传感器的输入量的时间的发生。控制器之间以及控制器、致动器和/或传感器之间的通讯可以使用直接的有线连接、联网的通讯总线连接、无线连接或者任何另一适合的通讯连接来完成。通讯包括以任何适合的形式交换数据信号，包括，例如经由传导媒介交换电信号、经由空气交换电磁信号、经由光波导交换光信号等。

图2图示了在六步模式中运行的逆变器100的电压角为210度的实施例的第一、第二和第三臂的开关状态Sa202、Sb204和Sc206，其中状态值为1对应臂的ON状态，状态值为0对应于臂的OFF状态。产生的相电压水平包括与第一节点116关联的Va212、与第二节点126关联的Vb214和与第三节点136关联的Vc216，与电压角210度相关的全部示出。因此，在六步模式中的运行将开关状态改变到要求的电压角，其中每个臂的开关状态在一个基本周期(即，一个转子或电循环)仅改变一次。产生的相电压在一个基本周期中具有六个阶梯变化。当开关被假设为理想化，没有电压降，基本频率的最高电压变为当在六步模式中运行时，逆变器100的输出电力能够被限定为V·I·PowerFactor，并且逆变器100能够给予其理论最大输出电力到电机。

由于电机的旋转速度和数字控制器和采样频率之间的区别，次谐波能够在电动机控制系统中产生。已知的电动机控制系统以六的幂级数调节电压命令的基本频率的采样频率，这需要在每个旋转过程中计算下一个采样频率，对应的计算负担施加在控制器上。闭环电流控制器的稳定状态表现和临时表现能够对旋转速度和位置传感器的表现敏感，因为电压命令的基本频率根据电动机速度变化，因此引入了其他变化。

图3和4与为了响应转矩或速度命令，频率同步地控制在六步模式中运行的逆变器以驱动电机并且不改变控制器的采样频率同时最小化或消除次谐波的方法相关。参见图5描述了频率同步地控制在六步模式中运行的逆变器的方法的一个实施例。频率同步的控制方法能够用在例如图1和2中描述的逆变器100、电机140和控制器105上。这包括了执行六步模式控制逆变器，同时以数字控制器的采样频率监测电机的电压角。当αβ电压命令的角度接近与在六步模式中的逆变器的臂中的一个相关的阶梯跃变时，中间工作要求倍计算，并且通过执行中间任务命令以实施载波对齐改变从而同步六步模式的执行和电压命令的基本频率：这等于PM中的转子的旋转速度/频率或者IM中的转子通量。这样的操作帮助用于控制与电压命令的基本频率同步的处于六步模式中的逆变器载波型PWM执行而不用调节数字控制器的采样频率以与电动机速度同步。结果，电流控制环的表现不基于位置和速度传感器的表现而被控制。

图3图示了与逆变器的一个相在电机的电动旋转的单个循环的部分(其被示为在水平轴线上的电压角310(θ,度))上的操作相关的多个命令和数据信号。电机的旋转位置被示出为电压角为90°的311,为150°的313,为210°的315以及为270°的317的形式。线302示出了电机的旋转位置并且线304示出了当在六步模式中运行的时候关于电压角310的逆变器的臂中的一个的开关中的一个的优选的命令。优选的命令304响应于转矩或速度命令。电压角为90°的311对应优选的命令302的相关的开关从值为1的ON状态到值为0的OFF状态阶梯变化。

第一载波信号322、任务命令324和PWM波形326图示了在没有电机140的旋转位置的样本周期与逆变器100的运行的同步的情况下，处于六步模式中的逆变器100的实施例的运行。第一载波信号322成型为重复地执行在名义值1和名义值0之间变化的中心对其的三角波并且具有远小于与电压命令的基本频率相关循环周期的循环周期。如图所示，在一个循环周期中，所述中心对其的三角波从0状态开始，增加到1状态然后减小到0状态。命令逆变器在六步模式中运行的任务命令324包括为1的名义值以打开相A的上开关以及为0的名义值以打开相A的下开关。如图所示，第一载波信号322与电压命令302是异步的，并且不与在90°311或者270°317的开关状态的理想过渡相角对齐。第一载波信号322和任务命令324被提供为信号比较器的输入量，其产生形为线326的输出量，示出了最终PWM波形。当任务命令324的大小大于第一载波信号322的大小时，最终PWM波形326具有名义值1，并且当任务命令324的大小小于第一载波信号322的大小时，名义值为0。包括本文描述的PWM波形326、336和346的PWM波形对应参见图1描述的由控制器105产生的并且与第一和第二栅极驱动电路106、108通讯以使开关112和114中的一个生效和失效的控制信号。如图所示，当逆变器在没有得益于开关周期与电机的转子的电动旋转同步的情况下，电压命令相角被示出为用于逆变器的单个相。应理解的是，第一载波信号322的形为中心对其三角波的使用是示例性的并且不具有限制性。载波信号的其他形式可被使用并且具有类似的效果。

开关周期与电压命令的基本频率的同步的缺失被示出为异步时间周期T_comp323，其为在电压角90°311的优选的命令304从值为1的ON状态到值为0的OFF状态的变化与在下一个电压角312任务命令324从值为1的ON状态到值为0的OFF状态的变化指间的时间延迟。

异步时间周期T_comp323可以在之前的开关循环过程中被确定。在六步模式中，相电压的大小在基本频率达到其最大值。如果开关被假设为理想化的，则没有电压降，在基本频率的峰值电压变为因为三相PWM逆变器的输出电力能够被限定为V·I·PowerFactor，三相PWM逆变器能够发出其理论最大输出电力至六步模式中的电动机。在完全的六步模式中，开关状态需要在每电压命令的60°被改变。然而，在一个样本周期中，控制器105仅更新其输出量一次。假设样本率为20，在一个样本周期中，电压命令的角度增大因此，当控制器的样本周期没有与电压命令的基本周期同步时，处于完全的六步模式中的开关状态的过渡相比于电压命令能够具有最大±13°的误差。由于这个误差，PWM逆变器的输出电压能够具有次谐波。相电压的这个次谐波能够产生相电流中的次谐波并且因此产生电机的输出转矩中的次谐波。如图所示，在一个基本周期中的开关信号的平均数不为0.5。当平均数高于0.5时，六步电压在该周期中具有更长的峰值。当平均数小于0.5时，六步电压具有更短的峰值。如图所示，开关信号的平均数为0.429，所以六步电压具有更短的峰值。

图3还图示了与形为第二载波信号332、中间任务命令334和中间PWM波形336的中间控制方案的执行相关的运行。中间任务命令334被以防止在电机的运行和控制中的次谐波频率的方式引入以调节开关信号的平均数的大小。当电压角310接近电机旋转关注的旋转角(例如，旋转角30、90、150、210、270和330度)时，中间任务命令334给出既不是0也不是1的任务命令。当载波信号(例如，第二载波信号322)的即将到来的循环的周期与关注的旋转角的一个重叠时，电压角310被认为是关注的旋转角的一个。如图所示，载波信号322与在旋转角90°的电压命令角在时间点311重叠并且载波信号322与在旋转角270°的电机的旋转位置在时间点317重叠。

中间任务命令334的大小被选择为保持在六步波形中开关信号的平均电压与优选的电压304的相同。例如，在由线324和326示出的第一开关周期，非同步的六步任务命令324的峰值的持续时间长于由优选的命令304示出的同步的六步任务命令的持续时间一段时间T_comp323。在此例中，在该开关周期(即，在时间点309与312之间)中的中间任务命令334的大小能够被减小到导致在等于期望的T_comp323的T_comp333的波谷持续时间过程中使PWM波形到零。这被视为中间任务命令334和最终PWM波形336。载波命令332对应第一载波命令322并且形为三角波。中间任务命令334导致在一个基本周期中开关信号的平均数为零，而无论开关周期与电压命令的同步。如本例所示，次谐波能够被消除。

中间任务命令334的使用可引入PWM波形336不希望的干扰。干扰通过改变载波信号的对齐(即，改变载波命令332的对齐而不改变载波命令332的周期或频率)来避免。在一个实施例中，载波命令332成形为三角形，并且该三角形构造能够是右对齐、中心对其或左对齐的载波波形的一种。示出了右对齐的载波波形347的示例347、中心对齐的载波波形349和左对齐的载波波形345的示例。中间控制方案通过基于中间任务命令344对齐载波信号322以避免干扰来实施。中间任务命令344与载波信号322相互作用以实现导致干扰消失的PWM波形346。

因此，载波命令342是被选以在转换命令逆变器的相关的开关到OFF或零状态的PWM波形之前避免干扰的左对齐的波形345，否则干扰将发生以响应于中间任务命令344。类似地，如图所示，从时间点316开始，右对齐载波波形347被选以在转换命令逆变器的相关的开关到ON或1状态的PWM波形之前避免时间点318和319之间的将发生以响应于中间任务命令344的干扰。

此外，与数字控制器的运行中的等待时间相关的延迟需要解决。在一个开关周期(例如，[n]周期)中的电压命令或任务命令在下一个开关周期[n+1]被更新。为此，在一个开关周期过程中的相角增加ω·T_sw在中间任务命令计算中被考虑。该旋转方向还需要在中间工作计算和载波信号对齐中被考虑，因为转子或转子通量能够以顺时针(负向)和逆时针(正向)两个方向上旋转。

再次参见图1，第一和第二栅极驱动电路106、108仅使开关对112和114、122和124以及132和134中的一组生效以引起HV+102和HV-104中的一个以及电机140的一个相之间的电力传递以响应来自控制器105的控制信号。切换所述开关对中的一个的所有开关到ON状态导致HV+102和HV-104中的一个之间不希望的短路，并且因此要避免。切换所述开关对中的一个的所有开关到OFF状态导致从电源到相端子之间不希望的断开，这导致不固定的电压状态。大体来说，一位数字被用于表示一个臂的开关状态，即，开关对112和114、122和124以及132和134每个的臂中的一个的开关状态。为1的开关状态表示上开关被生效并且端子电压连接到HV+102。为0的开关状态表示下开关被生效并且端子电压连接到HV-104。通过示例的方式，当开关对112和114的开关112被生效并且开关114被失效时，开关状态表示为：

S_A＝1[1]

同样地，当开关对112和114的开关112被失效并且开关114被生效时，开关状态表示为：

S_A＝0[2]

这能够延伸到所有三个相S_A、S_B和S_C。例如，如果开关状态被表示为(1,0,0)，实际的开关状态包括开关112ON，开关114OFF，开关122OFF，开关124ON，开关132OFF以及开关134ON。

这样，每个相电压能够根据开关状态计算，具体如下，其中V_as表示在第一节点116的电压大小，V_bs表示在第二节点126的电压大小，并且V_cs表示在第三节点136的电压大小。

$V_{as}=\frac{2}{3}\·V_{dc}\·S_A-\frac{1}{3}\·V_{dc}\·(S_B+S_C)---\[3\]$

$V_{as}=\frac{2}{3}\·V_{dc}\·S_A-\frac{1}{3}\·V_{dc}\·(S_B+S_C)---\[4\]$

$V_{cs}=\frac{2}{3}\·V_{dc}\·S_C-\frac{1}{3}\·V_{dc}\·(S_A+S_B)---\[5\]$

图4图示了用于分析三相逆变器(例如，图1描述的逆变器100)的运行的静止的直接正交(静止的dq或αβ)参照系400，其中分析在水平轴线上的直接电压v_α420和竖直轴线上的正交电压v_β430中进行。在运行中的一点上的电压被示出为向量v_αβ425。参见图1示出的三相电路(例如，逆变器100)能够被算术地转换以旋转三相系统(abc)的参照系到静止dq(αβ)参照系以通过将三相定子和转子量转换成单个旋转参照系以消除根据时间变化的感应来简化分析和控制。三相逆变器(例如，逆变器100)包括三个臂，每个臂具有两个可能的开关状态，它们导致开关状态的八种组合。开关状态通过表1所示的电压向量来表示，其中每个开关状态中的三相电压由三相转换而来并且最终的αβ电压在图4中被示出为电压向量V0410,V1401,V2402,V3403,V4404,V5405,V6406和V7407。也示出了运行扇区，包括向量V1401和V2402之间的扇区I411,向量V2402和V3403之间的扇区II412,向量V3403和V4404之间的扇区III413,向量V4404和V5405之间的扇区IV414,向量V5405和向量V6406之间的扇区V415以及向量V6406和向量V1401之间的扇区VI416。

表1

向量	SA	SB	SC
				V0	0	0	0
V1	1	0	0
				V2	1	1	0
V3	0	1	0
				V4	0	1	1
V5	0	0	1
				V6	1	0	1
V7	1	1	1

当在正速度条件下运行时，中间工作循环命令(工作A、工作B、工作C)和每个扇区的载波对齐(对齐)能够被确定为表2所示。

表2

扇区	工作A	工作B	工作C	对齐
					I	1.0	INT6	0.0	左
II	INT1	1.0	0.0	右
					III	0.0	1.0	INT2	左

IV	0.0	INT3	1.0	右
					V	INT4	0.0	1.0	左
VI	1.0	0.0	INT5	右

术语INT1、INT2、INT3、INT4、INT5和INT6表示计算中间任务命令的等式，如下所示，其中术语θv_αβ表示向量v_αβ425的电相角，ω·T_sw表示在一个开关周期过程中相角的增量。

$INT1:\frac{(\frac{1}{2}\·\mathrm{\π}-{\mathrm{\θ}}_{v_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}}})}{\mathrm{\ω}\·T_{sw}}---\[6\]$

$INT2:1-\frac{(\frac{5}{6}\·\mathrm{\π}-{\mathrm{\θ}}_{v_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}}})}{\mathrm{\ω}\·T_{sw}}---\[7\]$

$INT3:\frac{(\frac{7}{6}\·\mathrm{\π}-{\mathrm{\θ}}_{v_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}}})}{\mathrm{\ω}\·T_{sw}}---\[8\]$

$INT4:1-\frac{(\frac{3}{2}\·\mathrm{\π}-{\mathrm{\θ}}_{v_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}}})}{\mathrm{\ω}\·T_{sw}}---\[9\]$

$INT5:\frac{(\frac{11}{6}\·\mathrm{\π}-{\mathrm{\θ}}_{v_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}}})}{\mathrm{\ω}\·T_{sw}}---\[10\]$

$INT6:1-\frac{(\frac{1}{6}\·\mathrm{\π}-{\mathrm{\θ}}_{v_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}}})}{\mathrm{\ω}\·T_{sw}}---\[11\]$

当在负速度条件下运行时，中间工作循环命令(工作A、工作B、工作C)和每个扇区的载波对齐(对齐)能够被确定为表3所示。

表3

扇区	工作A	工作B	工作C	对齐
					I	1.0	0.0	INT12	左
II	1.0	INT7	0.0	右
					III	INT8	1.0	0.0	左
IV	0.0	1.0	INT9	右
					V	0.0	INT10	1.0	左
VI	INT11	0.0	1.0	右

术语INT7、INT8、INT9、INT10、INT11和INT12表示计算中间任务命令的等式，如下所示，其中术语θv_αβ表示向量v_αβ425的电相角，ω·T_sw表示在一个开关周期过程中相角的增量。

$INT7:\frac{(\frac{1}{6}\·\mathrm{\π}-{\mathrm{\θ}}_{v_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}}})}{\mathrm{\ω}\·T_{sw}}---\[12\]$

$INT8:1-\frac{(\frac{1}{2}\·\mathrm{\π}-{\mathrm{\θ}}_{v_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}}})}{\mathrm{\ω}\·T_{sw}}---\[13\]$

$INT9:\frac{(\frac{5}{6}\·\mathrm{\π}-{\mathrm{\θ}}_{v_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}}})}{\mathrm{\ω}\·T_{sw}}---\[14\]$

$INT10:1-\frac{(\frac{7}{6}\·\mathrm{\π}-{\mathrm{\θ}}_{v_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}}})}{\mathrm{\ω}\·T_{sw}}---\[15\]$

$INT11:\frac{(\frac{3}{2}\·\mathrm{\π}-{\mathrm{\θ}}_{v_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}}})}{\mathrm{\ω}\·T_{sw}}---\[16\]$

$INT12:1-\frac{(\frac{11}{6}\·\mathrm{\π}-{\mathrm{\θ}}_{v_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}}})}{\mathrm{\ω}\·T_{sw}}---\[17\]$

图5图示了用于在六步模式中频率同步的逆变器控制的逆变器控制例行程序500。逆变器控制例行程序500控制六步模式中的逆变器以同步六步模式的执行和电机的旋转。逆变器控制例行程序500能够被用以控制图1描述的逆变器100的实施例。表4是对应于逆变器控制例行程序500的图例，其中描述了数字标记的程序块以及对应的功能。

表4

逆变器控制例行程序500与执行六步模式以控制逆变器(502)相关，其包括监测电机的电压角(504)。监测电机的电压角能够包括在由电连接到控制器的模拟/数字转换器的预设采样频率驱动的预设样本率监测，或者监测以响应触发事件，比如霍尔效应传感器生成的或响应于另一个旋转位置传感器的升高的边缘信号或减小的边缘信号。逆变器在六步模式中运行，包括循环逆变器开关通过六个非零状态(每个转子周期一次)以在定子的每个线圈中产生AC电压和电流以命令开关以响应转矩命令(506)，并且命令在预设频率和预定对齐(508)的PWM载波以执行运行。例行程序确定是否接近开关中的一个中的阶梯跃变(510)。当电旋转相角接近感兴趣的旋转相角(如当PWM载波的接下来的循环的周期与感兴趣的相角中的一个重叠时，例如为30、90、150、210、270和330度的旋转相角)开关中的一个的阶梯跃变正在接近。

当开关中的一个的阶梯跃变接近(510)(1)时，正在跃变的开关的中间任务命令被确定，其中中间任务命令基于等式6到17中的一个而确定，并且根据接近相角和正在跃变的具体的开关确定具体的等式(512)。巧合地，载波对齐基于正在跃变的具体的开关的当前控制状态选择(514)。在一个实施例中，载波对齐和具体等式的选择根据感兴趣的旋转角选择，并且使用图4和表2和3关注特定的扇区。最终的中间任务命令和载波对齐被执行为在PWM载波的下一个循环过程中控制逆变器(516)并且该例行程序的重复结束(518)。

以这种方式，PWM逆变器能够在六步模式中运行以在通量弱化的区域中增加电机的转矩性能，产生相比于在SVPWM模式中运行增加的转矩输出量，包括在不改变采样频率的情况下同步六步PWM波形和电动机速度以避免相电流中的次谐波波纹。

这些详细的描述和图示或图形对于本发明来说是支持性的和描述性的，而本发明的范围仅由权利要求限定。虽然已经详细描述了用于实现本发明的最佳模式，但是本发明相关领域技术人员将意识到用于在所附权利要求范围内实施本发明的多种替代设计和实施例。

Claims (10)

1.一种用于控制逆变器的方法，所述逆变器操作性地电连接到多相AC电机，所述方法包括：

执行六步模式以控制所述逆变器；

以预设采样频率的监测电机的电压角；以及

当所述电压角接近与在所述六步模式中控制逆变器的多个开关中的一个相关联的阶梯跃变时：

生成用于所述开关中的一个的中间任务命令；

基于所述开关的一个的当前控制状态而对齐载波信号；以及

采用所述中间任务命令和对齐的载波信号来控制所述开关中的一个。

2.如权利要求1所述的方法，其中生成用于所述开关中的一个的中间任务命令包括：

确定在单个开关周期过程中的矢量角增量；

确定与所述电机的电压角相关联的矢量角；以及

基于在单个开关周期过程中的所述矢量角增量以及所述矢量角而确定所述开关中的一个的中间任务命令。

3.如权利要求1所述的方法，其中基于所述开关中的一个的当前控制状态对齐载波包括在用于命令所述逆变器的相关联的开关的PWM波形转变成OFF状态之前选择响应于所述中间任务命令的左对齐的载波波形。

4.如权利要求1所述的方法，其中基于所述开关中的一个的当前控制状态对齐载波包括在用于命令所述逆变器的相关联的开关的PWM波形转变成ON状态之前选择响应于所述中间任务命令的右对齐的载波波形。

5.如权利要求1所述的方法，还包括当所述电压角不接近与在所述六步模式中控制逆变器的多个开关中的一个相关联的阶梯跃变时，选择中心对齐的载波波形。

6.如权利要求1所述的方法，其中采用所述中间任务命令和对齐的载波信号控制所述开关中的一个包括采用所述中间任务命令和对齐的载波信号而控制所述开关中的一个，从而将所述六步模式的执行与所述电机的旋转同步。

7.一种用于控制电压源逆变器的方法，所述电压源逆变器包括操作性地电连接到永磁同步多相AC电机的相的多个臂，所述方法包括：

执行六步模式以响应转矩命令来控制所述逆变器；

以预设采样频率监测所述电机的旋转角；以及

当所述电压角接近与在所述六步模式中控制逆变器的臂中的一个相关联的阶梯跃变时：

生成用于所述臂中的一个的中间任务命令；

基于所述臂中的一个的当前控制状态而对齐载波信号；以及

采用所述中间任务命令和对齐的载波信号而控制所述臂中的一个。

8.如权利要求7所述的方法，其中生成用于所述开关中的一个的中间任务命令包括：

确定在单个开关周期过程中的矢量角增量；

确定与所述电机的电压角相关联的矢量角；以及

基于在单个开关周期过程中的所述矢量角增量和所述矢量角确定所述中间任务命令。

9.如权利要求7所述的方法，其中基于所述开关中的一个的当前控制状态对齐载波包括在用于命令与所述逆变器的相关联的臂的PWM波形转变成为0的控制状态之前选择响应于所述中间任务命令的左对齐载波波形。

10.如权利要求7所述的方法，其中基于所述开关中的一个的当前控制状态对齐载波包括在用于命令与所述逆变器的相关联的臂的PWM波形转变成为1的控制状态之前选择响应于所述中间任务命令的右对齐载波波形。