CN108964572B - 一种用于电机主动短路控制的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电机主动短路控制的方法及系统，电机通过逆变器控制，控制方法包括：在第一时间段执行过渡操作，通过逆变器控制电机向主动短路状态过渡；在第一时间段后的第二时间段执行主动短路控制操作，通过逆变器控制电机进入主动短路状态；其中，第一时间段包括多个操作周期，每个操作周期包括第一阶段和第二阶段，在第一阶段内断开逆变器的所有开关元件，使逆变器处于开路状态，在第二阶段内导通逆变器的部分开关元件，使逆变器处于主动短路状态；整个第一时间段内，第一阶段的长度随操作周期逐渐缩短至第一预定值。与现有技术相比，本发明在避免主动短路的过电流的同时，尽可能少的依赖于传感器对电机的电流、电压、转速的测量结果。

Description

一种用于电机主动短路控制的方法及系统

技术领域

本发明涉及电机控制领域，尤其是涉及一种用于电机主动短路控制的方法及系统。

背景技术

在部分或完全由电力驱动的机动车中，电机(如永磁同步电机)可以作为混合动力汽车和电动汽车的的驱动系统。出于安全的原因，在电机控制系统出现故障时，电机需要进入安全状态，以保证车辆受控或者不会对驾乘人员造成伤害。而当电机控制器出现硬件或软件故障，电机的输出异常时，输出制动转矩或者驱动转矩都是非常危险的。所以目前在电动汽车中，通常要求电机在进入安全状态之后，关闭转矩输出，使车辆处于惯性滑行状态，从而驾驶员可以将车驶离车道以寻求帮助。电机控制器的故障一方面可能是由于针对电机可靠运行的控制元器件或传感器(如电流或转子位置、速度传感器)受到干扰或停止运转。另一方面，可能是由于车辆的供电中断导致的。在此时，电机的可靠运行模式是所谓的主动短路操作。在主动短路的条件下，电机的所有相端子都通过适当的开关元器件彼此电连接。

在现有的主动短路方案中，在逆变器接检测到故障收到主动短路。

目前对主动短路进行优化的研究有：

现有方案1：两个主动短路通道的办法，即将第一主动短路通道和第二主动短路通道分别连接不同的元件组，根据故障元件所在通道开通半导体开关管的下桥或者下桥以主动短路电机三相定子绕组。在主动短路之前，先将电机的转速降低到第一域值转速以内，避免半导体开关管反向耐压过高；在电机转速降低到第二域值转速时进入自由停车状态。此方法可以达到高速时良好的制动且低速时防止制动扭矩突变的效果，提高主动短路操作的可靠性，但没有涉及主动短路瞬间产生的电流很大的问题。

现有方案2：主动短路保护电路包括控制模块和逻辑电路。通过控制模块产生驱动使能信号和短路使能信号，逻辑电路在收到相应信号后，使三相输入线分别与六个功率开关器件的串联节点连接的三相电机短路，因此在电池出现短路、过压、过流、过热等故障时，可以通过将三相电机短路，使其与电池之间不再连通，这样即使三相电机会高速拖动也不会造成电池过压损坏。此方法通过增加保护电路，侧重于对电池电路故障的处理，而没有对主动短路本身过程进行优化。

现有方案3：一种使电机从正常运行平缓更换到主动短路的方法，首先以被限定的方式下调电机的控制电压到预先给定值，然后再进行电机相端子的短接。这种方法可以避免太大的过电流，但是需要得知电机位置信息，或者是对电机的端电压进行测量；同时，电压的输出依赖于SVPWM等复杂算法。

因此，存在以下用于电机运行设备和方法的需求：所需设备和方法使得能够在电机上可靠并安全地使主动短路运行开始，并且可以明显地抑制在电机开始主动短路时的过电流。并且，这种方法应当尽可能少的依赖于于任何传感器对电机的电流、电压、转速的测量结果。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于电机主动短路控制的方法及系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于电机主动短路控制的方法，所述的电机通过逆变器控制，所述的方法包括：

在第一时间段执行过渡操作，通过逆变器控制所述电机向主动短路状态过渡；

在所述的第一时间段后的第二时间段执行主动短路控制操作，通过逆变器控制所述电机进入主动短路状态；

其中，所述的第一时间段包括多个操作周期，所述的操作周期包括第一阶段和第二阶段，在所述的第一阶段内断开逆变器的所有开关元件，使所述的逆变器处于开路状态，在所述的第二阶段内导通逆变器的部分开关元件，使所述的逆变器处于主动短路状态；

整个第一时间段内，所述的第一阶段的长度随操作周期逐渐缩短至第一预定值。

在第二阶段内使逆变器处于主动短路状态通过如下任意一种方式实现：

方式一、在所述的多个操作周期的第二阶段导通逆变器上桥的开关，关闭逆变器下桥的开关；

方式二、在所述的多个操作周期的第二阶段关闭逆变器上桥的开关，导通逆变器下桥的开关；

方式三、在多个不同操作周期的第二阶段交替导通上桥和下桥的开关。

方式一具体通过如下方式实现：

将所述的逆变器下桥的开关断开，对逆变器上桥的开关施加PWM信号，使得逆变器上桥的开关在所述多个操作周期的第一阶段断开，在所述多个操作周期的第二阶段导通。

方式二具体通过如下方式实现：

将所述的逆变器上桥的开关断开，对逆变器下桥的开关施加PWM信号，使得逆变器下桥的开关在所述多个操作周期的第一阶段断开，在所述多个操作周期的第二阶段导通。

方式三具体通过如下方式实现：

向所述的逆变器上桥的开关施加第一PWM信号，向所述下桥的开关施加第二PWM信号，使得多个不同操作周期的第一阶段期间，所述的逆变器上桥和下桥的开关断开，在多个不同操作周期的第二阶段期间，所述的逆变器上桥和下桥的开关交替导通。

所述的第一时间段时长小于100毫秒。

任意相邻操作周期中开路时间比的变化量不大于第二预定值，所述的开路时间比为第一阶段与操作周期的时长之比。

第一时间段中操作周期的开路时间比的变化方式包括线性形式或指数形式，所述的开路时间比为第一阶段与操作周期的时长之比。

一种用于电机主动短路控制的系统，该系统包括逆变器和控制器，所述的控制器配置用于执行上述方法的程序。

一种用于电机主动短路控制的系统，该系统包括：

过渡操作模块：用于在第一时间段执行过渡操作，通过逆变器控制控制电机向主动短路状态过渡；

主动短路模块：用于在所述的第一时间段后的第二时间段执行主动短路控制操作，通过逆变器控制所述电机进入主动短路状态；

其中，第一时间段包括多个操作周期，所述操作周期包括第一阶段和第二阶段，第一阶段的长度随操作周期逐渐缩短至第一预定值；

所述的过渡操作模块包括：

开路子模块：用于在各操作周期的第一阶段内断开逆变器的所有开关元件，使所述的逆变器处于开路状态；

短路子模块：用于在各操作周期的第二阶段内导通逆变器的部分开关元件，使所述的逆变器处于主动短路状态。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明在电机被切换到主动短路之前增加了过渡操作，使电机进入了一种“开路”和“短路”混合的状态，而不是直接进入主动短路状态，因为在每个第一阶段中，上下桥都断开时，逆变器主要通过二极管进行续流，利用续流二极管的工作特性，在此状态下，逆变器所提供的电压矢量方向刚好与电机电流矢量的方向相反，因此，可以巧妙地起到抑制过电流的作用，而无需对电机的电流、位置、速度等信号进行采样；

(2)本发明第一阶段的长度随操作周期逐渐缩短至第一预定值，即开路状态的时间逐步减小，可以实现从过渡过程到完全短路的平滑切换，也避免了切换过程中过电流的出现；

(3)本发明任意相邻操作周期中开路时间比的变化量不大于第二预定值，即各操作周期中的开路时间是逐渐减小的从而，避免了在第一时间段的过渡操作期间，由于操作周期中第一阶段的时间长度减少得过快，从而达不到抑制过电流的目的的现象。

附图说明

图1为用于电机的电驱动设备的示意图；

图2为空转运行中的电驱动设备的示意图；

图3为一种形式的在主动短路状态下运行的电驱动设备的示意图；

图4为另一形式的在主动的短路状态下运行的电驱动设备的示意图；

图5为实施例1的用于电机主动短路控制系统的结构示意图；

图6为实施例1的用于电机主动短路控制的方法的流程框图；

图7为实施例1的用于电机主动短路控制的方法中各个周期的示图；

图8为在第一时间段执行过渡操作时，控制逆变器的多个开关的PWM波形的一个示例；

图9为在第一时间段执行过渡操作时，控制逆变器的多个开关的PWM波形的另一个示例；

图10为在第一时间段执行过渡操作时，控制逆变器的多个开关的PWM波形的另一个示例；

图11为实施例2用于电机主动短路控制的系统的结构框图。

图中，1为逆变器，2为驱动电机，11为控制器，12为电压传感器，1100为实施例2用于电机主动短路控制的系统，1110为过渡操作模块，1120为主动短路模块，1111为开路子模块，1112为短路子模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本发明并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本发明并不限定于以下的实施方式。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公布及其应用或使用的任何限制。基于本公布中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公布保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公布的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公布的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

首先，为了便于理解本公开的实施例，首先参考图1至图4说明用于驱动电机的电驱动设备。

图1示出了用于电机的电驱动系统的示意图。电驱动系统包括电机2和逆变器1。在此，逆变器1利用电能、优选地直流电压来馈给。直流电压例如可以源自电蓄能器(诸如电池)。在此，例如可以涉及电动车辆或者混合动力车辆的牵引电池。用于提供电压的可替换的可能性同样是可能的，例如也可以从交流电压电网取得电能并且借助于AC-DC转换器将电能转变为直流电压。

在受控运行中，逆变器1将在输入端上被提供的电能转换为适当的交流电压，并且在电机2的相端子上提供该交流电压。在此，在正常运行中可以设置在电机2的端子上的被提供的电的交流电压，使得所希望的转速或者所希望的转矩通过电机2被实现。为此，电驱动系统此外也还可以拥有一个或者多个传感器，一个或者多个传感器例如确定在电驱动系统之内的当前的转速、电压比或者相电流。接着，传感器值可以被控制器分析，并且于是可以基于给定值对逆变器1进行控制。

在这里所示出的实施例中，电机2是三相电动机。除此之外，具有其它数目的相端子的电机也同样是可能的。电机2例如可以是同步电机、优选地可以是永久励磁的同步电机。但是，除此之外，其它的电机(诸如异步电机等等)也同样是可能的。

在此，逆变器1包括多个开关元件10a-10f。因此，通过适当地操控开关元件10a-10f，逆变器1可以根据在控制器提供的电压命令，转换在电机2的端子上被提供的交流电压。按照各个开关元件10a-10f的操控，例如通过对开关元件10a-10f给定PWM信号，可以生成具有预先给定的幅度的交流电压。在此，这样产生的交流电压的幅度和相位可以根据电机2的要实现的转矩或要实现的转速而被调节。

开关元件10a-10f是半导体开关元件(诸如IGBT或者MOSFET)。除此之外，可以与开关元件10a-10f中的每个并联续流二极管。在半导体开关断开的情况下，由电机2驱动的电流必要时可以流经该续流二极管。

图2示出了在空转中的电驱动系统的示意图。在此，为了更好地图示，开关元件10a-10f只被示为简单的开关。在此，与图1类似地，开关元件10a-10f中的每个都可以是具有并联的续流二极管的半导体开关。在此，在图2中所示出的开关元件分别展示出相对应的开关元件10a-10f的状态。在此，在这里所示出的空转运行中，所有的开关元件10a-10f都被断开。在此，必要时，电流可以流经与开关元件10a-10f并行地被布置的续流二极管。

图3示出了按照第一种形式的电机2的主动短路控制的示意图。在该形式下，上面的三个开关元件10a，10b和10c闭合，而下面的三个开关元件10d-10f断开。因此，电机2的相端子通过三个开关元件10a-10c彼此电连接，即被短接。

图4示出了按照另一种形式的电机2的主动短路控制的示意图。在此，在该形式下，下面的开关元件10d、10e和10f闭合，而上面的三个开关元件10a-10c断开。因此，在该实施例中，电机2的相端子通过下面的三个开关元件10d-10f彼此电连接并且因此被短接。

实施例1

图5示出了用于电机主动短路控制系统的结构示意图。电驱动设备包括电机2，在此，电机2可以是之前已经被提到的电机、诸如同步电机(例如永久励磁的同步电机)或者可替换地也可以是异步电机或者类似的。在该实施例中，用于将电机2与逆变器1连接的端子的数量为三只是示例性的。除此之外，任意的其它数目的相端子同样是可能的。

如之前已经被描述的，电机2被逆变器1控制。在此，在正常运行中，逆变器1在电机2的相端子上分别提供适当的交流电压。以这种方式，电机2可以以预先给定的转速或者预先给定的转矩来运行。

如果在电驱动装置的运行期间发生故障情况，那么在此将电机2的相端子相互短接可以是必要的。为此，电机2可以按照图3或者图4通过逆变器1被置于主动短路，而这样可以使电机2进入安全状态。

如果通过逆变器1的控制器11或者通过外部的检查和/或控制设备(这里未示出)识别出这种要求主动短路的故障情况，那么电机2的相端子不会立即彼此电连接。逆变器1的控制器11探测到故障情况或者通过接口A获得主动短路的要求。此外，所述电驱动设备例如可具有测量在电机2的相端子上的电压的电压传感器12。这样被测量的电压值被提供给逆变器1的控制器11，在所述控制器11上，逆变器1在电机2的相端子上提供对应于所述电压值的交流电压。

从而，在上述电驱动设备的环境下，根据本实施例的一个方面，提供了一种电机的主动短路控制方法。其中，参考图1至图5所示，电机2通过逆变器1控制，逆变器1包括多个开关元件10a～10f，并且通过闭合多个开关元件中的部分开关元件能够实现电机的主动短路，方法可以通过控制器11执行。

如图6所示，一种用于电机主动短路控制的方法，该方法包括：

S602：在第一时间段执行过渡操作，通过逆变器控制所述电机向主动短路状态过渡；

S604：在所述的第一时间段后的第二时间段执行主动短路控制操作，通过逆变器控制所述电机进入主动短路状态。

其中，所述的第一时间段包括多个操作周期，所述的操作周期包括第一阶段和第二阶段，在所述的第一阶段内断开逆变器的所有开关元件，使所述的逆变器处于开路状态，在所述的第二阶段内导通逆变器的部分开关元件，使所述的逆变器处于主动短路状态；整个第一时间段内，所述的第一阶段的长度随操作周期逐渐缩短至第一预定值。

参考图7所示，为了避免从空转运行到主动短路的过程中出现危险的过电流。在进行主动短路控制操作之前的第一时间段执行过渡操作。并且进一步地，第一时间段内的过渡操作包括：在多个操作周期的第一阶段701中断开多个开关元件10a～10f，使逆变器1处于开路状态，并且在多个操作周期的第二阶段702内导通多个开关元件10a～10f中的部分开关元件，使得逆变器处于主动短路状态。并且参考图7所示，第一阶段701与第二阶段702彼此交错，并且第一阶段701的长度逐渐缩短至一个预定值(即，第一预定值)。

也就是说，在其中应该以预先给定的转速或者预先给定的转矩来使电机2运行的正常运行中，利用相对应的交流电压来操控电机2。如果这样被操控的电机2应该切换到主动短路，那么在出现相对应的事件(例如探测到故障情况或者直接要求主动短路)之后进入步骤S602，在随后的操作周期中，在逆变器的每一相桥臂中的主动短路驱动波形中，插入一定时间的开路状态，并逐渐减少开路状态的时间直至预先定义的值(优选的是0或接近0)，在步骤S604中,进入主动短路状态，实现电机端子的电连接。

从而在本实施例中，在电机被切换到主动短路之前，首先使电机进入了一种“开路”和“短路”混合的状态，而不是直接进入主动短路状态。因为在每个第一阶段中，上下桥都断开时，逆变器主要通过二极管进行续流，利用续流二极管的工作特性，在此状态下，逆变器所提供的电压矢量方向刚好与电机电流矢量的方向相反，因此，可以巧妙地起到抑制过电流的作用，而无需对电机的电流、位置、速度等信号进行采样。而通过调节上下桥臂同时关断的时间在在周期中所占比例的大小，使得这种抑制的效果是可控的。另一方面，通过逐渐减少开路状态的时间，可以实现从过渡过程到完全短路的平滑切换，也避免了切换过程中过电流的出现。

从而，本发明所提出的方法，无需对输出电压进行调制和计算，实施时不需要进行复杂的计算过程，在逆变器的控制系统出现故障时仍然可以简便而可靠地进行。

进而，在过渡到主动短路时减少最大电流使得不仅给操控电路而且给电机本身相对应地更有效地确定尺寸成为可能。除此之外,通过减小最大地出现的电流也提高了电机和操控电路的使用寿命并且因此增加了总系统的可用性。尤其是可以减小如下危险:由于过高的过电流而在更换到主动短路时在电机中发生了在该机器的转子中的磁体的去磁。在按照本发明的到主动短路的过渡中,在电机之内的和尤其是在电机的绕组中的机械负荷也下降。

此外，本领域技术人员应当清楚，尽管附图7中示出了在一个操作周期700中第一阶段701在第二阶段702之前，但是在一个操作周期中，第一阶段701也可以排在第二阶段702之后。此外，在一个操作周期中，还可以包括第一阶段701和第二阶段702之外的时间阶段。只要是在第二时间段的过渡操作期间交替地使逆变器1处于“开路状态”和“主动短路状态”，并且处于“开路状态”的时间(即第一阶段的时间)越来越短直至所述第一预定值即可。

可选地，在第二阶段内使逆变器处于主动短路状态通过如下任意一种方式实现：

方式一、在所述的多个操作周期的第二阶段导通逆变器上桥的开关，关闭逆变器下桥的开关；

方式二、在所述的多个操作周期的第二阶段关闭逆变器上桥的开关，导通逆变器下桥的开关；

方式三、在多个不同操作周期的第二阶段交替导通上桥和下桥的开关。

图3示出了按照方式一操作下的电机2的主动短路控制的示意图。在该形式下，上面的三个开关元件10a，10b和10c闭合，而下面的三个开关元件10d-10f断开。因此，电机2的相端子通过三个开关元件10a-10c彼此电连接，即被短接。

图4示出了按照方式二操作下的电机2的主动短路控制的示意图。在此，在该形式下，下面的开关元件10d、10e和10f闭合，而上面的三个开关元件10a-10c断开。因此，在该实施例中，电机2的相端子通过下面的三个开关元件10d-10f彼此电连接并且因此被短接。

此外，除了图3和图4所示的形式之外，还有一种形式的电机2的主动短路控制的示意图未在此示出。在此实施例中，逆变器的半导体开关10a和10d，10b和10e，10c和10f以互补的方式交替导通，且每一相上桥导通和下桥导通的时间长度之比是相同或接近的。在一个操作周期的第二阶段内，电机2的相端子先通过三个开关元件10a-10c彼此电连接进行短接，然后在下一个操作周期的第二阶段内通过10d-10f彼此电连接进行短接。

可选地，方式一具体通过如下方式实现：

将所述的逆变器下桥的开关断开，对逆变器上桥的开关施加PWM信号，使得逆变器上桥的开关在所述多个操作周期的第一阶段断开，在所述多个操作周期的第二阶段导通。

参见图8所示，图8示出了在第一时间段执行过渡操作时，控制逆变器的多个开关的PWM波形的一个示例。在图8中示出了控制U、V和W三相的上桥和下桥PWM波形。其中在图8中示出了T1、T2和T3三个区间的波形。

其中区间T1和T2分别对应于一个操作周期的第一阶段和第二阶段，区间T3对应于下一个操作周期的第一阶段。参见图8所示，在第一时间段执行过渡操作时，U、V和W三相的下桥的开关都是断开，而U、V和W三相的上桥的开关则根据PWM信号而断开和导通。其中，在区间T1(即，一个操作周期的第一阶段)，上桥开关是断开的，从而逆变器由于上下桥的开关均为断开的状态从而处于开路状态。在区间T2，U、V和W三相的上桥的开关都是导通的，下桥的开关都是断开的，从而逆变器处于主动短路状态。在区间T3(即，下一个操作周期的第一阶段)，上桥开关重新断开的，从而逆变器由于上下桥的开关均为断开的状态从而处于开路状态。

从而通过这种方式，本发明可以通过PWM调制来实现对上桥开关的控制。由于PWM调制可以通过对控制器进行编程的方式实现而不需要复杂的电路设计，因此能够以更加简便的手段实现第一时间段内的过渡操作。

可选地，方式二具体通过如下方式实现：

将所述的逆变器上桥的开关断开，对逆变器下桥的开关施加PWM信号，使得逆变器下桥的开关在所述多个操作周期的第一阶段断开，在所述多个操作周期的第二阶段导通。

在图9中示出了控制U、V和W三相的上桥和下桥PWM波形。其中在图9中示出了T1、T2和T3三个区间的波形。

其中区间T1和T2分别对应于一个操作周期的第一阶段和第二阶段，区间T3对应于下一个操作周期的第一阶段。参见图9所示，在第一时间段执行过渡操作时，U、V和W三相的上桥的开关都是断开，而U、V和W三相的下桥的开关则根据PWM信号而断开和导通。其中，在区间T1(即，一个操作周期的第一阶段)，下桥开关是断开的，从而逆变器由于上下桥的开关均为断开的状态从而处于开路状态。在区间T2，U、V和W三相的下桥的开关都是导通的，上桥的开关都是断开的，从而逆变器处于主动短路状态。在区间T3(即，下一个操作周期的第一阶段)，下桥开关重新断开的，从而逆变器由于上下桥的开关均为断开的状态从而处于开路状态。

从而通过这种方式，本发明可以通过PWM调制来实现对下桥开关的控制。由于PWM调制可以通过对控制器进行编程的方式实现而不需要复杂的电路设计，因此能够以更加简便的手段实现第一时间段内的过渡操作。

可选地，方式三具体通过如下方式实现：

向所述的逆变器上桥的开关施加第一PWM信号，向所述下桥的开关施加第二PWM信号，使得多个不同操作周期的第一阶段期间，所述的逆变器上桥和下桥的开关断开，在多个不同操作周期的第二阶段期间，所述的逆变器上桥和下桥的开关交替导通。

在图10中示出了控制U、V和W三相的上桥和下桥PWM波形。其中在图10中示出了T1、T2、T3以及T4四个区间的波形。

其中，区间T1和T2分别对应于一个操作周期的第一阶段和第二阶段，区间T3和T4分别对应于下一个操作周期的第一阶段和第二阶段。参见图10所示，在第一时间段执行过渡操作时，对U、V和W三相的上桥和下桥均施加PWM波形，从而控制U、V和W三相的上桥和下桥开关的断开与导通。

其中，在区间T1(即，一个操作周期的第一阶段)，逆变器的上桥和下桥的开关都是断开的，从而逆变器处于开路状态。在区间T2(即，一个操作周期的第二阶段)，逆变器的上桥的开关是导通的，但是逆变器的下桥的开关仍然是断开的，从而逆变器处于主动短路的状态。在区间T3(即，下一个操作周期的第一阶段)，逆变器上桥的开关重新断开的，从而逆变器由于上下桥的开关均为断开的状态从而处于开路状态。在区间T4(即，下一个操作周期的第二阶段)，逆变器下桥的开关导通而上桥仍处于断开状态，从而逆变器处于主动短路的状态。

从而通过这种方式，本发明可以通过PWM调制来实现对逆变器的上桥和下桥开关的控制，使得逆变器的上桥和下桥的开关交替导通使逆变器处于主动短路状态。由于PWM调制可以通过对控制器进行编程的方式实现而不需要复杂的电路设计，因此能够以更加简便的手段实现第一时间段内的过渡操作。

可选地，第一预定值为零，也就是说在过渡操作中，第一阶段701的长度逐渐缩短，最终可以缩短到零，从而可以顺畅地过渡到主动短路控制操作的阶段。使得整个逆变器的工作过程更加流畅，更好地抑制过电流的出现。此外，第一预定值也可以是接近零的值。只要能够在第一时间段的过渡操作中逐渐减少第一阶段701的长度从而达到抑制过电流的出现的目的即可。

可选地，第一时间段时长小于100毫秒(例如80毫秒、20毫秒、10毫秒、5毫秒或者是1毫秒等等)。以这种方式可以保证的是:在短时间之内可以实现主动短路，而且在故障发生后进入安全状态的时间延迟不大。

可选地，任意相邻操作周期中开路时间比的变化量不大于第二预定值，所述的开路时间比为第一阶段与操作周期的时长之比。即各操作周期中的开路时间是逐渐减小的从而，避免了在第一时间段的过渡操作期间，由于操作周期中第一阶段的时间长度减少得过快，从而达不到抑制过电流的目的的现象。

可选地，第一时间段中操作周期的开路时间比的变化方式包括线性形式或指数形式，所述的开路时间比为第一阶段与操作周期的时长之比。

具体地，如果在过渡到主动短路期间，以线性方式改变开路状态时间(即所述第一阶段的时间)占操作周期时间的比例，则开路时间占占操作周期时间的比例可以如下地被调节：

在此，k(t)是随时间变化的开路时间占操作周期时间的比例，k₀为起始开路时间占操作周期时间的比例，T是应该切换到主动短路的时间区间。

如果在过渡到主动短路期间，以指数方式改变开路状态时间占操作周期时间的比例，则开路时间占占操作周期时间的比例可以如下地被调节：

k(t)＝k₀e^-t/τ，

在此，k(t)是随时间变化的开路时间占操作周期时间的比例，k₀为起始开路时间占操作周期时间的比例，τ为设定的时间常数。

可选地，本实施例的方法还包括通过以下方式中的任意一种确定开路时间比的初始值：根据电机的端电压确定开路时间比的初始值；根据电机的转速确定开路时间比的初始值；根据预先确定的模型和估计值确定开路时间比的初始值；以及根据最后接收的关于转速的指令来确定开路时间比的初始值。

例如，可替换的，可以先对电机的端电压进行采样，根据端电压确定起始开路时间占PWM周期时间的比例，并从这个比例出发，逐步调整到主动短路状态。可替换的，也可以先对电机的转速进行采样，根据转速确定起始的开路时间占PWM周期时间的比例，并从这个比例出发，逐步调整到主动短路状态。除了以传感器技术测量电机2的转速以外，也可能是基于模型、估计值或者最后的转速命令来确定转速。用于确定的电机2的转速的其它的可能性同样是可能的。

在此，不需要对电机的转速、相电流等进行采样，但是可替换的也可能是：根据采样获得的关于电驱动系统的当前状态，进行调节。此外，也可能是从空转状态切换到主动短路。

从而，在已经首先确定并通过逆变器1设置包含开路状态的驱动波形之后,由逆变器1紧接着连续地将开路状态的时间降低到预先确定的值上。如果达到预先确定的值,然后逆变器1例如按照图3或者4切换到主动短路。

此外，参考图5所示，根据本实施例的另一个方面，还提供了用于电机主动短路控制的系统，包括：逆变器1，用于驱动电机2，逆变器1包括多个开关元件101a～101b；以及控制器11，用于通过逆变器1控制电机2，其中，控制器11还配置用于执行上述方法的程序。

通过本实施例提供的方案，无需对输出电压进行调制和计算，实施时不需要进行复杂的计算过程，在逆变器的控制系统出现故障时仍然可以简便而可靠地进行。

进而，在过渡到主动短路时减少最大电流使得不仅给操控电路而且给电机本身相对应地更有效地确定尺寸成为可能。除此之外,通过减小最大地出现的电流也提高了电机和操控电路的使用寿命并且因此增加了总系统的可用性。尤其是可以减小如下危险:由于过高的过电流而在更换到主动短路时在电机中发生了在该机器的转子中的磁体的去磁。在按照本发明的到主动短路的过渡中,在电机之内的和尤其是在电机的绕组中的机械负荷也下降。

实施例2

如图11所示，一种用于电机主动短路控制的系统1100，该系统包括：

过渡操作模块1110：用于在第一时间段执行过渡操作，通过逆变器控制控制电机向主动短路状态过渡；

主动短路模块1120：用于在所述的第一时间段后的第二时间段执行主动短路控制操作，通过逆变器控制所述电机进入主动短路状态；

其中，第一时间段包括多个操作周期，所述操作周期包括第一阶段和第二阶段，第一阶段的长度随操作周期逐渐缩短至第一预定值；

过渡操作模块1110包括：

开路子模块1111：用于在各操作周期的第一阶段内断开逆变器的所有开关元件，使所述的逆变器处于开路状态；

短路子模块1112：用于在各操作周期的第二阶段内导通逆变器的部分开关元件，使所述的逆变器处于主动短路状态。

可选地，短路子模块1112包括以下任意一项：第一导通单元，用于在多个操作周期的第二阶段导通上桥的开关；第二导通单元，用于在多个操作周期的第二阶段导通下桥的开关；以及第三导通单元，用于在多个不同操作周期的第二阶段交替导通上桥和下桥的开关。

可选地，第一导通单元包括：下桥断开子单元，用于将下桥的开关断开；以及PWM子单元，用于对上桥的开关施加PWM信号，使得上桥的开关在多个操作周期的第一阶段断开，在多个操作周期的第二阶段导通。

可选地，第二导通单元包括：上桥断开子单元，用于将上桥的开关断开；以及PWM子单元，用于对下桥的开关施加PWM信号，使得下桥的开关在多个操作周期的第一阶段断开，在多个操作周期的第二阶段导通。

可选地，第三导通单元包括：上桥PWM子单元，用于向上桥的开关施加第一PWM信号；以及下桥PWM子单元，用于向下桥的开关施加第二PWM信号。从而，使得多个不同操作周期的第一阶段期间上桥和下桥的开关断开，以及在多个不同操作周期的第二阶段期间，上桥和下桥的开关交替导通。

可选地，该控制设备1110还包括开路时间比初始化模块，用于通过以下方式中的任意一种确定开路时间比的初始值：根据电机的端电压确定开路时间比的初始值；根据电机的转速确定开路时间比的初始值；根据预先确定的模型和估计值确定开路时间比的初始值；以及根据最后接收的关于转速的指令来确定开路时间比的初始值。

上述本公布实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。在本公布的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

上述实施方式仅为例举，不表示对本发明范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离本发明技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。

Claims (8)

1.一种用于电机主动短路控制的方法，所述的电机通过逆变器控制，其特征在于，所述的方法包括：

在电机驱动装置的运行期间发生故障时，在第一时间段执行过渡操作，通过逆变器控制所述电机向主动短路状态过渡；

在所述的第一时间段后的第二时间段执行主动短路控制操作，通过逆变器控制所述电机进入主动短路状态；

其中，所述的第一时间段包括多个操作周期，所述的操作周期包括第一阶段和第二阶段，在所述的第一阶段内断开逆变器的所有开关元件，使所述的逆变器处于开路状态，在所述的第二阶段内导通逆变器的部分开关元件，使所述的逆变器处于主动短路状态；

整个第一时间段内，所述的第一阶段的长度随操作周期逐渐缩短至第一预定值；

任意相邻操作周期中开路时间比的变化量不大于第二预定值，所述的开路时间比为第一阶段与操作周期的时长之比，第一时间段中操作周期的开路时间比的变化方式包括线性形式或指数形式；

其中，在电机主动短路控制过程中无需对电机的电流、位置、速度信号进行采样。

2.根据权利要求1所述的一种用于电机主动短路控制的方法，其特征在于，在第二阶段内使逆变器处于主动短路状态通过如下任意一种方式实现：

方式一、在所述的多个操作周期的第二阶段导通逆变器上桥的开关，关闭逆变器下桥的开关；

方式二、在所述的多个操作周期的第二阶段关闭逆变器上桥的开关，导通逆变器下桥的开关；

方式三、在多个不同操作周期的第二阶段交替导通上桥和下桥的开关。

3.根据权利要求2所述的一种用于电机主动短路控制的方法，其特征在于，方式一具体通过如下方式实现：

将所述的逆变器下桥的开关断开，对逆变器上桥的开关施加PWM信号，使得逆变器上桥的开关在所述多个操作周期的第一阶段断开，在所述多个操作周期的第二阶段导通。

4.根据权利要求2所述的一种用于电机主动短路控制的方法，其特征在于，方式二具体通过如下方式实现：

将所述的逆变器上桥的开关断开，对逆变器下桥的开关施加PWM信号，使得逆变器下桥的开关在所述多个操作周期的第一阶段断开，在所述多个操作周期的第二阶段导通。

5.根据权利要求2所述的一种用于电机主动短路控制的方法，其特征在于，方式三具体通过如下方式实现：

向所述的逆变器上桥的开关施加第一PWM信号，向所述下桥的开关施加第二PWM信号，使得多个不同操作周期的第一阶段期间，所述的逆变器上桥和下桥的开关断开，在多个不同操作周期的第二阶段期间，所述的逆变器上桥和下桥的开关交替导通。

6.根据权利要求1所述的一种用于电机主动短路控制的方法，其特征在于，所述的第一时间段时长小于100毫秒。

7.一种用于电机主动短路控制的系统，该系统包括逆变器和控制器，其特征在于，所述的控制器配置用于执行权利要求1-6中任意一项所述的方法的程序。

8.一种用于电机主动短路控制的系统，其特征在于，该系统包括：

过渡操作模块：用于在电机驱动装置的运行期间发生故障时，在第一时间段执行过渡操作，通过逆变器控制控制电机向主动短路状态过渡；

主动短路模块：用于在所述的第一时间段后的第二时间段执行主动短路控制操作，通过逆变器控制所述电机进入主动短路状态；

其中，第一时间段包括多个操作周期，所述操作周期包括第一阶段和第二阶段，第一阶段的长度随操作周期逐渐缩短至第一预定值；

任意相邻操作周期中开路时间比的变化量不大于第二预定值，所述的开路时间比为第一阶段与操作周期的时长之比，第一时间段中操作周期的开路时间比的变化方式包括线性形式或指数形式；

所述的过渡操作模块包括：

开路子模块：用于在各操作周期的第一阶段内断开逆变器的所有开关元件，使所述的逆变器处于开路状态；

短路子模块：用于在各操作周期的第二阶段内导通逆变器的部分开关元件，使所述的逆变器处于主动短路状态；

其中，在电机主动短路控制过程中无需对电机的电流、位置、速度信号进行采样。

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