CN109792222A - 用于切断机动车的电流激励式同步电机的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于切断机动车的电流激励式同步电机的方法，电流激励式同步电机具有转子(R)和定子(S)且通过功率电子装置供电，转子(R)通过功率电子装置的激励电路(20)供电，定子(S)通过功率电子装置的桥电路(30)供电。所述方法包括以下步骤：将用于转子(R)和定子(S)的电流输入中断；将激励电路(20)转换到第一空载位置中，使得包含在激励电路(20)以及转子(R)中的能量经由第一反馈装置(D2、D3)被供给到第一能量存储器(HVS1)中；将桥电路(30)转换到第二空载位置中，使得包含在桥电路(30)以及定子(S)中的能量经由第二反馈装置(D5‑D10)被供给到第二能量存储器(HVS2)中。

Description

用于切断机动车的电流激励式同步电机的方法
技术领域
本发明涉及一种用于切断机动车的电流激励式同步电机的方法，所述电流激励式同步电机具有转子和定子并且通过功率电子装置供电；涉及一种适合于实施所述方法的控制装置；以及涉及一种装备有该控制装置的机动车。
背景技术
电流激励式同步电机是永磁体激励式同步电机的一种令人感兴趣的替代方案，因为这样的无磁机器具有一些优点：在功率电子装置中受到干扰时在机轴上不出现制动力矩，在拖动已关断的机器时没有拖曳力矩，以及在转速提高时恒定的功率可供使用。此外，所需的材料非常好地可供使用，并且可实现相对低制造成本。
根据电流激励式同步电机的不同类型结构上的实施方案，在其切断时的操作方式也必须进行适配。尤其是也必须确保：这种电流激励式同步电机能够借助紧急切断装置被快速且可靠地关断，以提供保护防止接触危险电压、防止机器故障以及防止错误转矩。此外，必须确保：驱动器不会由于瞬时转矩被损坏，从而换流器不会由于定子中的瞬时电流被损坏并且在中间电路中的激励器不会由于转子中的瞬时电路被损坏，并且，用于去激励的时间常数设定为使得能避免低压电网中的损坏。
发明内容
本发明的任务在于，提出一种用于切断机动车的电流激励式同步电机的方法，该方法满足上面提到的要求并且该方法也适于(尽可能快的)紧急切断。此外，本发明的任务在于，提出一种适于实施所述方法控制装置。
所述任务通过一种根据权利要求1所述的方法和一种根据权利要求3所述的控制装置来解决。本发明的有利的扩展方案是从属权利要求的主题。
根据按照本发明的方法，为了切断电流激励式同步电机，转子以及定子与电源分开，并且设置用于给转子供电的激励电路和设置用于给定子供电的桥电路分别被转换到空载位置中，使得存储在所述电路中以及转子和定子中的能量被供给或者说反馈到能量存储器中。利用所述操作方式实现多个优点：不出现瞬时电流，不产生瞬时制动力矩(至少只要能量存储器的电压大于感应的线路电压)，并且去激励时间非常短。此外，可降低用于换流器的制造成本，因为这些构件不必接收瞬时电流。
有利的是，一方面用于转子和定子的电流输入并且另一方面将激励电路和桥电路转换到空载位置中同时进行或至少基本上同时进行。
在按照本发明的控制装置中设置有用于将用于转子和定子的电流输入中断的开关以及用于将激励电路和桥电路转换到各自空载位置中的开关。附加地，设置有第一反馈装置和第二反馈装置，在各自的空载位置中分别存储在激励电路以及转子中和在桥电路以及定子中的能量能通过所述反馈装置被供给或者说反馈到相应的能量存储器中。
能够特别简单且低成本地实现所述反馈装置，如果反馈装置由相应的空载二极管构成。
有利的是，所述两个能量存储器各自由一个高电压存储器构成。替代地，也可设置一个共同的高电压存储器，该高电压存储器用于接收来自转子和定子的能量。
有利地，所述能量存储器或高电压存储器各自由所述功率电子装置的整流器的一个中间电路电容器构成亦或由一个对于两个电路而言共同的中间电路电容器构成。替代中间电路电容器，也可使用蓄电池。
一种机动车也能被看作属于本发明，该机动车装备有电流激励式同步电机，该电流激励式同步电机尤其包括转子和定子。此外，这样的机动车具有功率电子装置，该功率电子装置具有用于给转子供电的激励电路和用于给定子供电的桥电路。此外，设置有能量存储器，该能量存储器规定用于接收来自功率电子装置、转子以及定子的能量。所述机动车的特征在于，该机动车包括根据前述按照本发明的控制装置，利用该控制装置能够实施已经说明的按照本发明的方法。与此对应地得出如与结合上述内容相同的或类似的优点，因此为了避免重复参见与按照本发明的方法以及按照本发明的控制装置相关的上述实施方式。
附图说明
下面借助附图示例性地阐释本发明的一种有利的实施形式。附图中：
图1示出按照本发明的用于电流激励式同步电机的控制装置的一种实施形式的等效电路图；
图2示出按照本发明切断的电流激励式同步电机对于定子的各相U、V、W以伏特为单位的相电压；
图3示出按照本发明切断的电流激励式同步电机对于定子的各相U、V、W以安培为单位的相电流；
图4示出按照本发明切断的电流激励式同步电机以安培为单位的转子电流；以及
图5示出按照本发明切断的电流激励式同步电机以牛顿米为单位的转矩。
具体实施方式
在图1中示意性地示出按照本发明的控制装置40的一种实施形式。所述控制装置40包括用于由第一高电压存储器HVS1给转子R供应电压和电流的激励电路20以及用于由第二高电压存储器HVS2给定子S供应电压和电流的桥电路30。因此，根据图1中的示图设置有两个不同的高电压存储器HVS1和HVS2。然而也可能的是，两个电路仅访问一个唯一的共同的高电压存储器。
在激励电路20中设置有两个晶体管Q1和Q2形式的开关，所述晶体管分别设置成与一个二极管D1或D4并联。所述晶体管Q1和Q2在正常运行中、即在转子R的电流供应期间同时进行节拍作用。当所述晶体管接通时，电流流动通过所述晶体管Q1和Q2。在晶体管Q1和Q2的切断阶段期间，电流流动通过两个空载二极管D2和D3。
对于切断转子R(为此也算紧急切断)来说，所述晶体管Q1和Q2不再受操控。为此，激励电路20被置于所谓的空载位置中。包含在转子R(以及必要时在激励电路20中)中的能量然后通过两个二极管D2和D3减少并且被供给或者说反馈到第一高电压存储器HVS1中。所造成的电流用粗的标绘线以及相应的箭头示意性地示出。换句话说，由此包含在转子R中的能量不会像在实施主动短路时那样通过电阻“被消耗”，而是被回收，这提高能效。可看出，所述两个二极管D2和D3用作用于将包含在转子R中的能量供给到第一高电压存储器HVS1中的反馈装置。此外可看出，所述两个晶体管Q1和Q2不仅用作用于关断转子R电流输入的开关而且用作用于将激励电路20转换到空载位置中。
在桥电路30中设置有六个晶体管Q3至Q8形式的开关，这些晶体管分别设置成与相应的二极管D5至D10并联。所述晶体管Q3至Q8在正常运行中、即在定子S的电流供应期间经由所述三条相导线U、V、W以对于整流器常见的方式由脉冲宽度调制的信号操控。在桥电路30中，当所述晶体管接通时，电流也流动通过所述晶体管Q3至Q8。在晶体管Q3至Q8的切断阶段期间，用作空载二极管的二极管D5至D10接收电流。
对于切断定子S(为此又算作紧急切断)来说，所有的晶体管Q3至Q8不再受操控，从而所述晶体管截止。为此，桥电路30被置于所谓的空载位置中。在此，晶体管Q3至Q8的截止应该与晶体管Q1和Q2的截止尽可能同时进行。包含在定子S(以及必要时在桥电路30中)中的能量然后在图1中示出的运行状态中通过三个二极管D5、D8和D9减少并且被供给或者说反馈到第二高电压存储器HVS2中。所造成的电流再次用粗的标绘线以及用对于三个相U、V、W而言相应的箭头示意性地示出。换句话说，由此包含在定子S中的能量不像在实施主动短路时那样通过电阻“被消耗”，而是被回收，这进一步提高能效。可看出，所述六个二极管D5至D10用作用于将包含在定子S中的能量供给到第二高电压存储器HVS2中的反馈装置。此外可看出，所述六个晶体管Q3至Q8不仅用作用于关断定子S电流输送的开关而且用作用于将桥电路30转换到空载位置中。
在图2至图5中分别给出电流激励式同步电机在正常运行中以及在时刻T＝0.01s之后进行按照本发明的切断的相关参量的示图。在此，在正常运行期间从下面的值出发：转矩M＝294Nm、定子电流IStator＝600Aeff(有效电流)、转子电流IRotor＝25A、转速n＝3000U/min。
图2示出对于(定子的)各相U、V、W以伏特为单位的相电压。
图3示出对于(定子的)各相U、V、W以安培为单位的相电流。
图4示出以安培为单位的转子电流。
图5示出以牛顿米为单位的转矩。
由前述说明结合附图可看出，按照本发明的用于(借助按照本发明的控制装置)切断电流激励式同步电机的方法避免瞬时电流和瞬时力矩并且以前述输出数据为基础能够在10ms内实现快速去激励。换句话说，关于转矩、定子电流和转子电流不会产生瞬时过冲。
根据在前的示图，所述开关分别由一个IGBT构成。可理解的是，取而代之地在没有一般性限制的情况下也可使用可用作开关的另外的功率晶体管。此外，所述两个高电压存储器HVS1和HVS2示出作为两个分开的构件；然而它们也可集成为一个唯一的构件，例如作为在功率电子装置的中间电路中的中间电路电容器。
可理解的是，在本发明中一方面已结合方法步骤描述的特征与另一方面已结合相应装置描述的特征之间存在关系。因此，即使没有明确提及，所描述的方法特征也被看作是本发明所包括的装置特征，并且反之亦然。
应确定，参照各实施形式或变型方案所描述的本发明特征、如各个电路部件的类型和构型以及其空间上的布置结构或实施各个方法步骤的准确模式也可存在于其它实施形式中，除非另有说明或出于技术原因本身禁止。此外，各实施形式的这种组合描述的特征并非都必须实现在一种相关实施形式中。

Claims (8)

1.用于切断机动车的电流激励式同步电机的方法，所述电流激励式同步电机具有转子(R)和定子(S)并且通过功率电子装置供电，其中，所述转子(R)通过所述功率电子装置的激励电路(20)供电并且所述定子(S)通过所述功率电子装置的桥电路(30)供电，所述方法包括以下步骤：
-将用于所述转子(R)和所述定子(S)的电流输入中断，
-将所述激励电路(20)转换到第一空载位置中，使得包含在激励电路(20)以及转子(R)中的能量经由第一反馈装置(D2、D3)被供给到第一能量存储器(HVS1)中，以及
-将所述桥电路(30)转换到第二空载位置中，使得包含在桥电路(30)以及定子(S)中的能量经由第二反馈装置(D5-D10)被供给到第二能量存储器(HVS2)中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，中断用于所述转子(R)和所述定子(S)的电流输入、将所述激励电路(20)转换到空载位置中以及将所述桥电路(30)转换到空载位置中至少基本上同时进行。
3.用于切断机动车的电流激励式同步电机的控制装置(40)，所述电流激励式同步电机具有转子(R)和定子(S)并且通过功率电子装置供电，其中，所述转子(R)通过所述功率电子装置的激励电路(20)供电并且所述定子(S)通过所述功率电子装置的桥电路(30)供电，所述控制装置包括：
-用于将用于所述转子(R)和所述定子(S)的电流输入中断的开关(Q1-Q8)，
-用于将所述激励电路(20)转换到第一空载位置中的开关(Q1、Q2)，
-第一反馈装置(D2、D3)，在第一空载位置中包含在激励电路(20)和转子(R)中的能量能通过该第一反馈装置被供给到第一能量存储器(HVS1)中，
-用于将所述桥电路(30)转换到第二空载位置中的开关(Q3-Q8)，以及
-第二反馈装置(D5-D10)，在第二空载位置中包含在桥电路(30)和定子(S)中的能量能通过该第二反馈装置被供给到第二能量存储器(HVS2)中。
4.根据权利要求3所述的控制装置(40)，其中，所述第一反馈装置(D2、D3)和所述第二反馈装置(D5-D10)由空载二极管构成。
5.根据权利要求3或4所述的控制装置(40)，其中，所述第一能量存储器(HVS1)和所述第二能量存储器(HVS2)各自由一个高电压存储器构成或者由一个共同的高电压存储器构成。
6.根据权利要求3至5之一所述的控制装置(40)，其中，所述第一能量存储器(HVS1)和所述第二能量存储器(HVS2)各自由所述功率电子装置的整流器的一个中间电路电容器构成或者由所述功率电子装置的整流器的一个共同的中间电路电容器构成。
7.根据权利要求3至5之一所述的控制装置(40)，其中，所述第一能量存储器(HVS1)和所述第二能量存储器(HVS2)各自由一个蓄电池构成或者由一个共同的蓄电池构成。
8.机动车，其具有：
-包括转子(R)和定子(S)的电流激励式同步电机，
-功率电子装置，该功率电子装置具有用于给转子(R)供电的激励电路(20)和用于给定子(S)供电的桥电路(30)，
-第一能量存储器(HVS1)，其用于接收能由激励电路(20)和转子(R)供给的能量，
-第二能量存储器(HVS2)，其用于接收能由桥电路(30)和定子(S)供给的能量，以及
-根据权利要求3至7之一所述的控制装置(40)。
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