CN115913005A - 一种励磁电流的控制装置、电励磁同步电机及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种励磁电流的控制装置、电励磁同步电机及控制方法，所述控制装置用于连接在单片机和励磁功率变换器之间，所述励磁功率变换器包括多个逆变器以及励磁绕组，所述装置包括：第一模块和第二模块；第一模块用于根据单片机输出的指令电流值和环宽值，确定滞环上限电压值和滞环下限电压值；第二模块用于将励磁绕组的激励电流转换为对应的激励电压，并基于激励电压与滞环上限电压值和滞环下限电压值之间的大小关系，驱动多个逆变器中的对应两个目标逆变器，以控制励磁绕组的电流在所述激励电压小于滞环下限电压值时增大，并在所述激励电压大于滞环上限电压值时减小。旨在提供一种容易操作且精准度高的励磁电流控制装置及控制方法。

Description

一种励磁电流的控制装置、电励磁同步电机及控制方法

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别是涉及一种励磁电流的控制装置、电励磁同步电机及控制方法。

背景技术

在新能源汽车中，电励磁同步电机由于励磁电流大小可以调节，因此可以同时通过调节定子和转子的电流来进行定子和转子磁场的调节，在相同规格的电机条件下，可以获得相较于永磁同步电机更大的启动转矩，达到更快地启动车辆和提速的效果。且电励磁同步电机的材料构成无稀土材料，因此在新能源汽车上的使用率越来越高。

目前的电励磁同步电机由单片机同时采集定子绕组电流和转子绕组电流，通过控制算法同时对定子绕组连接的主功率变换器和转子绕组连接的励磁功率变换器进行控制，这就要求单片机具有较高的配置和丰富的外设资源，目前的电励磁同步电机仍存在转子励磁绕组电流控制难度大、电流不稳定，导致电机扭矩精度变差的问题。

发明内容

本发明旨在提出一种励磁电流的控制装置、电励磁同步电机及控制方法，以解决目前转子励磁绕组电流控制难度大、电流不稳定，导致电机扭矩精度变差的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种励磁电流的控制装置，所述控制装置用于连接在单片机和励磁功率变换器之间，所述励磁功率变换器包括多个逆变器以及励磁绕组，所述装置包括：

第一模块和第二模块；

所述第一模块，用于根据所述单片机输出的指令电流值和环宽值，确定滞环上限电压值和滞环下限电压值；

所述第二模块，用于将励磁绕组的激励电流转换为对应的激励电压，并基于所述激励电压与所述滞环上限电压值和所述滞环下限电压值之间的大小关系，驱动所述多个逆变器中的对应两个目标逆变器，以控制所述励磁绕组的电流在所述激励电压小于所述滞环下限电压值时增大，并在所述激励电压大于所述滞环上限电压值时减小。

进一步地，所述第一模块包括：数模转换单元和运算单元；

所述数模转换单元包括第一数模转换器和第二数模转换器，所述运算单元包括减法器和加法器；

所述第一数模转换器，用于基于所述环宽值确定环宽电压值，所述第二数模转换器，用于基于所述指令电流值确定指令电压值；

所述减法器，用于基于所述指令电压值和所述环宽电压值确定所述滞环下限电压值；所述加法器，用于基于所述指令电压值和所述环宽电压值确定所述滞环上限电压值。

进一步地，所述第二模块包括：比较单元和驱动单元；

所述比较单元，用于比较所述激励电压分别与所述滞环上限电压值和所述滞环下限电压值之间的大小关系，并在所述激励电压小于所述滞环下限电压值，或者在所述激励电压大于所述滞环上限电压值的情况下输出电平信号至所述驱动单元；

所述驱动单元，用于响应于所述电平信号，导通所述多个逆变器中的两个所述目标逆变器，以控制所述励磁绕组的电流在所述激励电压小于所述滞环下限电压值时增大，在所述激励电压大于所述滞环上限电压值时减小。

进一步地，所述比较单元包括第一比较器和第二比较器；

其中，所述第一比较器，用于将所述激励电压与所述滞环下限电压值进行比较，在所述激励电压小于所述滞环下限电压值的情况下输出第一高电平信号至所述驱动单元，所述第一高电平信号用于导通所述多个逆变器中的两个第一目标逆变器，以控制所述励磁绕组的电流在所述激励电压小于所述滞环下限电压值时增大；

所述第二比较器，用于将所述激励电压与所述滞环上限电压值进行比较，在所述激励电压大于所述滞环上限电压值的情况下输出第二高电平信号至所述驱动单元，所述第二高电平信号用于导通所述多个逆变器中的两个第二目标逆变器，以控制所述励磁绕组的电流在所述激励电压大于所述滞环上限电压值时减小；

其中，所述第一目标逆变器不同于所述第二目标逆变器。

进一步地，所述驱动单元包括第一驱动器和第二驱动器；

所述第一驱动器，用于响应于所述第一比较器输出的第一高电平信号，导通所述多个逆变器中的对应两个所述第一目标逆变器；

所述第二驱动器，用于响应于所述第二比较器输出的第二高电平信号，导通所述多个逆变器中的对应两个所述第二目标逆变器。

进一步地，所述驱动单元还包括：逻辑锁存单元；

所述逻辑锁存单元的输入端与所述比较单元连接，输出端与所述驱动单元电连接，用于将所述比较单元的比较结果进行锁存。

进一步地，所述控制装置还包括温度检测模块，所述温度检测模块连接在所述单片机与所述励磁功率变换器之间；

所述温度检测模块，用于检测所述励磁功率变换器的温度并发送至所述单片机，以使所述单片机在所述温度超过预设温度的情况下，调整所述指令电流值和/或所述环宽值。

相对于现有技术，本发明所述的励磁电流的控制装置具有以下优势：

本发明通过所述控制装置用于连接在单片机和励磁功率变换器之间，所述励磁功率变换器包括多个逆变器以及励磁绕组，所述装置包括：第一模块和第二模块；所述第一模块，用于根据单片机输出的指令电流值和环宽值，确定滞环上限电压值和滞环下限电压值；所述第二模块，用于将励磁绕组的激励电流转换为对应的激励电压，并基于激励电压与滞环上限电压值和滞环下限电压值之间的大小关系，驱动多个逆变器中的对应两个目标逆变器，以控制所述磁绕组的电流在所述激励电压小于滞环下限电压值时增大，并在所述激励电压大于滞环上限电压值时减小。由于所述控制装置连接在单片机和励磁功率变换器之间，通过第一模块和第二模块承担励磁电流的控制作用，使得对于励磁电流的控制更加精准化和易操化。

本发明的另一目的在于提供一种电励磁同步电机，以解决目前转子励磁绕组电流控制难度大、电流不稳定，导致电机扭矩精度变差的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种电励磁同步电机，包括单片机、励磁功率变换器以及主功率变换器，其中，在所述单片机和所述励磁功率变换器之间连接上述任一所述的励磁电流控制装置。

进一步地，所述励磁电流控制装置包括第一驱动器和第二驱动器，所述励磁功率变换器包括逆变器Q1、逆变器Q2、逆变器Q3以及逆变器Q4；

所述第一驱动器连接逆变器Q1和逆变器Q4，所述第二驱动器连接逆变器Q2和逆变器Q3。

所述电励磁同步电机与励磁电流的控制装置相对于现有技术所具有的优势相同，在此不做赘述。

本发明的另一目的在于提供一种励磁电流的控制方法，以解决目前转子励磁绕组电流控制难度大、电流不稳定，导致电机扭矩精度变差的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种励磁电流的控制方法，应用于上述的电励磁同步电机；所述电励磁同步电机包括多个逆变器以及励磁绕组；所述方法包括：

将所述单片机输出的所述指令电流值转换为所述指令电压值，将所述单片机输出的所述环宽值转换为所述环宽电压值；

基于所述指令电压值和所述环宽电压值之和，确定所述滞环上限电压值，以及基于所述指令电压值和环宽电压值之差，确定所述滞环下限电压值；

获取所述励磁绕组的激励电压；

基于所述励磁绕组的激励电压与所述滞环上限电压值和所述滞环下限电压值之间的大小关系，驱动所述多个逆变器中的对应两个目标逆变器，以控制所述励磁绕组的电流在所述激励电压小于所述滞环下限电压值时增大，所述励磁绕组的电流在所述激励电压大于所述滞环上限电压值时减小。

所述励磁电流的控制方法与励磁电流的控制装置相对于现有技术所具有的优势相同，在此不做赘述。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了相关技术的电励磁同步电机的结构示意图；

图2示出了本发明实施例一的一种励磁电流的控制装置结构示意图；

图3示出了本发明实施例一的一种励磁电流的控制装置的第一模块结构示意图；

图4示出了本发明实施例一的励磁电流的控制装置的第二模块结构示意图；

图5示出了本发明实施例二的一种电励磁同步电机结构示意图；

图6示出了本发明实施例二的一种电励磁同步电机的励磁电流控制装置结构示意图；

图7示出了本发明实施例三的一种励磁电流的控制方法步骤流程图；

图8示出了本发明实施例三的一种励磁电流的控制装置框图；

附图标记说明：

PWM-脉冲宽度调制信号，Udc-直流输出电压，BT1-电源，S1~S6-开关器件，Q1~Q4-逆变器，Ie-电流，201-第一模块，202-第二模块，301-数模转换单元，302-运算单元，401-比较单元，402-驱动单元，501-单片机，502-励磁功率变换器，503-主功率变换器，504-励磁电流控制装置，601-第一驱动器，602-第二驱动器。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明的一种励磁电流的控制装置、电励磁同步电机及控制方法。

电励磁同步电机定子和转子均采用线圈绕组，定子线圈绕组和转子线圈绕组通电产生磁场，为转子线圈绕组提供电源称为励磁，转子绕组通过的电流可以称为励磁电流。

通过控制电励磁同步电机转子绕组的励磁电流大小可以控制转子产生的磁场的大小，与控制定子电流相结合产生瞬时转矩。转矩是指使机械元件转动的力矩，也可以称为扭矩，转矩是机械传动轴的基本载荷形式。

如图1所示，图1示出了相关技术的电励磁同步电机的结构示意图，如图1所示，由单片机、驱动器、定子绕组、励磁绕组、主功率变换器以及励磁功率变换器构成，其中，主功率变换器用于控制定子绕组电流，励磁功率变换器用于控制励磁绕组电流。主功率变换器包括多个开关器件S1~S6，励磁功率变换器包括有多个逆变器Q1~Q4。

逆变器是指将连接于绕组和电源、能够将直流电转换为交流电、且可以控制开关的器件。

单片机同时采集定子绕组电流和励磁绕组电流，通过控制算法计算后，单片机判断是否需要调整定子绕组电流和励磁绕组电流，在需要调整的情况下，单片机输出脉冲宽度调制信号PWM至主功率变换器和/或励磁功率变换器，以对主功率变换器的电源BT1输出的直流输出电压Udc和/或励磁功率变换器的电源输出的直流输出电压Udc进行调节，从而控制主功率变换器的开关器件S1~S6和/或励磁功率变换器的逆变器Q1~Q4的开关状态，以达到控制流过定子线圈的电流和/或流过励磁绕组的电流Ie的目的。

这样的控制结构就要求单片机具有较高的配置和丰富的外设资源，算法实现难度较大，且对于励磁电流的控制难度大，这就导致励磁电流不稳定，电机扭矩精度差。

有鉴于此，本发明实施例提供一种具有易操性和精准性的励磁电流控制装置、电励磁同步电机及控制方法。

实施例一

参照图2，图2示出了本发明实施例一的一种励磁电流的控制装置结构示意图，如图2所示，包括：

第一模块201，和第二模块202；

所述第一模块201，用于根据所述单片机输出的指令电流值和环宽值，确定滞环上限电压值和滞环下限电压值；

所述第二模块202，用于将励磁绕组的激励电流转换为对应的激励电压，并基于所述激励电压与所述滞环上限电压值和所述滞环下限电压值之间的大小关系，驱动所述多个逆变器中的对应两个目标逆变器，以控制所述励磁绕组的电流在所述激励电压小于所述滞环下限电压值时增大，并在所述激励电压大于所述滞环上限电压值时减小。

在一种具体实现中，所述控制装置用于连接在单片机和励磁功率变换器之间，所述励磁功率变换器包括多个逆变器以及励磁绕组。

电流滞环控制是一种将实际电流与给定电流范围相比较，超出范围则进行调整的控制方法。指令电流值是指给定的电流标准值，例如10A；环宽是指指令电流值的容许误差值，例如5A。给定的电流范围基于指令电流值和环宽计算得到，可以称为滞环上限值和滞环下限值

例如滞环上限值则为指令电流值10A与环宽5A之和15A，滞环下限值则为指令电流值10A与环宽5A之差5A。在实际电流超出滞环范围5A~15A的情况下，也就是小于5A和/或大于15A的情况下，对电流进行调整，使其始终处于给定的电流范围内。

在本发明的实施例中，由于检测励磁电流的传感器会将检测到的励磁电流值转换为等比例的电压值输出，为能够匹配励磁电流与给定电流范围，设置第一模块。

第一模块连接于单片机与第二模块之间，用于将指令电流值和环宽值转换为同样等比例的指令电压值和环宽电压值，基于指令电压值和环宽电压值，计算出滞环上限电压值和滞环下限电压值，并传输至第二模块。

励磁电流的控制装置还包括第二模块，第二模块连接于第一模块与励磁功率变换器之间，包括连接至励磁绕组的励磁电流检测单元，用于将励磁绕组的激励电流转换为对应的激励电压。

第二模块还用于将激励电压与滞环上限电压值和滞环下限电压值相比较，并基于激励电压与滞环上限电压值和滞环下限电压值之间的大小关系，驱动多个逆变器中的对应两个目标逆变器，以控制所述磁绕组的电流在所述激励电压小于滞环下限电压值时增大，并在所述激励电压大于滞环上限电压值时减小。

本发明实施例通过所述控制装置用于连接在单片机和励磁功率变换器之间，所述励磁功率变换器包括多个逆变器以及励磁绕组，所述装置包括：第一模块和第二模块；所述第一模块，用于根据单片机输出的指令电流值和环宽值，确定滞环上限电压值和滞环下限电压值；所述第二模块，用于将励磁绕组的激励电流转换为对应的激励电压，并基于激励电压与滞环上限电压值和滞环下限电压值之间的大小关系，驱动多个逆变器中的对应两个目标逆变器，以控制所述磁绕组的电流在所述激励电压小于滞环下限电压值时增大，并在所述激励电压大于滞环上限电压值时减小。由于所述控制装置连接在单片机和励磁功率变换器之间，通过第一模块和第二模块承担励磁电流的控制作用，使得对于励磁电流的控制更加精准化和易操化。

参照图3，图3示出了本发明实施例一的一种励磁电流的控制装置的第一模块结构示意图，如图3所示，包括：

数模转换单元301和运算单元302；

所述数模转换单元301包括第一数模转换器和第二数模转换器，所述运算单元302包括减法器和加法器；

所述第一数模转换器，用于基于所述环宽值确定环宽电压值，所述第二数模转换器，用于基于所述指令电流值确定指令电压值；

所述减法器，用于基于所述指令电压值和所述环宽电压值确定所述滞环下限电压值；所述加法器，用于基于所述指令电压值和所述环宽电压值确定所述滞环上限电压值。

在本发明的实施例中，数模转换单元连接在单片机与运算单元之间，接收到单片机发送的数据后，通过第一数模转换器将环宽值转换为环宽电压值，同时通过第二数模转换器将指令电流值转换为指令电压值，并将转换得到的环宽电压值和指令电压值传输至运算单元。

运算单元连接在数模转换单元与第二模块之间，在接收到环宽电压值和指令电压值后，通过减法器计算环宽电压值和指令电压值之差，并将得到的差值作为滞环下限电压值输出至第二模块。同时通过加法器计算环宽电压值和指令电压值之和，并将得到的和值作为滞环上限电压值输出至第二模块。

本发明实施例通过所述第一模块包括：数模转换单元和运算单元；所述数模转换单元包括第一数模转换器和第二数模转换器，所述运算单元包括减法器和加法器；所述第一数模转换器，用于基于所述环宽值确定环宽电压值，所述第二数模转换器，用于基于所述指令电流值确定指令电压值；所述减法器，用于基于所述指令电压值和所述环宽电压值确定所述滞环下限电压值，所述加法器，用于基于所述指令电压值和所述环宽电压值确定所述滞环上限电压值。由于通过数模转换单元和运算单元得到滞环上限电压值和滞环下限电压值，提供了励磁电流控制的范围基准。

参照图4，图4示出了本发明实施例一的励磁电流的控制装置的第二模块结构示意图，如图4所示，包括：

比较单元401和驱动单元402；

所述比较单元401，用于比较所述激励电压分别与所述滞环上限电压值和所述滞环下限电压值之间的大小关系，并在所述激励电压小于所述滞环下限电压值，或者在所述激励电压大于所述滞环上限电压值的情况下输出电平信号至所述驱动单元；

所述驱动单元402，用于响应于所述电平信号，导通和/或关断所述多个逆变器中的对应两个所述目标逆变器，以控制所述励磁绕组的电流在所述激励电压小于所述滞环下限电压值时增大，在所述激励电压大于所述滞环上限电压值时减小。

在本发明的实施例中，励磁电流的控制装置的第二模块包括比较单元和驱动单元。

比较单元连接于第一模块运算单元与驱动单元之间，比较单元同时接收运算单元输出的滞环上限电压值和滞环下限电压值，以及励磁电流检测单元输出的励磁绕组的激励电压，并将激励电压与滞环上限电压值和滞环下限电压值进行比较，在激励电压大于滞环上限电压值和/或小于滞环下限电压值的情况下，输出电平信号至驱动单元。

驱动单元连接于比较单元与励磁功率变换器之间，响应于所述电平信号，驱动励磁功率变换器中多个逆变器中的对应两个目标逆变器导通和/或关断，以控制所述磁绕组的电流在所述激励电压小于滞环下限电压值时增大，在所述激励电压大于滞环上限电压值时减小。

本发明实施例通过所述第二模块包括：比较单元和驱动单元；所述比较单元，用于比较激励电压与滞环上限电压值和滞环下限电压值之间的大小关系，并在所述励磁绕组的激励电压小于所述滞环下限电压值和/或大于所述滞环上限电压值的情况下输出电平信号至所述驱动单元；所述驱动单元，用于响应于所述电平信号，导通和/或关断所述多个逆变器中的对应两个目标逆变器，以控制所述磁绕组的电流在所述激励电压小于滞环下限电压值时增大，在所述激励电压大于滞环上限电压值时减小。

由于基于比较单元对于激励电压与滞环上限电压值和滞环下限电压值的大小的比较结果，驱动单元实行目标逆变器的导通和/或关断，由此来控制励磁绕组电流的大小，使得对于励磁电流大小的控制更加容易操作，也更加精准化。

在一种可选的实施例中，所述比较单元包括第一比较器和第二比较器。

所述第一比较器，用于将所述激励电压与所述滞环下限电压值进行比较，在所述激励电压小于所述滞环下限电压值的情况下输出第一高电平信号至所述驱动单元，所述第一高电平信号用于导通所述多个逆变器中的两个第一目标逆变器，以控制所述励磁绕组的电流在所述激励电压小于所述滞环下限电压值时增大；

所述第二比较器，用于将所述激励电压与所述滞环上限电压值进行比较，在所述激励电压大于所述滞环上限电压值的情况下输出第二高电平信号至所述驱动单元，所述第二高电平信号用于导通所述多个逆变器中的两个第二目标逆变器，以控制所述励磁绕组的电流在所述激励电压小于所述滞环下限电压值时增大。

在一种具体实现中，所述第一目标逆变器不同于所述第二目标逆变器。

在本发明的实施例中，比较单元包括第一比较器和第二比较器。

第一比较器同时接收运算单元输出的滞环下限电压值，和励磁电流检测单元输出的励磁绕组的激励电压，并将激励电压与滞环下限电压值进行比较。在激励电压小于滞环下限电压值的情况下，输出第一高电平信号至驱动单元；以使驱动单元驱动多个逆变器中的两个第一目标逆变器导通，通过励磁绕组的电流增大。

第二比较器同时接收运算单元输出的滞环上限电压值，和励磁电流检测单元输出的励磁绕组的激励电压，并将激励电压与滞环上限电压值进行比较。

当第二比较器在识别到激励电压大于滞环上限电压值的情况下，输出第二高电平信号至驱动单元。

驱动单元包含逻辑锁存单元，逻辑锁存单元对所述第一高电平信号和第二高电平信号进行锁存以及逻辑运算，基于所述逻辑运算结果，第一比较器输出第一低电平，经过逻辑锁存单元，以使驱动单元驱动多个逆变器中的两个第一目标逆变器关断。

然后逻辑锁存单元传输第二比较器输出的第二高电平信号至驱动单元，以使驱动单元驱动多个逆变器中的两个第二目标逆变器导通，通过励磁绕组的电流减小。

本发明实施例通过所述比较单元包括第一比较器和第二比较器；所述第一比较器，用于对所述激励电压与所述滞环下限电压值进行比较，在所述激励电压小于所述滞环下限电压值的情况下输出第一高电平信号至所述驱动单元，所述第一高电平信号用于导通所述多个逆变器中的两个第一目标逆变器，以控制所述励磁绕组的电流在所述激励电压小于所述滞环下限电压值时增大；所述第二比较器，用于对所述激励电压与所述滞环上限电压值进行比较，在所述激励电压大于所述滞环上限电压值的情况下输出第二高电平信号至所述驱动单元，所述第二高电平信号用于导通所述多个逆变器中的两个第二目标逆变器，以控制所述励磁绕组的电流在所述激励电压大于所述滞环上限电压值时减小。通过第一比较器和第二比较器输出电平信号至驱动器，实现对于励磁电流大小的调控，操作简单且精准度高。

在一种可选的实施例中，所述驱动单元包括第一驱动器和第二驱动器；

所述第一驱动器，用于响应于所述第一比较器输出的第一高电平信号，导通所述多个逆变器中的对应两个所述第一目标逆变器；

所述第二驱动器，用于响应于所述第二比较器输出的第二高电平信号，导通所述多个逆变器中的对应两个所述第二目标逆变器。

在本发明的实施例中，驱动单元包括第一驱动器和第二驱动器。

励磁功率变换器中包含多个逆变器，第一驱动器与两个第一目标逆变器相连接，第二驱动器与两个第二目标逆变器相连接。

在励磁绕组电流小于滞环下限电压值的情况下，第一比较器输出第一高电平，经过逻辑锁存单元到达第一驱动器，第一驱动器响应于该第一高电平信号，驱动励磁功率变换器中多个逆变器中的对应两个第一目标逆变器导通，使得励磁绕组电流增大。

当第二比较器在识别到激励电压大于滞环上限电压值时，第二比较器输出第二高电平，逻辑锁存单元对所述第一高电平信号和第二高电平信号进行锁存以及逻辑运算，基于所述逻辑运算结果，第一比较器输出第一低电平，经过逻辑锁存单元，以使第一驱动器驱动多个逆变器中的两个第一目标逆变器关断。

然后逻辑锁存单元传输第二比较器输出的第二高电平信号至第二驱动器，第二驱动器响应于第二比较器输出的第二高电平信号后，驱动励磁功率变换器中多个逆变器中的对应两个第二目标逆变器导通，使得励磁绕组电流减小。

本发明实施例通过所述驱动单元包括第一驱动器和第二驱动器；所述第一驱动器，用于响应于所述第一比较器输出的第一高电平信号，导通所述多个逆变器中的对应两个所述第一目标逆变器；所述第二驱动器，用于响应于所述第二比较器输出的第二高电平信号，导通所述多个逆变器中的对应两个所述第二目标逆变器。通过第一驱动器和第二驱动器基于电平信号驱动励磁功率变换器中的目标逆变器的开关状态，实现对于励磁电流大小的调控，操作简单且精准度高。

在一种可选的实施例中，所述驱动单元还包括：逻辑锁存单元；

所述逻辑锁存单元的输入端与所述比较单元连接，输出端与所述驱动单元电连接，用于将所述比较单元的比较结果进行锁存。

第二模块驱动单元还包括逻辑锁存单元，逻辑锁存单元连接在比较单元与驱动器之间，用于接收比较单元输出的比较结果，并将比较结果锁存。还用于将比较器输出的电平信号传输至驱动器。

逻辑锁存单元是指能够将电平信号锁存并在一段时间内维持该电平信号的存储电路器件。

在本发明的实施例中，逻辑锁存单元连接于比较单元和驱动器之间，比较单元基于励磁绕组的激励电压与滞环上限电压值、滞环下限电压值的比较结果输出电平信号后，逻辑锁存单元分别接收第一比较器和第二比较器的电平信号，并将所述电平信号分别锁存，并维持该电平信号持续传输至目标驱动器，使得目标驱动器在电平信号维持期间持续驱动两个目标逆变器导通或关断，直到下一个电平信号的到来，再重复执行上述动作。

在第一比较器得到励磁绕组的激励电压小于滞环下限电压值的结果的情况下，为控制励磁电流增大，输出第一高电平信号，逻辑锁存单元接收到该第一高电平信号进行锁存，并持续传输该第一高电平信号至第一驱动器，使得第一驱动器驱动第一目标逆变器持续导通，励磁电流持续增大。

当第二比较器检测到励磁绕组的激励电压大于滞环上限电压值后，为控制励磁电流减小，输出第二高电平信号至第二驱动器，逻辑锁存单元将该第二高电平信号锁存，并进行逻辑运算，基于所述运算结果，第一比较器输出第一低电平，以使第一驱动器驱动多个逆变器中的两个第一目标逆变器关断。

然后逻辑锁存单元传输第二比较器输出的第二高电平信号至第二驱动器，以使第二驱动器驱动多个逆变器中的两个第二目标逆变器导通，使得通过励磁绕组的电流减小。

当励磁电流对应的激励电压减小到小于滞环下限电压值时，第一比较器传输第一高电平信号至第一驱动器，由逻辑锁存单元进行锁存，第一驱动器驱动第一目标逆变器持续导通，使得励磁电流增大。

重复上述流程实现对励磁电流的控制。

本发明实施例通过所述驱动单元还包括：逻辑锁存单元；所述逻辑锁存单元的输入端与所述比较单元连接，输出端与所述驱动单元电连接，用于将所述比较单元的比较结果进行锁存。通过逻辑锁存单元使得电平信号能够在下一个电平信号到来期间持续输出，从而使得对励磁电流的控制稳定，防止逆变器开关状态频繁切换。

在一种可选的实施例中，所述励磁电流的控制装置还包括温度检测模块；

所述温度检测模块连接在所述单片机与所述励磁功率变换器之间；

所述温度检测模块用于检测所述励磁功率变换器的温度并发送至所述单片机，以使所述单片机在所述温度超过预设温度的情况下，调整所述指令电流值和/或所述环宽值。

在本发明的实施例中，励磁电流的控制装置还包括温度检测模块，所述温度检测模块连接在单片机与励磁功率变换器之间，实时测量励磁功率变换器的温度，并将测量到的温度发送至单片机，单片机接收到温度数据后，判断励磁功率变换器的温度是否超过预设值，若超过预设值，则可以认为励磁功率变换器过热，其中，过热的原因可能为逆变器的开关频率过于频繁，也可能为运行环境原因。为保护励磁功率变换器，单片机会对指令电流值和/或环宽值进行调整，以使励磁功率变换器温度下降。

本发明实施例通过所述励磁电流的控制装置还包括温度检测模块；所述温度检测模块连接在所述单片机与所述励磁功率变换器之间，用于检测所述励磁功率变换器的温度并发送至所述单片机，以使所述单片机在所述温度超过预设温度的情况下，调整所述指令电流值和/或所述环宽值。通过单片机在励磁功率变换器温度超过预设温度的情况下对指令电流值和/或环宽值进行调整达到对励磁功率变换器进行过热保护的目的。

实施例二

参照图5，图5示出了本发明实施例二的一种电励磁同步电机结构示意图，如图5所示，包括：

单片机501、励磁功率变换器502以及主功率变换器503。

在一种具体实现中，在单片机501和励磁功率变换器502之间连接上述实施例一中任一所述的励磁电流控制装置504。

本发明实施例二提供一种电励磁同步电机，电机中单片机连接励磁功率变换器和主功率变换器。励磁功率变换器用于控制励磁绕组电流大小，主功率变换器用于控制定子绕组电流大小。

在单片机与励磁功率变换器之间连接有励磁电流控制装置。

单片机在控制定子绕组电流时，对定子绕组电流实时采样，通过控制算法传输控制指令至主功率变换器，由此控制定子绕组电流大小。

单片机在控制励磁绕组电流大小时，无需再对励磁绕组电流进行采样，只需要发送指令电流值和环宽值至励磁电流控制装置，励磁电流控制装置设置有连接励磁绕组的电流检测模块，实现对励磁绕组电流的实时采样。

在执行对励磁绕组电流大小的控制时，励磁电流装置将单片机发送的指令电流值和环宽值转换为滞环上限电压值和滞环下限电压值，并将励磁绕组实际电流对应的激励电压值与滞环上限电压值和滞环下限电压值进行比较，在激励电压值大于滞环上限电压值的情况，驱动器驱动励磁功率变换器中的两个目标逆变器使励磁绕组电流减小；在激励电压值小于滞环下限电压值的情况，驱动器驱动励磁功率变换器中的两个目标逆变器使励磁绕组电流增大。

本发明实施例通过一种电励磁同步电机包括：单片机、励磁功率变换器以及主功率变换器，其中在单片机和励磁功率变换器之间连接上述实施例一中任一所述的励磁电流控制装置。使得单片机在控制励磁绕组电流大小时不再需要对其实时采样，只需发送指令电流值和环宽值至励磁电流控制装置，由励磁电流控制装置执行对励磁电流大小的控制，这样的控制方法对励磁电流的控制更加容易操作且精确度高，也减小了单片机的运行压力。

参照图6，图6示出了本发明实施例二的一种电励磁同步电机的励磁电流控制装置结构示意图，如图6所示，包括：

第一驱动器601和第二驱动器602；

所述励磁功率变换器502包括逆变器Q1、逆变器Q2、逆变器Q3以及逆变器Q4；

所述第一驱动器601连接逆变器Q1和逆变器Q4，所述第二驱动器602连接逆变器Q2和逆变器Q3。

在本发明的实施例中，电励磁同步电机配置有上述实施例一任一所述励磁控制装置，连接在单片机与励磁功率变换器之间。

励磁控制装置驱动单元包括第一驱动器和第二驱动器，分别与励磁功率变换器相连接。

励磁功率变换器上下两端连接电源正负极，左端连接励磁控制装置，右端连接励磁绕组。励磁功率变换器由多个逆变器组成，通过控制多个逆变器的开关状态，来控制励磁电流的大小。

第一驱动器与逆变器Q1和逆变器Q4连接，第二驱动器与逆变器Q2和Q3连接。

在一种具体实现中，在第一比较器输出第一高电平的情况下，第一驱动器驱动逆变器Q1和逆变器Q4导通，使得励磁绕组与电源正负极连通，通过励磁绕组的电流增大。在第一比较器输出第一低电平的情况下，第一驱动器驱动逆变器Q1和逆变器Q4关断。

在第二比较器输出第二高电平的情况下，第二驱动器驱动逆变器Q2和逆变器Q3导通，使得励磁绕组与电源正负极断开连接，使得通过励磁绕组的电流减小。在第二比较器输出第二低电平的情况下，第二驱动器驱动逆变器Q2和逆变器Q3关断。

本发明实施例通过所述励磁电流控制装置包括第一驱动器和第二驱动器，所述励磁功率变换器包括逆变器Q1、逆变器Q2、逆变器Q3以及逆变器Q4；所述第一驱动器连接逆变器Q1和逆变器Q4，所述第二驱动器连接逆变器Q2和逆变器Q3。通过多个驱动单元连接多个逆变器实现对励磁绕组电流的实时控制。

实施例三

参照图7，图7示出了本发明实施例三的一种励磁电流的控制方法步骤流程图，应用于实施例二所述的电励磁同步电机，所述电励磁同步电机包括多个逆变器以及励磁绕组；如图7所示，包括：

步骤S701：将所述单片机输出的所述指令电流值转换为所述指令电压值，将所述单片机输出的所述环宽值转换为所述环宽电压值。

首先，单片机输出指令电流值和环宽值。

第一数模转换器将单片机输出的环宽值按照一定比例转化为环宽电压值，第二数模转换器将单片机输出的指令电流值按照同样比例转化为指令电压值，转化比例在此不做限定。

然后执行步骤S702。

步骤S702：基于所述指令电压值和所述环宽电压值之和，确定所述滞环上限电压值，以及基于所述指令电压值和环宽电压值之差，确定所述滞环下限电压值。

运算单元加法器基于指令电压值和环宽电压值计算二者之和，并将和值作为滞环上限电压值。减法器基于指令电压值和环宽电压值计算二者之差，并将差值作为滞环下限电压值。

然后执行步骤S703。

步骤S703：获取所述励磁绕组的激励电压。

电流检测单元实时检测励磁绕组电流，并将其按照一定比例转化为激励电压值，发送至比较单元。

这里的转化比例与步骤S701中指令电流值和环宽值的转化比例一致。

然后执行步骤S704。

步骤S704：基于所述励磁绕组的激励电压与所述滞环上限电压值和所述滞环下限电压值之间的大小关系，驱动所述多个逆变器中的对应两个目标逆变器，以控制所述励磁绕组的电流在所述激励电压小于所述滞环下限电压值时增大，所述励磁绕组的电流在所述激励电压大于所述滞环上限电压值时减小。

第一比较器将励磁绕组的激励电压与滞环下限电压值进行比较，在所述激励电压小于滞环下限电压值的情况下，输出第一高电平信号，逻辑锁存单元将该第一高电平锁存，并传输至第一驱动器，使得第一驱动器驱动逆变器Q1和逆变器Q4持续导通，励磁电流增大。

当第二比较器检测到励磁绕组的激励电压大于滞环上限电压值后，输出第二高电平。逻辑锁存单元同时也对该第二高电平信号进行锁存，并基于锁存的数据进行逻辑运算，基于所述逻辑运算结果，第一比较器输出第一低电平至第一驱动器，使得第一驱动器驱动逆变器Q1和逆变器Q4关断。

然后逻辑锁存单元传输第二比较器输出的第二高电平信号至第二驱动器，使得第二驱动器驱动逆变器Q2和逆变器Q3持续导通，励磁电流减小。

在对于励磁电流大小的控制过程中，持续重复执行上述流程，使得励磁电流大小始终在滞环上限值和滞环下限值构成的范围内波动。

本发明实施例通过对单片机输出的指令电流值转换为指令电压值，对所述单片机输出的环宽值转换为环宽电压值；基于所述指令电压值和所述环宽电压值之和确定所述滞环上限电压值，以及基于所述指令电压值和环宽电压值之差确定所述滞环下限电压值；获取所述励磁绕组的激励电压；基于所述励磁绕组的激励电压与所述滞环上限电压值和所述滞环下限电压值之间的大小关系，驱动多个逆变器中的对应两个目标逆变器，以控制所述励磁绕组的电流在所述激励电压小于滞环下限电压值时增大，并在所述激励电压大于滞环上限电压值时减小。

由于将励磁绕组的激励电压与所述滞环上限电压值和滞环下限电压值进行比较，控制励磁绕组的电流在激励电压小于滞环下限电压值时增大，并在激励电压大于滞环上限电压值时减小，使得对于励磁电流的控制更加精准化和易操化。

下面以一个示例进行详细说明：

参照图8，图8示出了本发明实施例三的一种励磁电流的控制流程图，如图8所示，包括：

首先单片机发送指令电流值和环宽值至励磁电流控制装置的数模转换单元。

第一数模转换器将环宽值按照一定比例转化为环宽电压值，第二数模转换器将指令电流值按照同样的比例转化为环宽电压值，并发送至运算单元。

减法器计算环宽电压值与指令电压值之差，将差值作为滞环下限电压值；加法器计算环宽电压值与指令电压值之和，将和值作为滞环上限电压值。并发送至比较单元。

电流检测模块实时检测励磁电流，将检测到的励磁电流按照同样的比例转化为励磁绕组的激励电压值，并发送至比较单元。

第一比较器同时接收励磁绕组的激励电压值和滞环下限电压值，并将二者的大小进行比较，在所述激励电压小于滞环下限电压值的情况下，输出第一高电平信号，逻辑锁存单元接收到所述高电平信号进行锁存，并持续传输该高电平信号至第一驱动器，使得第一驱动器驱动逆变器Q1和逆变器Q4持续导通，励磁电流持续增大。

同时，第一比较器反馈输出了第一高电平的信号至第二比较器，第二比较器基于该信号，输出第二低电平至第二驱动器，使得第二驱动器驱动逆变器Q2和逆变器Q3关断。

然后第二比较器同样接收励磁绕组的激励电压值，以及滞环上限电压值，并将二者的大小进行比较，在所述激励电压大于滞环上限电压值时，输出第二高电平至第二驱动器，逻辑锁存单元将该高电平锁存，并持续传输至第二驱动器，使得第二驱动器驱动逆变器Q2和逆变器Q3持续导通，励磁电流持续减小。

同时，在逆变器Q2和逆变器Q3导通后，第二比较器反馈输出了第二高电平的信号至第一比较器，第一比较器基于该信号，输出第一低电平至第一驱动器，使得第一驱动器驱动逆变器Q1和逆变器Q4关断。

当励磁电流对应的激励电压减小到小于滞环下限电压值时，第一比较器传输第一高电平信号至第一驱动器，第一驱动器驱动逆变器Q1和逆变器Q4持续导通，使得励磁电流增大，同时第二比较器输出第二低电平，逻辑锁存单元将该低电平锁存，代替上一个第二高电平，并持续将该第二低电平传输至第二驱动器，第二驱动器驱动逆变器Q2和逆变器Q3保持关断。

在此同时，温度检测模块实时检测励磁功率变换器的温度，并将温度数据传输至单片机，单片机接收到温度数据后，判断励磁功率变换器的温度是否超过预设值，若超过预设值，则可以认为励磁功率变换器过热。为保护励磁功率变换器，单片机会对指令电流值和/或环宽值进行调整，以使励磁功率变换器温度下降。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和部件并不一定是本发明所必须的。

以上对本发明所提供的一种励磁电流控制装置、电励磁同步电机及控制方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种励磁电流的控制装置，其特征在于，所述控制装置用于连接在单片机和励磁功率变换器之间，所述励磁功率变换器包括多个逆变器以及励磁绕组，所述装置包括：第一模块和第二模块；

所述第一模块，用于根据所述单片机输出的指令电流值和环宽值，确定滞环上限电压值和滞环下限电压值；

所述第二模块，用于将所述励磁绕组的激励电流转换为对应的激励电压，并基于所述激励电压与所述滞环上限电压值和所述滞环下限电压值之间的大小关系，驱动所述多个逆变器中的对应两个目标逆变器，以控制所述励磁绕组的电流在所述激励电压小于所述滞环下限电压值时增大，并在所述激励电压大于所述滞环上限电压值时减小。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述第一模块包括：数模转换单元和运算单元；

所述数模转换单元包括第一数模转换器和第二数模转换器，所述运算单元包括减法器和加法器；

所述第一数模转换器，用于基于所述环宽值确定环宽电压值，所述第二数模转换器，用于基于所述指令电流值确定指令电压值；

所述减法器，用于基于所述指令电压值和所述环宽电压值确定所述滞环下限电压值；所述加法器，用于基于所述指令电压值和所述环宽电压值确定所述滞环上限电压值。

3.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述第二模块包括：比较单元和驱动单元；

所述比较单元，用于比较所述激励电压分别与所述滞环上限电压值和所述滞环下限电压值之间的大小关系，并在所述激励电压小于所述滞环下限电压值，或者在所述激励电压大于所述滞环上限电压值的情况下输出电平信号至所述驱动单元；

所述驱动单元，用于响应于所述电平信号，导通所述多个逆变器中的两个所述目标逆变器，以控制所述励磁绕组的电流在所述激励电压小于所述滞环下限电压值时增大，在所述激励电压大于所述滞环上限电压值时减小。

4.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于，所述比较单元包括第一比较器和第二比较器；

其中，所述第一比较器，用于将所述激励电压与所述滞环下限电压值进行比较，在所述激励电压小于所述滞环下限电压值的情况下输出第一高电平信号至所述驱动单元，所述第一高电平信号用于导通所述多个逆变器中的两个第一目标逆变器，以控制所述励磁绕组的电流在所述激励电压小于所述滞环下限电压值时增大；

所述第二比较器，用于将所述激励电压与所述滞环上限电压值进行比较，在所述激励电压大于所述滞环上限电压值的情况下输出第二高电平信号至所述驱动单元，所述第二高电平信号用于导通所述多个逆变器中的两个第二目标逆变器，以控制所述励磁绕组的电流在所述激励电压大于所述滞环上限电压值时减小；

其中，所述第一目标逆变器不同于所述第二目标逆变器。

5.根据权利要求4所述的控制装置，其特征在于，所述驱动单元包括第一驱动器和第二驱动器；

所述第一驱动器，用于响应于所述第一比较器输出的所述第一高电平信号，导通所述多个逆变器中的对应两个所述第一目标逆变器；

所述第二驱动器，用于响应于所述第二比较器输出的所述第二高电平信号，导通所述多个逆变器中的对应两个所述第二目标逆变器。

6.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于，所述驱动单元还包括：逻辑锁存单元；

所述逻辑锁存单元的输入端与所述比较单元连接，输出端与所述驱动单元电连接，用于将所述比较单元的比较结果进行锁存。

7.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括温度检测模块，所述温度检测模块连接在所述单片机与所述励磁功率变换器之间；

所述温度检测模块，用于检测所述励磁功率变换器的温度并发送至所述单片机，以使所述单片机在所述温度超过预设温度的情况下，调整所述指令电流值和/或所述环宽值。

8.一种电励磁同步电机，其特征在于，包括单片机、励磁功率变换器以及主功率变换器，其中，在所述单片机和所述励磁功率变换器之间连接权利要求1-7任一所述的励磁电流控制装置。

9.根据权利要求8所述的电励磁同步电机，其特征在于，所述励磁电流控制装置包括第一驱动器和第二驱动器，所述励磁功率变换器包括逆变器Q1、逆变器Q2、逆变器Q3以及逆变器Q4；

所述第一驱动器连接所述逆变器Q1和所述逆变器Q4，所述第二驱动器连接所述逆变器Q2和所述逆变器Q3。

10.一种励磁电流的控制方法，其特征在于，应用于权利要求8所述的电励磁同步电机；所述电励磁同步电机包括多个逆变器以及励磁绕组；所述方法包括：

将单片机输出的指令电流值转换为指令电压值，将所述单片机输出的环宽值转换为环宽电压值；

基于所述指令电压值和所述环宽电压值之和，确定滞环上限电压值，以及基于所述指令电压值和所述环宽电压值之差，确定滞环下限电压值；

获取所述励磁绕组的激励电压；

基于所述励磁绕组的激励电压与所述滞环上限电压值和所述滞环下限电压值之间的大小关系，驱动所述多个逆变器中的对应两个目标逆变器，以控制所述励磁绕组的电流在所述激励电压小于所述滞环下限电压值时增大，所述励磁绕组的电流在所述激励电压大于所述滞环上限电压值时减小。

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