[发明专利]电驱动功率响应管理系统和方法

说明书

技术领域

本专利公开内容主要涉及负载需求和功率生成平衡，并且更具体地涉及直接串联电驱动系统中的驱动系统上的功率生成输出的闭环调节。

背景技术

在采矿、重型建造、采石和其它应用中普遍使用重型机械，诸如非公路卡车。虽然传统上经由内燃机直接驱动这样的机械，但是这种系统的大量燃料消耗和机械复杂性已经促进对可替代的功率系统广泛探索。

使得与重型机械的使用相关联的效率得以提高的一项进展是在电驱动系统上采用交流电(AC)。用于机械的电驱动器系统通常包括在所需扭矩有选择地激活一个或者多个驱动电动机的功率电路。驱动电动机中的每个驱动电动机连接到操作用于推进机械的轮或者其它牵引设备。电驱动系统包括驱动交流发电机的原动机、例如内燃机。交流发电机产生经常被调节并且最终用来驱动电动机的电功率。电动机将电功率反向转换成驱动车轮并且推进车辆的机械功率。电驱动系统通常需要更少的维护，并因此具有更低的寿命周期成本。

然而存在与这种机械相关联的其它缺陷，这些缺陷需要关注以便提供最优化的机械操作。例如只要从地面施加应力(引起加速)来直接生成施加至引擎的负载，那么在传动驱动的车辆上的驱动系统固有地稳定。因此，随着车辆加速，负载可以稳定地增加。然而电驱动系统可以包括添加自由度的中间加载状态、电气系统。这一添加的自由度将断开在地面与引擎之间的机械连接、因此使系统更不稳定。例如可以用步进式的方式而不是与引擎驱动的机械通常经历的更平缓的方式来增加交流发电机上的负载并且因此增加主要功率源。所需功率的这样突然增加是更不容易适应的，并且在一些情况下可能使主要功率源或者交流发电机滞后或者忽略功率需求，或者确切的说出故障。尤其在非常或者异常的驱动状态、诸如车辆的骤然启动和停止之下，交流发电机的功率滞后问题可能变得明显。通过所公开的原理的方面来解决本领域的该情况中的这一以及其它缺点。

发明内容

本公开内容在一个方面中描述一种电驱动系统。该电驱动系统包括用于驱动至少部分由激励电压控制的电功率交流发电机的、燃料驱动的原动机。电功率交流发电机产生具有电压特性和电流特性的在DC链路上可用的电功率。一种用于管理交流发电机的响应的方法包括确定DC链路的电压和操作者的扭矩命令。该扭矩命令用来推导正被命令的机械功率。基于所推导的机械功率确定DC链路的期望电压，以及通过使用闭环控制器基于DC链路的期望电压而提供激励电压命令信号。基于激励电压命令信号向电功率交流发电机施加实际激励电压。

在另一方面中，本公开内容描述一种用于管理在电驱动系统内的功率生成响应的控制器。该电驱动系统包括用于驱动至少部分由激励电压控制的电功率交流发电机的、燃料驱动的原动机。电功率交流发电机产生具有电压特性和电流特性的在DC链路上可用的电功率。该控制器包括计算机可读介质上的计算机可执行指令。这些计算机可执行指令包括用于确定DC链路的电压的指令和用于确定电驱动系统的操作者的扭矩命令的指令。在操作期间执行用于基于扭矩命令推导正被命令的机械功率的指令和用于基于所推导的机械功率确定DC链路的期望电压的指令。在操作期间执行用于通过使用闭环控制器基于DC链路的期望电压而提供激励电压命令信号的指令和用于基于激励电压命令信号向电功率交流发电机施加实际激励电压的指令。

在又一方面中，公开内容描述一种计算机可读介质，该计算机可读介质上具有用于管理电驱动系统内的功率生成响应的计算机可执行指令。该电驱动系统包括用于驱动至少部分由激励电压控制的电功率交流发电机的、燃料驱动的原动机。电功率交流发电机产生具有电压特性和电流特性的在DC链路上可用的电功率。一种控制器包括在计算机可读介质上的计算机可执行指令。这些计算机可执行指令包括用于确定DC链路的电压的指令和用于确定电驱动系统的操作者的扭矩命令的指令。这些计算机可执行指令还包括用于基于扭矩命令推导正被命令的机械功率的指令和用于基于所推导的机械功率确定DC链路的期望电压的指令。在控制器中也包括用于通过使用闭环控制器基于DC链路的期望电压而提供激励电压命令信号的指令和用于基于激励电压命令信号向电功率交流发电机施加实际激励电压的指令。

附图说明

图1A和1B分别是根据公开内容的机械的前视图和侧视图。

图2是根据公开内容的用于机械的直接串联电驱动系统的框图表示。

图3是其中可以处置公开的原理的驱动系统的另一框图表示。

图4是用于在图3中所示驱动和减速系统中使用的功率电路的简化电路图。

图5是根据公开内容的用于驱动系统的电子控制器的框图。