[发明专利]电动机模式控制

说明书

本发明涉及电动机模式控制。一种车辆包括一个或多个逆变器供电的电机，例如永磁同步电动机。根据电动机速度、电动机扭矩和逆变器输入电压，控制器以六步模式或PWM模式操作逆变器。选择操作模式的方法可基于转子速度与逆变器输入电压的比值来确定转换阈值，从而减小与多维查找表相关的近似误差。当所述速度和所述电压改变同时所述比值和所述扭矩保持恒定时，转换阈值不改变。因此，控制器保持在相同的模式。

技术领域

本公开涉及对电动机的控制。

背景技术

永磁同步电动机(PMSM)用于各种应用，其原因是相对于其他类型的电动机来说，PMSM通常具有良好的效率特性。通常，PMSM在定子内具有三个独立的电绕组，这三个独立的电绕组分别由交流(AC)电压V_a、V_b和V_c供电。在操作时，绕组电流I_a、I_b和I_c均以与转子速度成比例的频率振荡，且绕组电流I_a、I_b和I_c在相位上彼此分开120度。这些绕组电流感应出旋转磁场，所述旋转磁场可能与转子不同相。产生的轴扭矩取决于磁场的强度和相对于转子的相位角两者。

为了方便，绕组电压和电流可由关于与转子一起旋转的旋转参考系的矢量表示。转子位置和旋转参考系之间的映射取决于电动机中的极的数量。电压矢量具有直流分量V_d和正交分量V_q。类似地，电流矢量具有直流分量I_d和正交分量I_q。V_d、V_q、I_d和I_q不会基于转子位置而振荡。

在诸如电动车辆和混合动力电动车辆的特定应用中，可从不振荡的直流 (DC)电压源(例如，电池)获得电功率。因此，逆变器用于将不振荡电压 V_dc转换成三个振荡电压。逆变器包含离散数量的开关装置，因此，逆变器能够在三个电动机端子中的每个电动机端子处仅供应离散数量的电压电平。对于两电平逆变器来说，在任何时刻，开关装置都被设置为将三个AC电动机端子中的每个AC电动机端子电连接到正DC端子或负DC端子。因此，可获得8个开关状态。这些开关状态中的两个开关状态被称为零状态，在这两个开关状态下，所有的三个AC端子均连接到相同的DC端子。在其余的六个状态下，一个AC端子连接到DC端子中的一个，其他两个AC端子连接到相反的DC端子。逆变器能够在这8个状态之间快速地切换。

在图1中示出了典型的逆变器供电的PMSM的一些一般特性。在该图中，水平轴表示转子速度，竖直轴表示转子扭矩。操作区域取决于DC电压V_dc。如图所示，在参考DC电压时，正速度正扭矩操作区域可以以实线110、112 和114为边界。在低速时，最大可用扭矩可由最大绕组电流限制，如由线110 所指示的。线112指示在更高的速度时由电压限制的最大可用扭矩。在被称为拐点的点116处，电流和电压均处于其各自的最大值。虚线118指示在DC 电压高于参考DC电压时对应的界限。线114指示整体最大额定速度。

PMSM可产生正扭矩或负扭矩，且可沿着正方向或负方向旋转。在正速度负扭矩象限中，PMSM用作发电机将机械能转换成电能。在该象限中，虽然对应于电压限制的最小扭矩曲线可能不是线112的镜像，但是特性类似于在图 1中示出的特性。负速度区域紧密跟随围绕原点旋转180度的正速度区域。