[发明专利]用于具有电流噪声抑制的AC马达的无传感器PWM控制的变速驱动器

说明书

一种变速驱动器，包括：输出端子；功率逆变器；驱动控制器以及电流传感器，其中驱动控制器包括：PWM发生器；控制法则模块；以及状态变量估计模块，PWM发生器基于控制信号与目标电压信号之间的偏差，计算状态变量估计支持信号；从逆变器控制信号中提取下一次换向的时序；以及将状态变量估计支持信号和换向时序输出到状态变量估计模块。状态变量估计模块基于状态变量估计支持信号和驱动电流强度信号来估计状态变量，其中驱动电流强度信号的、根据换向时序与功率逆变器的固态开关之一的换向对应的那些时间片段在状态变量估计中作为损坏的时间片段被丢弃；以及将状态变量估计输出到控制法则模块。还涉及一种电驱动组件和一种控制AC电动马达运行的方法。

于23.12.2020在美国专利商标局提交的美国临时实用专利申请US 63/130,079的全部内容在此通过引用并入本申请。

技术领域

本公开内容一般而言涉及马达控制领域。更精确地说，它涉及用于控制交流(AC)电动马达的运行的变速驱动器(VSD)。重点是依靠脉宽调制(PWM) 来连续控制受控AC马达的速度的VSD。

VSD通常用作工厂、设施、HVAC系统等中的工业驱动器，以控制专用于特定任务(诸如例如风扇的运行或负载的提升)的电动马达的例如位置、速度和/或扭矩。

背景技术

为了对AC马达执行闭环控制，VSD需要具有关于AC马达的运行状态的实时信息。例如，这个信息可能是马达转子的瞬时角位置和/或角速度。

VSD可以从布置在马达上的专用传感器获得这个信息并监视马达的运行状态。但是，为电动马达配备此类传感器增加了整个驱动组件的复杂性和尺寸。所需的传感器和传感器布线也增加了价格并降低了可靠性。

这就是所谓的“无传感器的”VSD变得越来越普遍的原因。在这些无传感器的VSD中，马达的运行状态是基于马达的驱动电流的测量来估计的。不使用附加的外部传感器。为了改进估计，特别是当马达以低速运行时，将外部高频探测信号注入马达的驱动电压是标准过程。

文档EP 3 709 500 A1提供了无传感器马达控制的示例，它依赖于高频探测信号的注入。

信号注入是一种有效的方法，但它是有代价的：它产生的纹波在实践中会产生令人不快的噪声并激发未建模的动态。特别地，在电动马达由PWM逆变器馈送的非常常见的情况下，注入的探测信号的频率可能不会像期望的那样高，以免干扰PWM(通常，在具有4kHzPWM频率的工业驱动器中它不能超过500Hz)。

在本申请的优先权日期之后发布的文档EP 3 799 293 A1描述了一种基于 PWM的变速驱动器，该驱动器具有无传感器的AC马达控制，该控制依赖于 PWM在测量电流中引起的伪影，而不是依赖于由外部探测信号引起的伪影，以改进对马达的运行状态的估计。

在其[0154]段和对应的附图中，EP 3 799 293 A1暗指在测得的电流中存在周期性的尖峰，这是PWM换向的结果。测得的电流中的这种PWM固有噪声阻碍了对马达的运行状态的估计。为了解决这个问题，EP 3 799 293 A1 教导了使用零相位移动平均值对测得的电流进行预过滤。

但是，这种预过滤必须离线完成，即，它不能实时完成，这意味着由EP 3 799 293A1教导的控制将受益于进一步的改进，使其更适合标准工业VSD。

发明内容

因而，本公开的目的是提供一种无需信号注入的基于PWM的无传感器的变速驱动器，其可以更容易地在工业规模上实现。

根据本公开，这个目的通过一种基于给定的控制法则(control law)的用于AC电动马达的运行的闭环控制的变速驱动器来实现，该变速驱动器包括：

-输出端子，用于向受控的AC电动马达递送受控的交流驱动电压；