专利名称：限制到有再生能力的功率输送系统的输入电压的系统和方法
技术领域：
本申请公开了通常且在各种实施例中涉及用于限制到具有再生能力的电源系统 的输入电压的系统和方法的发明。
背景技术：
诸如交流(AC)电动机驱动装置(drive)的功率输送系统(powerdelivery system)通常可用作全再生系统或非再生系统。对于非再生系统而言，输入功率从输入电源 流向负载，并且由负载产生的功率被阻止流回输入电源。在全再生系统中，输入功率从输入 电源流向负载，并且由负载产生的功率可流回输入电源。在本领域公知的是，这样的全再生系统包括有源前端以控制再生电流。然而，有源 前端可易于引起一定水平的输入AC功率失真。为了减少该失真并且平滑AC输入的每个支 线上的输入电流，还公知在AC输入的每个支线上利用线路电抗器。然而，这些线路电抗器 倾向于相对笨重并且是对失真问题的成本高的解决方案。对于许多应用而言，为了制动等仅要求负载产生的部分功率。对于这样的应用，再 生系统通常提供比所要求的更多的再生能力。因而，大多数再生系统对于要求有限再生能 力的应用而言不是非常有成本效益的。为了实现具有有限再生能力的驱动装置，公知的是利用再生电池和非再生电池的 组合来配置驱动装置。例如，美国专利申请第11/419，064号(‘064申请)公开了这样的 驱动装置。由‘064申请所公开的驱动装置可被配置成通过改变驱动装置中的再生电池相 对非再生电池的数目而具有变化的再生能力水平，并且每个再生电池可包括有源前端，该 有源前端包括通过脉宽调制控制的切换装置。尽管在‘064申请中所公开的驱动装置为要 求有限再生能力的应用提供了有成本效益的解决方案，但是为减少由不必要的有源前端所 造成的任何失真而对随其的线路电抗器的任何使用增加了系统的大小和成本。美国专利申请11/540，232(‘232申请)公开了一种用于平滑到具有再生能力的功 率输送系统的输入电流的方法，并且该方法的利用消除了对在再生电池的输入处使用线路 电抗器的需要。当利用该方法时，功率输送系统可被视为工作在六步模式(six step mode) 下。图1说明了可与在‘232申请中描述的方法一起利用的再生四象限电池的各种实 施例。再生电池的前端包括六个绝缘栅双极型晶体管(Qap，Qbp, Qcp, Qan, Qbn和Qcn)和 六个二极管。当驱动装置正在监控并且功率正从电池输入流到电池输出时，前端的续流二 极管正在传导电流。当驱动装置正在再生并且功率正从电池输出流到电池输入时，绝缘栅 双极型晶体管正在传导电流。当再生电池的前端正在六步模式下进行切换时，由于该方法的性质而不需要电池输入电抗器。当前端绝缘栅双极型晶体管正在六步模式下进行切换时，这些前端绝缘栅双极型晶体管接通或断开二极管在非再生电池的三相二极管整流器中 自然采用的通路。图2说明了图1的再生电池的前端的切换序列的各种实施例。如图2所示，在每 1/6基本循环(60度)中，一对绝缘栅双极型晶体管(一个来自上层桥而另一个来自下层 桥)被接通，这导致最高的线间电压被施加到直流(DC)总线。因此，基本循环(360度)能 够被认为是分成6个窗口，其中每个窗口为60度并且接通不同的绝缘栅双极型晶体管对。在六步模式下，电池的DC总线电压不受控制。因此，如果线路阻抗高并且驱动装 置正以其中原再生电流为最高的近额定速度大量地再生(输出转矩很高)，则驱动输入电 压可提高至其中电池中的一个或更多在DC总线过电压故障时跳闸的点。
发明内容
在一个一般方面中，本申请公开了一种用于限制到具有再生能力的功率输送系统 的输入电压的系统。根据各种实施例，该系统包括具有多个输入变量和至少一个输出变量 的调节器；以及与该调节器进行通信的累加器，其中该累加器预置调节器的输出来促进输 出，以及该累加器累计与多个输入变量有关的误差值并且促进调节器基于所累计的值对所 述至少一个输出变量的改变。在另一一般方面中，本申请公开了一种用于限制到具有再生能力的功率输送系统 的输入电压的方法。根据各种实施例，该方法包括确定驱动输入功率值；确定Arms值；基 于Arms值确定最大功率值；基于该最大功率值和该驱动输入功率值来确定误差值；并且基 于该误差值限制转矩参考值。本发明的各方面可由计算装置和/或存储在计算机可读介质上的计算机程序来 实施。计算机可读介质可包括磁盘、装置和/或传播的信号。
在此通过实例结合下图来描述本发明的各种实施例。图1说明了再生四象限电池的各种实施例；图2说明了图1的再生电池的前端的切换序列的各种实施例；图3说明了用于限制到具有再生能力的功率输送系统的输入电压的系统的各种 实施例；以及图4说明了用于限制到具有再生能力的功率输送系统的输入电压的方法的各种 实施例。
具体实施例方式在描述本方法、系统和资料之前，要理解本公开内容并不限于所描述的特定方法、 系统和资料，因为这些都可改变。还要理解，说明书中所用的术语是仅用于描述特定版本或 实施例，而不意欲限制范围。例如，如在此和在所附的权利要求书中所用的那样，除非上下 文另外清楚指出，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数引用物。另外，如在此所用的词 “包括”旨在意味着“包含但不限于”。除非另外说明，在此所用的所有技术和科学术语都具有与本领域普通技术人员所通常理解的意思相同的意思。图3说明了用于限制到具有再生能力的功率输送系统的输入电压的系统10的各 种实施例。根据各种实施例，该系统10可包括部分电源。例如，系统10可包括部分AC电 动机驱动装置。出于简明的原因，该系统10将参照三相驱动装置进行描述，并且该驱动装 置的输入和输出以单线格式(a single line format)示出。
该系统10包括调节器12，并且根据各种实施例，调节器12包括集成的累加器14。 调节器12和累加器14可以任何适当的方式(例如，硬件、软件、固件或其组合)来实施。还 应当注意，该累加器仅作为实例被示为调节器的组成部分。该调节器和累加器可被实施为 两个单独的部件。如图3所示，调节器12接收驱动输入功率反馈、输入功率参考以及缩放的 (scaled)转矩命令(例如Iqs Ref)。该驱动输入功率反馈可以任何适当的方式来获得。例 如，根据各种实施例，该驱动输入功率反馈可由电压衰减器和电流互感器从三条输入电力 线获得。该输入功率参考可为基于驱动输入电压的计算值。缩放的转矩命令可例如从驱动 装置的速度调节器接收到。根据各种实施例，到调节器12的每个输入被传到累加器14。累加器14处理这些 输入并且累计在输入信号中检测到的误差。该误差可指示输入功率参考或输入功率反馈的 波动。该累加器对误差求和，并且这个误差被用作用于确定调节器12输出什么值作为转 矩命令的因素。累加器的添加导致调节器被配置来限制转矩参考，该转矩参考控制到和来 自连接到驱动装置的电动机的转矩量。调节器12对转矩参考的限制引起再生功率经过驱 动装置流回，其进而影响由于在到驱动装置的输入线处的阻抗引起的到驱动装置的输入电 压。调节器12和累加器14的工作进一步在以下对图4的讨论中进行解释。图4说明了用于限制到具有再生能力的功率输送系统的输入电压的方法20的各 种实施例。该方法20可被用来限制再生电流所产生的驱动输入电压的上升，以便防止DC 总线过电压故障，直到驱动输出转矩被减小到不会导致过电压的点。一旦达到该点，由方法 20的操作所引起的转矩限制被消除并且全部制动转矩是可用的。系统10可被用来实施方 法20。根据各种实施例，为了加速调节器12的响应，可利用预置方案。当出现实施方法20 的条件但调节器12的输出并不控制驱动输出转矩参考时，累加器14可在那个时刻被预置 为驱动输出转矩参考。如图4所示，在块22的过程开始时，确定驱动装置是否工作在六步模式下。如果 驱动装置工作在六步模式下，则过程进行到块24，在块24确定驱动输入功率是否小于零。 如果驱动输入小于零，则过程进行到块26，在块26确定Erms (或输入电压)是否大于预定 值。尽管该预定值在块26被示为1. 08，但是要理解该预定值可为不同于1. 08的值。如果 在块22-26处所做的任意确定均不是肯定的，则该过程进行到块28，在块28，转矩电流的下 限被设置为IqMax。如果在块26确定Erms大于预定值，则该过程从块26进行到块30，在块30确定 最大功率值。最大功率值是基于Erms的。尽管最大功率值在块30中被示为是基于等式 [-8. 75*Erms+10. 5]的，但是要明白最大功率值能够基于与Erms有关的其它等式。从块30，过程进行到块32，在块32，最大功率值与基于驱动输入功率的值求和来 生成误差值。尽管基于驱动输入功率的值被示为是等于驱动输入功率乘以负一的值，但是要明白可利用其它驱动输入功率值。从块32，过程进行到块34，在块34确定误差值是否小于零。如果误差值不小于零，则过程从块34进行到块36，在块36，调节器12工作来设置转矩电流的下限。然而，如果在 块34确定误差值小于零，则过程从块34进行到块38，在块38确定下限的绝对值和转矩电 流参考的绝对值之间的差是否大于预定值。尽管该预定值在块38被示为0.01，但是要明白 可利用其它预定值。如果在块38确定该差不大于预定值，则过程从块38进行到块36，在块36，调节器 12如本文上面所述的那样工作。然而，如果在块38确定该差大于预定值，则过程从块38进 行到块40，在块40，累加器14被设置为转矩电流参考的绝对值。通过将累加器设置为转矩 电流参考的绝对值，累加器14用来促进调节器12的快速变化，例如转矩参考的即时变化。 从块40，过程进行到块36，在块36，调节器12如本文上面所描述的那样工作。应当注意，如图4所示的上述过程可由具有相关联的存储器的处理器执行。变量 (例如ERMS、Iqs ref)可被存储在存储器中并且因此由处理器处理来确定转矩参考的任何 适当变化。处理器可被配置来将该信息直接发送到如上所讨论的驱动控制器。虽然在此已经通过实例描述了本发明的若干实施例，但是本领域技术人员要明白 可实现对所述实施例的各种修改、更改和适配而不偏离由所附的权利要求书限定的本发明 的精神和范围。
权利要求
一种用于限制到具有再生能力的功率输送系统的输入电压的系统，该系统包括调节器，该调节器具有多个输入变量和至少一个输出变量；与调节器进行通信的累加器，该累加器被配置来在调节器处输出预置的输出变量，以促进在特定时刻在调节器处的更快输出，其中该累加器进一步被配置来累计与所述多个输入变量有关的值并且促进调节器基于所累计的值对所述至少一个输出变量的改变；以及与调节器进行通信的驱动控制器，该驱动控制器接收来自该调节器的输出变量并且响应于输出变量而执行特定功能。
2.权利要求1的系统，其中，所述累加器进一步累计与多个输入变量相关联的误差值。
3.权利要求2的系统，其中，所述误差值指示所述功率输送系统的电流性能。
4.权利要求1的系统，其中，所述多个输入值包括以下中的至少一个输入功率参考、 驱动输入功率反馈和转矩电流参考。
5.权利要求1的系统，其中，所述输出值包括输出转矩参考。
6.权利要求5的系统，其中，所述输出转矩参考被用来控制电动机。
7.权利要求1的系统，其中，所述累加器与所述调节器形成整体。
8.一种用于限制到具有再生能力的功率输送系统的输入电压的方法，该方法包括 确定驱动输入功率值；确定电压有效值；在调节器处，基于电压有效值确定最大功率值；从累加器输出预置的驱动输出转矩参考，以促进在特定时刻的来自调节器的输出变量；在累加器处基于该最大功率值和该驱动输入功率值来确定误差值并且将该误差值传 到调节器；在调节器处处理该误差值并且基于该误差值限制转矩参考值；以及 在驱动控制器处处理所述输出转矩参考并且响应于输出变量而执行特定功能。
9.权利要求8的方法，其中，进一步包括在累加器处在一段时间上对所述误差值进行 求和。
10.权利要求9的方法，其中，所述限制转矩参考值基于所述已求和的误差值。
11.权利要求8的方法，进一步包括确定所述转矩参考值的最大和最小水平。
12.权利要求11的方法，进一步包括对照预定误差值比较所述误差值，并且基于比较 的结果来限制转矩参考值。
13.一种用于限制到具有再生能力的功率输送系统的输入电压的系统，该系统包括 调节器，该调节器具有多个输入变量和至少一个输出变量，其中该调节器基于所述多个输入值确定最大功率值；与调节器进行通信的累加器，该累加器被配置来在调节器处输出预置的输出变量，以 促进在特定时刻在调节器处的更快输出，其中该累加器进一步被配置来累计与所述多个输 入变量有关的值并且促进调节器基于所累计的值对所述至少一个输出变量的改变；以及与调节器进行通信的驱动控制器，该驱动控制器接收来自调节器的输出变量并且响应 于输出变量而执行特定功能。
14.权利要求13的系统，其中，所述多个输入值包括以下中的至少一个输入功率参考、驱动输入功率反馈和转矩电流参考。
15.权利要求13的系统，其中，所述输出值包括输出转矩参考。
16.权利要求15的系统，其中，所述输出转矩参考被用来控制电动机。
17.权利要求13的系统，其中，所述累加器与所述调节器形成整体。
全文摘要
用于限制到具有再生能力的功率输送系统的输入电压的系统和方法。根据各个实施例，该系统包括具有多个输入变量和至少一个输出变量的调节器；以及与该调节器进行通信的累加器，其中该累加器预置调节器的输出以促进快速输出，以及该累加器累计与多个输入变量有关的误差值并且促进调节器基于所累计的值对所述至少一个输出变量的改变。
文档编号H02M7/49GK101849346SQ200880023286
公开日2010年9月29日 申请日期2008年7月7日 优先权日2007年7月5日
发明者J·C·布斯菲尔德, R·加约, X·张 申请人:西门子工业公司