专利名称：电动机系统中的dc母线放电的制作方法
技术领域：
图1示出根据本发明实施例的电动机系统的方框图； 图3示出用于根据本发明实施例的图1的电动机系统的 放电操作信号发生器的开关向量方案； 图5示出通过根据本发明实施例的图1的电动机系统的 放电操作信号发生器使DC母线放电的曲线图。
具体实施例方式参考图1,根据本发明实施例的电动机系统100包括响应 于从电机控制电路120 (例如逆变器)的信号进行操作的三相电动机
iio (例如感应式电机或永》兹电动机)。为电动才几no提供电气控制的
逆变器120连接在功率源140的直流(DC)母线线路135之间。逆变 器120包括开关122-1 27并且响应于来自处理器170的操作控制信号 操作以给电机110的每一相或电机绕组115提供电压，开关对122/125, 123/126和124/127中的每一对形成逆变器120的相脚。除了逆变器 120中描述的开关电路外，开关122-127可由晶体管(例如绝缘门双极 晶体管(IGBT))替代实施。
DC母线电容器145连接在DC母线线路1 35之间用于保护 逆变器120和功率源140。解析器160 (或者类似的感测设备或虚拟软 件等同物)连接到电机110用于测量电机转子位置和检测电机速度。 解析器到数字的转换器165将来自解析器160的信号转换为数字信号 并且将电机110的转子的角位置和检测的速度的那些数字表示提供给 处理器170。 根据本发明实施例的处理器170还包括放电操作信号发 生器174,所述放电操作信号发生器174用于当DC母线135断电时通 过被动负载使DC母线电容器145放电，所述被动负载包括电机110的 电机绕组115和逆变器120的能量损耗。响应于接收来自更高水平控 制器的预定放电信号，放电操作信号发生器174产生被动负载放电操 作控制信号以在电机绕组115中产生紋波电流从而响应于检测到预定 放电信号通过被动负载耗散来自DC母线135的能量。被动负载放电操 作控制信号从放电操作信号发生器174提供到输出处理机176。 取决于扭矩指令的操作信号发生器172还提供操作控制 信号给输出处理机176。输出处理机通常将来自取决于扭矩指令的操作 信号发生器172的操作控制信号提供给处理器170的输出。响应于接 收预定放电信号，放电操作信号发生器174将线路178上的信号提供 给输出处理机176以阻止来自取决于扭矩指令的操作信号发生器172 的操作控制信号，并且取代之以将来自放电操作信号发生器174的被 动负载放电操作控制信号提供给处理器170的输出。
通过由放电操作信号发生器174产生的被动负载放电操 作控制信号将电动机11 0的相电流控制到调节的幅值，来自DC母线1 35 的能量被耗散在电动机110的电机绕组115和电机控制电路120的逆 变器损耗中。因为电机绕组115中的调节的相电流(即，由放电操作 控制信号调节的相电流)的目的是使DC母线135放电，所以电动机110 如同其作为被动负载而不在其中产生扭矩一样被控制。在这种方式下，
现有的电路(即，处理器170)被应用以执行DC母线135 (包括DC母 线电容器145 )的放电。 通过响应于向量对202/208, 204/210， 206/212, 214/216 产生放电操作控制信号，放电操作信号发生器174将紋波电流有益地 引入到逆变器中以使DC母线135放电，而不需要有关电机110的负载 的转子位置的任何信息(即，不需要感测电流Ia， Ib, I。或来自解析 器到数字的转换器165的信号的任何信息(例如er或cor))。图3示出根据本发明实施例的用于由放电操作信号发生 器174产生的放电操作控制信号的开关向量方案300。如上所述，调节 主动状态和零状态的占空比能够将希望的输出电压应用到被动负载 (即，电机IIO)。适当的开关序列将从主动开关向量的组合生成零向量。例如，使用具有相同占空比的向量V, 202和向量、208的序列在 电机110中生成紋波电流的同时在开关周期上将生成零平均值电压， 因为应用到电机110的电压在瞬时基础上不为零。对于永石兹电才几110
放电操作控制信号^入紋波电流很好地工作在零速度和低速；对于感 应电机110来说，通过产生这样的放电操作控制信号引入紋波电流工 作在感应电机110的整个速度范围。 开关向量方案300是示范性方案，其应用开关序列302, 304, 306以从主动开关向量V〗2 02， V2 2 04， V3 2 06， V4 2 08， V5 210, V6 212 的组合202/208， 21 0/204， 206/212生成零向量从而在电机110中引入 紋波电流。当使用开关向量方案300产生放电操作控制信号时没有平 均扭矩由电机110产生。电机110中的不产生扭矩的紋波电流在电机 绕组115中和在逆变器120中产生系统损耗，该系统损耗使得DC母线 电容器145能够放电而不需要阻抗元件。 放电操作信号和线路178上的信号408 —起被提供406 给输出处理机176以给输出处理机176发信号从而阻止来自取决于扭 矩指令的搡作信号发生器172的操作控制信号流，并且取代之以将来 自放电操作信号发生器174的放电操作信号提供给处理器170的输出。 在步骤408处在提供给输出处理机的信号的控制下连续提供来自处理 器170输出的放电操作信号，直到放电操作信号发生器174不再检测 到402预定的放电信号为止。当不再检测到402预定的放电信号时， 放电操作信号发生器174停止410提供线路178上的信号给输出处理 机，因此允许处理器170在处理器170的输出处提供来自取决于扭矩 指令的操作信号发生器172的操作控制信号。
[0028参考图5，根据本发明实施例的通过放电操作信号发生器 174对DC母线135放电的曲线图500示出了在电机110 (例如内部永 磁电机)低速时的放电时间502。所测量的放电时间大约是45毫秒 (45ms),放电时间稍微比大多数主动放电方法慢，所述主动放电方 法例如为使带有专用电路(包括相当大的电阻器和其它阻抗元件)的 DC母线135放电。然而，虽然提供了可能比典型主动放电方法慢的放
使DC母线135放电的设备，而不需要单独的放电电路、不需要单独的 阻抗元件以及不需要了解解析器160的位置或速度信息或电机110的 相电流。
[0029虽然在前面的详细描述中描述了至少一个示范性实施 例，但是应当知道存在大量的变形。还应当知道一个示范性实施例或 多个示范性实施例仅仅是例子，并不旨在以任何方式限制本发明的范 围、适用性或构造。相反，前面的详细描述将为本领域技术人员提供 方便的指引以实施一个示范性实施例或多个示范性实施例。应当理解 在不偏离由附加的权利要求及其合法等同方案阐明的本发明的范围下 可以做出元件的功能和布置的各种变化。
权利要求
1. 一种用于对给电动机系统中的电机控制电路提供功率的直流(DC)母线放电的方法，所述方法包括下述步骤检测预定的放电信号；响应于检测到所述预定的放电信号而产生用于在电动机系统的电动机的电机绕组中产生纹波电流从而通过被动负载耗散来自DC母线的能量的操作控制信号，其中所述被动负载包括电动机的电机绕组；以及给电机控制电路提供所述操作控制信号用于通过电机控制电路和电动机的电机绕组使DC母线放电。
2. 根据权利要求l所述的方法，其中，产生用于产生所述紋波电流 的操作控制信号的步骤包括产生具有预定的开关序列和预定的占空比 的操作控制信号的步骤。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中，所述预定的占空比包括具有 大于10千赫的频率的占空比。
4. 根据权利要求2所述的方法，其中，所述预定的占空比包括具有 大于10千赫且小于12千赫的频率的占空比。
5. 根据权利要求2所述的方法，其中，所述预定的开关序列包括用于切换电动机的主动开关向量的一系列预定的信号。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中，用于切换电动机的主动开关 向量的所述一系列预定的信号包括这样的信号，所述信号在所述一系 列预定的信号中的任一点处以预定的方式切换两个或更多个主动开关 向量的信号使得在所述一系列预定的信号中的所述点处所述主动开关 向量相加为零。
7. 根据权利要求5所述的方法，其中所述主动开关向量包括六个主 动开关向量，所述六个主动开关向量包括每对两个主动开关向量的三 个向量对，所述三个向量对中的每一个向量对的两个主动开关向量相 加为零，并且其中用于切换主动开关向量的所述一系列预定的信号包 括这样的信号，所述信号在所述一系列预定的信号的任一点处以预定的方式切换所述三个向量对中的其中一个向量对的所述两个主动开关 向量以相加为零。
8. 根据权利要求l所述的方法，其中，产生所述操作控制信号的步 骤包括响应于电动机的电压向量对产生用于产生紋波电流的操作控制 信号的步骤。
9. 一种用于为电动机系统中的电机控制电路提供操作信号的处理 器，所述电机控制电路从直流母线接收功率，所述处理器包括第一操作信号发生器，所述第一操作信号发生器用于接收扭矩指令 并且响应于扭矩指令产生第一操作控制信号；第二操作信号发生器，所述第二操作信号发生器响应于检测到预定 的放电信号产生用于在电动机系统的电动机的电机绕组中产生紋波电 流从而通过被动负载耗散来自直流母线的能量的第二操作控制信号， 所述被动负载包括电动机的电机绕组；以及连接到所述第 一 和第二操作信号发生器的输出处理机，所述输出处 理机响应于未接收第二操作控制信号而提供第一操作控制信号给所述 处理器的输出并且响应于接收第二操作控制信号而提供第二操作控制 信号给所述处理器的输出。
10. 根据权利要求9所述的处理器，其中，第二操作控制信号发生 器产生具有预定的开关序列和预定的占空比的第二操作控制信号。
11. 根据权利要求10所述的处理器，其中，所述预定的占空比包 括具有大于10千赫的频率的占空比。
12. 根据权利要求10所述的处理器，其中，所述预定的开关序列 包括用于切换电动机的主动开关向量的一系列预定的信号。
13. 根据权利要求9所述的处理器，其中，第二操作信号发生器响 应于电动机的电压向量对产生用于在电动机的电机绕组中产生紋波电 流的第二操作控制信号。
14. 一种电动才几系统，所述电动才几系统包4舌 电动机；控制；'、 '"''''曰、直流母线，所述直流母线连接到逆变器用于为所述逆变器提供功 率；以及处理器，所述处理器连接到所述逆变器用于产生操作控制信号并且 给所述逆变器提供这些操作控制信号，其中，所述处理器响应于检测到预定的放电信号产生用于在电动机的电机绕组中产生紋波电流从而 通过被动负载耗散来自直流母线的能量的操作控制信号，其中所述被 动负载包括电动机的电机绕组。
15. 根据权利要求14所述的电动机系统，其中，所述处理器产生 第一操作控制信号和第二操作控制信号，所述第一操作控制信号响应 于接收到的扭矩指令产生并且包括用于提供给控制电动机的所述逆变 器的相电流，所述第二操作控制信号响应于检测到预定的放电信号产载耗散来自直流母线的能量的操作控制信号。、 、一 、
16. 根据权利要求15所述的电动机系统，其中，所述处理器产生 具有预定的开关序列和预定的占空比的所述第二操作控制信号。
17. 根据权利要求16所述的电动机系统，其中，所述预定的占空 比包括具有大于10千赫的频率的占空比。
18. 根据权利要求16所述的电动机系统，其中，所述预定的开关 序列包括用于切换电动机的主动开关向量的一系列预定的信号。
19. 根据权利要求14所述的电动机系统，其中，所述电动机是交;充同步电动才几。
20. 根据权利要求14所述的电动机系统，其中，所述逆变器包括 多个绝缘门双极晶体管，所述绝缘门双极晶体管具有连接到处理器以 从所述处理器接收所述操作控制信号的门，所述多个绝缘门双极晶体 管控制所述电动机的操作。
全文摘要
本发明涉及电动机系统中的DC母线放电，具体而言本发明涉及提供用于使DC母线放电的方法和装置，所述DC母线给逆变器提供功率。电动机系统设置有用于使DC母线放电的改进的放电方法，所述电动机系统包括电动机、给永磁电动机提供电气控制的逆变器、给逆变器提供功率的直流(DC)母线和处理器。处理器产生操作控制信号并且将这些操作控制信号提供给逆变器。响应于检测预定的放电信号，处理器产生用于在电动机的电机绕组中产生纹波电流从而通过被动负载耗散来自DC母线的能量的操作控制信号，被动负载包括电动机的电机绕组。
文档编号H02P6/16GK101534083SQ20091012861
公开日2009年9月16日 申请日期2009年3月12日 优先权日2008年3月12日
发明者B·A·韦尔奇科, C·C·斯坦库, D·唐, M·佩里西克, S·希蒂 申请人:通用汽车环球科技运作公司