用于电动机的动态制动的制作方法

专利名称：用于电动机的动态制动的制作方法
技术领域：
本申请的技术涉及用于电动机(electric motor)中的改善的动态制动的系统和方法。
背景技术：
在典型的永磁AC电动机(motor)(诸如无刷式DC电动机或永磁AC伺服电动机系统)中，例如电动机绕组在定子上且处于三相配置。通过六晶体管桥电路来控制绕组的励磁，其中晶体管根据电动机位置或旋转电动机中的转子位置以及电动机力命令(诸如转矩命令)在开关模式下操作。晶体管中的三个被连接到正供电总线且其余三个晶体管被连接到负供电总线。可以由开关晶体管的脉宽调制(PWM)控制来实现绕组的正弦或梯形激励。 反向偏置二极管或回扫二极管一般跨越开关晶体管的每个发射极-集电极电路进行连接以旁路来自感应电动机负载的开关控制的暂态。还可以由诸如线性晶体管放大器拓扑结构的其它放大器拓扑结构以控制器方式对电动机绕组进行励磁。在上文讨论的类型的电动机驱动系统中，当控制系统发生故障时，常常需要主动地使电动机为零速，假设可能的最小量的硬件/控制正在工作。为了这样做，许多电动机控制系统包括动态制动能力。在动态制动模式下，电动机通常作为发电机进行操作并向电动机绕组中耗散能量或向电阻性负载中耗散能量。可以在刷式电动机以及无刷式电动机两者或AC伺服电动机中实现此类动态制动。对电动机进行制动的一个简单方式是使用继电器来将电动机从电源(电子驱动或 AC线)分离并随后跨越电动机绕组放置三相短路。以这种方式，在电动机线圈电阻中耗散电动机的动能。￠11 "Dynamic Braking System for Electrical Motors"Kazlaukas 的美国专利号6，118，241中公开了另一现有技术。其中，电子驱动功率晶体管使电动机端子在线间短路。通过同时致使连接到正总线的三个晶体管或连接到负总线的三个晶体管导电来实现动态制动。这种技术称为“三相短路”技术。当同时致使三个此类晶体管导电时，电流通过导电晶体管中的一个或两个从一个或多个电动机绕组流到供电总线中的一个并通过多个反向偏置二极管中的一个或多个返回至其它一个或多个电动机绕组。无论转子位置如何，此布置提供动态制动。可以使用连接到正总线的三个晶体管或通过使用连接到负总线的三个晶体管来实现制动操作。如果提供足够的控制，则动态制动系统可以在连接到正总线的晶体管与连接到负总线的那些晶体管之间交替，因此在所有晶体管之间共享负载。当同时致使连接到总线的三个晶体管导电时，它们本质上使绕组短路并提供动态制动。 当同时致使所有的6个晶体管不导电时，电动机电流流过多个正常反向偏置的二极管中的一个或多个并减小动态制动电流的幅值。可以使用导电间隔的脉宽调制(PWM)控制来通过控制制动电流的幅值而控制制动的程度。此晶体管短路调制技术添加了允许以受控方式限制由于三相短路而在电动机中流动的峰值电流的益处。限制最大电流限制了对功率晶体管的可能损坏，并且还防止可能对电动机进行去磁的电动机中的过量电流。
然而，这些上述技术中的一个主要缺点是在短路发生时流动的电流并不所有用来 (go towards)使电动机停止。在三相永磁电动机中，在较高速度下，几乎完全由在电动机绕组电感上施加的反电动势(“反EMF”)来设置短路电流。反EMF是在电动机中发生的电压， 其中在电动机的绕组与来自永磁体或电磁体的外部磁场之间存在相对运动。反EMF与在电动机绕组电感中流动的电流正交(九十度异相)。由于在较高速度下几乎完全由反EMF除以绕组电感阻抗来设置短路电流，所以短路电流几乎完全与反EMF正交，意味着几乎所有电流都不产生停止转矩。特别是在高速下，在控制失效的情况下尽快地使电动机停止是有利的。如果电动机没有足够快地停止，则可能存在对结合了电动机的机器的损坏或者甚至人身伤害。如果电动机驱动的电流控制电路或电流限制电路未起到足够快地使电动机停止的作用，则电动机驱动可能由于过电流条件而失效从而引起制动停止。另外，如果根据现有技术电动机正在以高速操作且电动机被短路，则结果产生的电流可能足够高使得可能对电动机的绕组或永磁体或者甚至对电动机驱动造成损坏。因此，仍需要一种用于在动态制动模式下高效地使电动机停止的系统，其避免先前系统的问题(包括上述那些)并使用最小量的控制电路来确保高可靠性。特别地，使每安培的动态制动电流的停止转矩最大化以更高效地对电动机进行制动将是有用的。

发明内容
在本文中公开的实施例提供了一种动态制动系统和方法，其采用电流调节器以基于电流命令输入来产生电压命令。特别地，仍由d_q电流调节器来控制电动机，其中q轴(转矩轴)电压被驱动至零或近似为零，而d轴(非转矩轴)被用零电流命令留在电流控制中。以这种方式，电动机内部EMF电压驱动端子中的电流，但是该电流与电动机的内部EMF电压同相。因此，使每安培的动态制动电流的停止转矩最大化并快速地对电动机进行制动。由于电流环路仍是活动的，所以可以实现电流限制并很好地控制动态制动电流振幅且所有都参与使电动机停止。在一个实施例中，可以直接迫使q轴转矩电压为零伏，或者在替换方案中，通过正常q轴电流环路电流命令输入的电压控制环路能够将q轴电压驱动至0。后一个实施例可以包括对q轴电流命令的动态制动限流箝位以控制动态制动电流振幅。在本发明的另一实施例中，可以向动态制动环路添加改善的运动阻尼以便避免电动机运动在其停止时的“回荡(ring)”。实现这一点的一个方式是通过将q轴电压和电流的线性组合控制为零而不仅仅是q轴电压来实际上向系统添加电阻。在本发明的又一实施例中，可以仅沿一个方向提供动态制动。实现此单向动态制动的一个方式是以使得控制沿什么方向提供动态制动的方式将q轴电压命令箝位成仅为正或仅为负。换言之，在此替换实施例中，电动机控制系统具有沿一个运动方向的正常功能和沿另一方向的动态制动。本领域的技术人员在与附图相关联地阅读优选实施例的以下详细描述之后将认识到本发明的范围并实现其附加方面。


被结合到本说明书中并形成其一部分的附图举例说明本发明的若干方面并连同描述一起用于解释本发明的原理。图1举例说明包括用于电动机的3相电流调节器的电动机驱动；
图2举例说明用于具有内部电压的电动机的动态制动的系统，其中该系统包括电流调节器和控制器以控制提供给电动机的电流，使得电流与电动机的内部电压同相以便实现电动机的动态制动；
图3举例说明用于包括动态制动环路的电动机的动态制动的系统，其中可以通过将转矩轴中的电压命令驱动至零的电压环路来限制电流，并且可以以电子方式添加阻尼电阻以获得改善的运动阻尼；以及
图4举例说明根据另一实施例的用于电动机的动态制动的如同图2的系统，其中可以仅沿一个方向或沿向前方向和相反方向二者实现动态制动。
具体实施例方式下面阐述的实施例表示用于使得本领域的技术人员能够实施本发明的必要信息并举例说明实施本发明的最佳模式。在根据附图来阅读以下描述时，本领域的技术人员将理解本发明的概念并将认识到在本文中未特别提出的这些概念的应用。应理解的是这些概念和应用落在本公开和所附权利要求的范围内。图1举例说明驱动电动机12的电动机驱动10的方框图，电动机12可以是永磁电动机且可以是或可以不是如所示的3相。电动机驱动10包括控制系统14、AC至DC(AC-DC) 功率转换器16和PWM (脉宽调制)电压逆变器18。电压逆变器18还可以包括典型的六晶体管桥电路。控制系统14、AC-DC功率转换器16和PWM电压逆变器18协作以便使用由AC 电源20供应的功率来驱动电动机12。特别地，电动机驱动10向PWM电压逆变器18供应三相电压命令，PWM电压逆变器18又向电动机12供应电流。PWM电压逆变器18通过AC-DC 功率转换器16从AC电源20接收功率。控制系统14可以包括控制器22。控制器22可以是根据以代码(诸如软件或固件) 存储的指令操作的CPU或其它微处理器，或者可以是专用或分立的控制逻辑。控制系统14 还包括电流调节电路M，其优选地是d-q电流调节器，但是可以是任何其它类型的电流调节器。例如，可以使用进行操作以控制通过电动机的单独电流Iu、Iv和Iw中的每一个的三相电流调节器，并且在图1中示出该三相电流调节器。在三相电流调节器中，在电流调节器与电动机12的相之间存在一一对应。三相电流调节器将通过基于电流命令Iu*、Iv*和Iw* 生成电压命令Vu*、Vv*和Vw*来调节通过电动机12的电流。(在本文中，小写字母U、ν和 w分别表示相U、相V和相W且上标星号表示“命令信号”)。在图2中示出在本优选实施例中使用的d-q电流调节器M。二相(d-q)电流调节器M进行操作以控制通过电动机的电流Id和Iq (按照惯例在固定场或旋转参考系中)。q 轴也称为转矩轴且d轴也称为非转矩轴。q轴与电动机的反EMF电压同相，而d轴与电动机的反EMF电压正交。电流调节器基于一对电流命令输入IqCmd和IdCmd及对应的测量实际电流IqFB和IdFB产生一对电压命令VqCmd和VdCmd。可以以由处理器执行的固件来实现本发明的电流调节器M，或者优选地以分立硬件诸如现场可编程门阵列(FPGA)来实现。然而，与现有技术相比，对于本发明的此改善的动态制动技术存在几个实践考虑因素。特别地，动态制动是通常仅在存在某种故障或失效从而需要停止电动机时被发起的备用模式。此故障或失效常常是由控制软件问题或故障引起的。如果控制软件正在工作，则正常地可以在不实现动态制动的情况下用由软件控制的伺服控制环路来使电动机停止。如果控制软件不工作或者不能被信任做正确的事，则除了用现有技术的三相短路技术以外可能难以实现动态制动。在其中电流调节器采取在处理器上运行的固件的驱动中，电流调节器在需要动态制动紧急停止时始终可用的假设可能不是有效的。然而，如果电流调节器M采取分立硬件，例如诸如FPGA，则电流调节器M的可用性应与使用驱动功率晶体管来执行动态制动的任何技术相同。通过以诸如FPGA的分立硬件实现本发明的电流调节器M，更有可能电流调节器24将进行操作，因为位置反馈输入将工作且将可获得从位置反馈导出的换向角，从而保证根据本发明的电流调节器M的适当操作。然而，在换向反馈角不可用的情况下，动态制动可以简化至具有峰值电流限制的三相短路的不那么有效的现有技术。当包括换向角的反馈信息在故障的情况下不可用时，还存在实现简单的无传感器换向技术的可能性。无传感器换向技术将足够好以使轴降为低速且随后切换至三相短路技术。在无传感器换向技术中，电动机的反EMF电压可以是已知或确定的，因此在位置反馈器件故障的情况下可以从反EMF推断换向角。此类无传感器换向技术在本领域中是众所周知的。返回图2，在正常操作中，控制器22生成电流命令IqCmd沈和IdCmd 28。在正常 (非动态制动)操作期间，控制器22基于在用户输入处接收到的命令诸如速度命令(未示出) 生成命令IqCmd 26和IdCmd 28。电流调节器M包括PI (比例积分)反馈控制环路。PI反馈控制环路包括加法器30和32以及PI补偿器34和36 (每个电流输入命令一个)。PI反馈控制环路基于电流命令IqCmd沈和IdCmd观来控制实际电动机电流的流动。电流调节器的输出是电压命令VqCmd 38和VdCmd 40。与换向角43相结合地使用VqCmd 38禾口 VdCmd 40来生成三相电压Vut 44,Vvt 46禾口 Vwt 48。可以由转换器45来生成三相电压，转换器45可以是标准的双d-q至U、V、W三相转换器。转换器45可以包括 PWM电压逆变器，诸如图1所示的PWM电压逆变器18。电动机端子电压Vut 44、Vvt 46和 Vwt 48是由PWM电压逆变器18产生的。PWM电压逆变器18使用由AC电源20经由AC-DC 功率转换器16供应的功率来驱动电动机12。以这种方式，向电动机的端子供应电压Vut 44,Vvt 46和Vwt 48。将电动机端子电流保持在与电动机的反EMF的固定关系被称为电子换向并要求电动机的电角度的位置测量。控制系统14还包括电流反馈50，其从电动机接收测量的绕组电流Iut 52和Ivt 54，并使用电流Iut 52和Ivt M及换向角42来执行计算，以确定随后被反馈到电流调节器对的输入中的电流反馈IqFB 57和IdFB 58。在一个实施例中，可以使用等式IqFB = Iu*sin(A) + Iv*sin(A-120° ) + Iw*sin(A_240° )来计算 IqFB，其中 A = (Ρ/2) *(轴角)+ Atl且P=电动机极的数目且Atl=恒定相移角以匹配反馈传感器、电动机角坐标系。 可以类似地计算IdFB，但“sin”替换为“cos”。特别地，以代数方式将IqFB 57与IqCmd 26 加和，同时以代数方式将IdFb 58与IdCmd观加和。由未示出的电流传感器提供的测量电动机绕组电流被输入到电流反馈块50，其计算用于电流调节器M的电流反馈信号IqFB 57
7和IdFB 58。电流反馈块50还使用由换向角块42提供的电动机电角。换向角块42从被连接到电动机的位置反馈传感器(未示出)获取电动机位置输入。电动机转矩进入表示电动机的机构的机构/负载块阳，其输出轴角53作为到块42的输入。换向角块42使用轴角53来计算换向角43。随后将换向角43发送作为到转换器块45和电流反馈块50的输入。在正常操作(无动态制动)中，将电流反馈信息与电流调节器M的输入命令IqCmd 26 和IdCmd观相比较以提供电动机控制。如果系统作为转矩伺服系统进行操作，则将转矩命令与电动机的转矩相比较并相应地调整电动机励磁以保持期望转矩。如果系统作为速度伺服系统进行操作，则将速度命令与速度反馈相比较并相应地调整电动机励磁以保持期望速度。如果系统作为位置伺服系统进行操作，则通过将位置命令与实际位置相比较，根据与目标位置的距离来调整电动机励磁。在图2所示的示例中，在将IqFB 57供应给电流调节器M的PI补偿器34之前将 IqFB 57与IqCmd沈加和，并在将IdFB 58供应给电流调节器M的PI补偿器36之前将 IdFB 58与IdCmd观加和。在用于永磁电动机的正常操作中，IdCmd观通常将是零，使得在非转矩轴中存在零电流命令。将IqFB 57与正常IqCmd沈加和以提供用于转矩轴的电流命令，以便在电动机12中生成转矩。因此，在正常操作(无动态制动)中，IqCmd沈将生成VqCmd 38，使得给定非转矩轴中的零的IdCmd 28，每安培的电流将在q轴中流动且将使每安培的绕组电流的电动机12中的转矩最大化。可以由控制器22来改变IdCmd观以改变电动机操作条件且不产生转矩。电流调节器M提供其中将d-q参考系中的电流命令IqCmd 26和IdCmd 28以代数方式与反馈信号IqFB 57和IdFB 58加和的环路。这产生通过相应PI补偿器34和36 来处理以产生VqCmd 38和VdCmd 40信号的两个和(或差)。与换向角42 —起处理Vqmd和 VdCmd信号38和40以产生到PWM电压逆变器18的相电压输出Vut 44、Vvt 46和Vwt 48 以向电动机12供应电流。从两个电压命令信号产生这三个相电压的一个方式是通过使用 d-q至U、V、W 3相转换器，诸如如所示的转换器45。根据一个实施例，如图2所示，举例说明了用于具有内部反EMF电压的电动机12 的动态制动的系统，其中该系统包括电流调节器M和控制器22以控制提供给电动机12的电流，使得该电流与电动机12的内部电压同相以便实现电动机12的动态制动。通常，该系统包括图2的电流调节器24。在一个实施例中，当期望或需要使电动机停止或制动时，发起动态制动模式。根据本发明，在动态制动模式下，迫使电流调节器对WVqCmd 38为零或近似为零伏。这可以通过从控制器22向VqCmd 38命令零来实现。还可以通过改变电流输入 IqCmd沈来实现零VqCmd 38。通过迫使VqCmd 38为零，将q轴电压驱动至零，同时用零电流命令将d轴留在正常电流控制中。由于IdCmd观被留作零命令，所以在非转矩轴中将不生成电流，因此不生成与电动机12的反EMF电压正交的电流。通过将q轴电压驱动至零， 仅有的电流是由电动机反EMF电压生成的电流，并且其经由电流反馈50被反馈到电流调节器。因此，仅有的电流将是由电动机驱动的电流，其与电动机12的反EMF电压同相。结果， 电动机的内部电压驱动端子中的电流，但是该电流与内部电压同相。这提供每安培的动态制动电流的最大停止转矩，因为非常小的(理想地没有)电流与电动机的反EMF正交。图3示出本发明的另一实施例，其中通过将q轴中的电压命令驱动至零以及允许改善的运动阻尼的电压环路而向改善的动态制动提供电流限制。如在图3中看到的，本实施例与图2所示的实施例类似，其中更具体地示出了用来将转矩轴中的电压驱动至零的动态制动环路。另外，在图3中添加的动态制动环路还包括用于限制动态制动电流的装置和用于提供增加的阻尼以解决电动机运动在其停下来时的任何可能回荡的机构，如下面进一步讨论的。如图3所示，由积分器74的积分输出的箝位值来限制动态制动电流。反转块68 以代数方式对动态制动最大电流输入66进行反转，以向积分器74箝位输入供应期望预定最大动态制动电流的对称正值和负值。这控制电流的振幅并确保电流与电动机的反EMF同相。通过限制电流命令IqCmd 26，本实施例确保为实现动态制动而生成的电流不会变得如此高而损坏电动机的线圈或磁体、损坏电动机驱动。IqCmd极限还控制减速以防止对连接到电动机的任何机器机构的损坏。图3还包括用于实现改善的阻尼的方式。当相对快速地使在高速下操作的电动机停止时，随着电动机慢下来，其可能经过零速度并在零速度周围正负“回荡”。回荡将在零周围发生，直至发生自然阻尼。根据图3所示的本发明的实施例，可以实际上向系统添加电阻以便提供更多的阻尼。通过将电压控制为零，或者通过以线性组合来控制电压和电流命令 (因为V = I/R)，可以添加虚拟电阻。可以通过经过电压环路增益72和积分器74反馈由块 64的输出IqFB*RDamp表示的电压和电流的线性组合来实现电压和电流的线性组合，所述积分器74具有可调整箝位CLAMP+和CLAMP-，如在图3中看到的。在图3中，如果发起动态制动，则向合并块76发送动态制动信号DBrake 60。合并块76可以是能够在输入之间进行选择的任何器件，诸如开关器件。合并块76在正常IqCmd 26与来自积分器74的动态制动环路的输出之间进行选择。如果DBrake 60是假的，则正常 IqCmd沈被选择并在电流调节器M中用来生成VqCmd 38。如果DBrake 60是真的，则合并块76的b输入以布尔方式起作用以选择动态制动环路的输出。当DBrake 60是假的时， 保持积分器74复位至零是良好的做法。在动态制动环路中，命令零电压VqCmd 70并在加法器65处将其与加法器62的输出加和，加法器62通过虚拟阻尼电阻RDamp 64以代数方式将实际命令VqCmd 38和IqFB 57加和。加法器65的输出通过电压环路增益72并连同反转块68的输出和正动态制动最大电流输入66 —起被输入到积分器74中。积分器74的这三个输入在图3中被标记为IN、 CLAMP+和CLAMP-。积分器74的箝位是可调整的。正和负电流极限不必是相同的幅值。换言之，可以与负电流极限不同地设置正旋转动态制动电流极限。如果已发起动态制动，则使用积分器74的输出作为到电流调节器M的IqCmd以便生成VqCmd 38。在动态制动环路的正常(未箝位)操作中，将迫使VqCmd 38为零，促使制动电流在转矩产生轴中在运动的电动机中流动，也就是说与电动机的反EMF电压同相。IdCmd观不受影响，使得用零电流命令使d轴留在正常电流控制中。由于IdCmd观被留作零命令，所以在非转矩轴中将不生成电流，因此不生成与电动机12的反EMF电压正交的电流。因此，仅有的电流将是由电动机驱动的电流，其与电动机12的反EMF电压同相。结果，电动机的内部电压驱动端子中的电流， 但是该电流与内部电压同相。这种方法提供每安培的动态制动电流的最大停止转矩，因为非常小的电流或没有电流与反EMF正交。图4示出其中可以沿两个方向或仅沿一个方向实现动态制动的另一实施例。在包括三相短路技术的现有技术动态制动方法中，一旦实现了动态制动，则不存在对电动机驱动的控制。根据电动机的类型和电动机的使用，可能期望的是保持对电动机的某些控制。例如，在线性电动机或旋转电动机进行线性运动的情况下，具有沿一个方向的正常操作同时沿另一方向进行动态制动可能是有用的。作为一个示例，可能存在控制臂、螺丝或带的电动机，并且电动机将沿向前方向操作以沿一个方向(例如向前)推动臂、螺丝或带，并沿相反方向操作以促使臂、螺丝或带沿相反方向(例如向后)移动。在故障的情况下，在仍保持使臂或螺丝缩回或移动带的能力的同时动态地对电动机进行制动可能是有用的。在现有技术中， 此类能力在故障的情况下是不可用的。故障常常将是由于软件失效而引起的，并且需要软件来移动臂、螺丝或带。在本示例中，将有利的是使电动机沿向前方向停止，但是允许沿相反方向的正常操作，使得可以将臂、螺丝或带拉回或以其他方式使其移动。据此将此能力称为定向动态制动。在根据一个实施例的定向动态制动中，存在四个模式。在第一模式下，电动机沿向前和相反方向两者处于正常操作。在第二模式下，存在沿向前方向的动态制动和沿相反方向的正常操作。在第三模式下，沿相反方向实现动态制动且正常操作沿向前方向继续。在最后模式下，沿两个方向实现动态制动。在图4所示的实施例中，通过经由箝位电路82对VqCmd 38进行箝位来实现定向动态制动。表示进行定向动态制动的需要或期望的两个输入被输入到箝位电路82并称为定向动态制动输入。将两个定向动态制动输入称为DBrakePos 78和DBrakeNeg 80。如果 DBrakePos 78和DBrakeNeg 80两者被设置为关，则箝位电路82 out等于箝位电路82 In 端子且不实现沿任一方向的动态制动。在这种情形下，电流调节器M以典型的方式起作用且存在沿两个方向的电动机的正常操作。如果仅DBrakePos 78被设置为开，则VqCmd 38 被箝位至仅负电压(即，必须等于或小于零)，并且沿正方向实现动态制动且沿相反方向继续正常操作。如果仅DBrakeNeg 80被设置为开，则VqCmd 38被箝位至仅正电压(即必须等于或大于零)，并且沿相反方向实现动态制动且沿正方向继续正常操作。如果DBrakePos 78 和DBrakeNeg 80两者被设置为开，则VqCmd 38被箝位至仅零且沿两个方向实现动态制动， 如图2和3所示。在动态制动中，常常期望的是控制制动的程度和电流流动的幅值。使用如上文所讨论的本发明的电流调节器，检测转矩和非转矩轴中的每一个中的电流流动。这些检测的电流值连同换向角一起被供应给控制器。控制电流调节器的输入电流命令从而在制动期间控制关于电流流动的反EMF的幅值和相位。控制电流流动以与电动机的反EMF同相以便实现更快的动态制动。在三相短路技术中，不存在由于在所有的三个端子两端施加的短路而引起的电流的相位的控制，这去除了电流调节器环路。由于绕组电感，几乎所有电流将在较高电动机速度下与电动机的反EMF正交，这不提供很大的停止力。通过实施根据本发明的动态制动，使每安培的制动电流的停止转矩最大化，从而提供改善的动态制动。对电动机进行制动所需的时间和距离明显较少。由本发明实现的动态制动已被证明比其中电流不与电动机的反EMF同相的方法快多达九倍。本发明提供了在不脱离本发明的精神或范围的情况下的变化的很多机会。在本发明的范围内存在许多变化。例如，可以与具有不同相数的不同类型的电动机相组合地使用其它电流调节器配置。此外，可以使用数字逻辑来代替具有处理器的控制器。另外，可以将图3的电流限制特征与图4的定向动态制动特征组合。本领域的技术人员将认识到对本发
10明的优选实施例的改进和修改。所有此类改进和修改被视为在所附的权利要求和在本文中所公开的概念的范围内。
权利要求
1.一种用于对电动机进行动态制动的系统，包括电流调节器，具有多个输入电流命令以控制被施加于电动机以提供转矩轴电压的第一电压和被施加于电动机以提供非转矩轴电压的第二电压；以及控制器，适于促使转矩轴电压为零或近似为零，使得提供给电动机的电流与电动机的内部电压同相以便实现电动机的动态制动。
2.权利要求1的系统，其中所述控制器还适于控制所述多个输入电流命令中的至少一个以将转矩轴电压驱动为零或近似为零。
3.权利要求1的系统，其中所述电动机是具有带有多个相的绕组的永磁电动机且至少一个永磁体是相对于绕组可移动的，其中所述永磁电动机在向绕组施加电流时具有内部电压。
4.权利要求1的系统，其中至少部分地以由处理器执行的代码来实现所述电流调节ο
5.权利要求1的系统，其中至少部分地以分立硬件来实现所述电流调节器。
6.权利要求5的系统，其中所述分立硬件包括现场可编程门阵列(FPGA)。
7.权利要求1的系统，其中所述电流调节器还包括适于向电流调节器提供反馈的反馈器件。
8.权利要求3的系统，其中所述电流调节器还包括适于提供关于绕组相对于所述至少一个永磁体的位置的反馈的反馈器件。
9.权利要求8的系统，其中所述反馈包括换向角。
10.权利要求9的系统，其中所述反馈器件适于从电动机接收电流输出并基于电流输出和换向角来确定电流反馈信号。
11.权利要求10的系统，其中所述反馈器件还适于向电流调节器提供电流反馈信号。
12.权利要求11的系统，其中所述系统还包括用于在换向角或其它位置反馈不可用时实现三相短路以动态地对电动机进行制动的装置。
13.权利要求12的系统，还包括无传感器换向装置，其中所述无传感器换向装置适于确定换向角，其中所述无传感器换向装置还适于在实现三相短路以动态地对电动机进行制动之前使用换向角来使电动机从高速变为低速。
14.权利要求2的系统，还包括与电流调节器相关联的动态制动环路，其中所述动态制动环路包括用于将转矩轴电压驱动至零的电压环路。
15.权利要求14的系统，还包括用于限制通过动态制动环路的电流的电流限制器。
16.权利要求14的系统，还包括电子添加电阻，其中所述电子添加电阻增加阻尼以在电动机被动态制动时消除任何回荡。
17.权利要求14的系统，还包括用于在动态制动环路与正常输入电流命令之间选择的开关。
18.权利要求1的系统，其中所述控制器还适于将第一电压控制成仅为正或仅为负，使得仅沿单个方向实现电动机的动态制动。
19.权利要求1的系统，其中所述控制器还适于将第一电压控制成使得沿向前方向和相反方向两者实现电动机的动态制动。
20.权利要求18的系统，其中所述第一电压是基于一个或多个定向动态制动输入。
21.权利要求2的系统，其中所述永磁电动机是无刷式电动机。
22.—种电动机中的动态制动的方法，包括向电流调节器提供多个输入电流命令以控制被施加于电动机以提供转矩轴电压的第一电压和被施加于电动机以提供非转矩轴电压的第二电压；以及促使转矩轴为零或近似为零，使得提供给电动机的电流与电动机的内部电压同相以便实现电动机的动态制动。
23.权利要求22的方法，其中控制所述多个输入电流命令中的至少一个以将转矩轴电压驱动至零或近似为零。
24.权利要求23的方法，还包括从电动机向电流调节器提供电流反馈，其中提供电流反馈还包括从电动机接收电流输出并基于电流输出和换向角来确定电流反馈信号。
25.权利要求23的方法，还包括限制通过与电流调节器相关联的动态制动环路的电流，其中所述动态制动环路包括用于将转矩轴电压驱动至零的电压环路。
26.权利要求25的方法，还包括以电子方式向动态制动环路添加电阻以增加阻尼以在电动机被动态制动时消除任何回荡。
27.权利要求23的方法，还包括将第一电压控制成仅为正或仅为负，使得仅沿单个方向实现动态制动。
28.权利要求23的方法，还包括将第一电压控制成使得沿向前方向和相反方向两者实现动态制动。
29.一种用于对电动机进行动态制动的系统，包括电动机；电流调节器，具有多个输入电流命令以控制被施加于电动机以提供转矩轴电压的第一电压和被施加于电动机以提供非转矩轴电压的第二电压；以及控制器，适于控制转矩轴电压为零或近似为零，使得提供给电动机的电流与电动机的内部电压同相以便实现电动机的动态制动。
30.一种用于对电动机进行动态制动的系统，包括电动机；电动机驱动，用于驱动电动机；以及控制器，被通信耦合到电动机驱动，该控制器适于控制到具有多个输入电流命令的电流调节器的所述多个输入电流命令中的至少一个以控制被施加于电动机以提供转矩轴电压的第一电压和被施加于电动机以提供非转矩轴电压的第二电压，其中所述控制器适于控制所述多个输入电流命令中的至少一个，使得提供给电动机的电流与电动机的内部电压同相以便实现电动机的动态制动。
31.一种用于对电动机进行动态制动的设备，包括控制器，适于控制到具有多个输入电流命令的电流调节器的所述多个输入电流命令中的至少一个以控制被施加于电动机以提供转矩轴电压的第一电压和被施加于电动机以提供非转矩轴电压的第二电压，其中所述控制器适于控制所述多个输入电流命令中的至少一个，使得提供给电动机的电流与电动机的内部电压同相以便实现电动机的动态制动。
全文摘要
提供一种系统和方法以用于具有电子驱动的AC电动机中的改善的动态制动并且特别地使用电流调节电路来控制供应给电动机的电流以与电动机的内部EMF电压同相，使得当在控制故障或紧急事件的情况下需要使电动机停止时使每安培的动态制动电流的电流制动转矩最大化的。电流调节器基于电流命令输入向电动机产生电压命令。仍由d-q电流调节器来控制电动机，并且q轴(转矩轴)电压被驱动为零，而d轴(非转矩轴)被用零电流命令留在电流控制中。这样，电动机内部电压驱动电动机的端子中的电流，但是该电流与电动机的内部电压同相。
文档编号H02P15/00GK102460952SQ201080035679
公开日2012年5月16日 申请日期2010年6月8日 优先权日2009年6月10日
发明者S. 科尔森 D., B. 杨德特 G. 申请人:科尔摩根公司