[0133] 尽管图4的设备400包括启动模块402并且描述了可以与准矢量控制设备102 - 起使用的各种电机启动技术，但准矢量控制设备102还可以用于控制其它情形下的电机操 作。例如，准矢量控制设备102可以用于将电机保持在特定速度或可以用于在如下范围内 改变电机速度，该范围包括低于电机的全速度的电机速度。例如，准矢量控制设备102可以 保持为晶闸管设置的触发角，使得电机106以固定速度运行，并且当相位差在相位范围之 外时准矢量控制设备102可以禁用开关模块202的开关。本领域的技术人员可以认识到用 于电机启动的准矢量控制设备102的其它用途以及其它电机控制技术。
[0134] 图5是示出了用于准矢量电机控制器的设备500的第三实施方式的示意性框图。 设备500包括准矢量控制设备102的一种实施方式，该准矢量控制设备102具有基本上与 上面关于图2和图4的设备200、400所描述的模块相似的开关模块202、源相位模块204、 反EMF相位模块206、转矩模块208、脉冲模块210和启动模块402。另外，准矢量控制设备 102包括α-β变换502。在另一实施方式中，α-β变换502可以是源相位模块204和/ 或反EMF相位模块206的一部分。在图5中还示出了电机106和电压源108。
[0135] 在图5中，示出了相电压Va、Vb和Vc的测量以及到电机的相电流la、lb、Ic的测 量。相电压Va、Vb和Vc和相电流la、lb、Ic被示出馈送至α-β变换502。在一种实施方 式中，α-β变换502可以与上述等式1至5相同。在一种实施方式中，通过将相电压Va、 Vb、Vc和相电流la、lb、Ic数字化并且使用处理器实施等式1至5来实现α - β变换502。 在另一实施方式中，使用分立逻辑部件实施等式1至5。
[0136] 在一种实施方式中，α-β电压Va、Ve和电流I a、Ie被馈送至源相位模块204和 反EMF相位模块206,并且源相位模块204和反EMF相位模块206的结果被馈送至转矩模 块208以确定相位差。在一种实施方式中，准矢量控制设备102包括与转矩模块208协作 的下一频率模块406,并且转矩模块208如等式8所述来计算转矩或者通过确定相位差是否 在相位范围之外如上所述预测负转矩，并且当转矩模块208确定转矩为负或相位差在相位 范围之外时可以应用下一个离散频率。如果来自转矩模块208的相位差在相位范围之外， 则脉冲模块210可以禁用开关模块202中的开关。在一种实施方式中，图5的设备500用 于创建仿真模型。在图8至图13示出了模型的仿真结果。
[0137] 图6是示出了用于准矢量电机控制器的方法600的一种实施方式的示意性流程 图。方法600开始，并且对于电机106的每一相选择性地接通开关602以将连接至电压源 108的输入电力导线按顺序连接至电机106。在AC电压源108的基波频率的周期的一部分 内接通602用于每相的开关，其中，该部分小于基波频率的整个周期。在一种实施方式中， 开关模块202选择性地接通602用于每相的开关。
[0138] 方法600确定604电压源108的相位，并且确定606反EMF的相位。方法600确定 608电压源108的相位与反EMF的相位之间的相位差是否在相位范围内。相位范围表示正 的电机转矩。在一些实施方式中，源相位模块204可以确定604电压源108的相位，反EMF 相位模块206可以确定606反EMF的相位，并且转矩模块208可以确定608相位差是否在 相位范围之内。
[0139] 如果方法600确定608相位差在相位范围之内，则方法600返回并在电机启动方 法中接通开关。如果方法600确定608相位差在相位范围之外，则方法600禁止接通610开 关模块202的开关，并且方法600返回并确定604电压源108的相位。例如，脉冲模块210 可以禁止接通610开关。方法600可以继续该启动方法，并且每当相位差在相位范围之外 时可以禁止接通610开关模块202的开关。当相位差在相位范围之外时禁止接通开关模块 202的开关通常减小电机电流、降低电机106中的热量生成，降低噪声，降低机械压力等。
[0140] 图7是示出了用于准矢量电机控制器的方法700的另一实施方式的示意性流程 图。方法700可应用于如下情形：在该情形中，电机启动器104使用用于电机启动的DFC方 法，然后当启动电机106时使用一个或更多个启动级。方法700开始，并且确定702在电机 启动方法中应用于电机106的波形的频率是否小于电压源108的基波频率的50%。如果方 法700确定702该频率小于电压源108的基波频率的50%，则方法700使用704DFC方法。 例如，电机启动器104可以包括启动模块402,启动模块402包括DFC模块404以及可能的 下一频率模块406,并且方法700可以使用DFC模块404和/或下一频率模块406以通过一 系列离散频率前进。
[0141] 如果方法700确定702电机启动方法的频率高于电压源108的基波频率的50%， 则方法700使用706分级启动方法，并且将电机分级启动应用于电机106。例如，电机启动 器104可以包括具有分级启动模块408的
[0142] IP1456118启动模块402,并且可以在DFC模块404达到最后一个离散频率之后前 进至分级启动。分级启动模块408可以包括一个或更多个启动级。方法700确定708启动 是否完成。如果方法700确定708启动没有完成，则方法700确定710电压源108的相位， 并且确定712反EMF的相位。方法700确定714电压源108的相位与反EMF的相位之间的 相位差是否在相位范围之内。相位范围表示正的电机转矩。在一些实施方式中，源相位模 块204可以确定710电压源108的相位，反EMF相位模块206可以确定712反EMF的相位， 以及转矩模块208可以确定714相位差是否在相位范围之外。
[0143] 如果方法700确定714相位差在相位范围之内，则方法700在电机启动方法中允 许接通716开关，并且方法700返回以确定702频率是否小于电压源基波频率的50%。如 果方法700确定714相位差在相位范围之外，则方法700禁止接通718开关模块202的开 关，并且方法700返回并确定702启动方法的频率是否小于电压源基波频率的50%。例如， 脉冲模块210可以禁止接通718开关。如果方法700确定708启动完成，则方法700闭合 720接触器并且结束。例如，接触器可以是图1的系统100中的接触器R。
[0144] 注意，图7所示的实施方式仅是方法700的一种实施方式，方法700可以使用不同 于50 %频率的阈值或不同的电机启动方法。例如，另一实施方式可以使用具有低于50 %的 频率上限的DFC方法。另外，方法700可以使用斜坡函数代替使用706分级方法。准矢量 控制设备102可以与各种电机启动方法一起使用或可以用于将电机106保持在特定速度。
[0145] 图8示出了准矢量电机控制器针对10马力（"HP"）电机的仿真结果。电机负载 为25%。顶部曲线图包括速度（弧度/每秒）和频率（赫兹）。图8的所有曲线图的水平 轴均为时间（秒）。中间的曲线图是电机106的转矩（牛顿米），以及底部曲线图是电机电 流（安培）。电压源108的基波频率为50Hz，并且仿真针对直到25Hz的DFC方法，然后将 50Hz电压施加到电机106,例如仿真接触器R的闭合。对于DFC方法，使用以IHz递增至 25Hz的离散频率。仿真使用具有晶闸管T的开关模块202。对于所有频率，晶闸管T具有 设定的触发角，并且当相位差在0 supply-0enf彡〇°且0supply-0Mf<3O°的相位范围内时 触发被使能。当相位差在该相位范围之外时，禁用晶闸管T，并且触发被锁定。
[0146] 注意，中间的曲线图中的转矩脉冲具有最小的负转矩脉冲。还注意，在高于约25Hz 时的速度没有低于25Hz时的速度平滑，并且转矩脉冲更分散。电机电流的底部曲线图显示 电流被脉冲化，因而平均电机电流比电流恒定时低，并且也比通常的启动方法低。较低的电 机电流通常产生较低的晶闸管结温，这使得可以选择比其它基于晶闸管的电机启动器小的 晶闸管。
[0147] 图9示出了传统软件启动方法和使用准矢量电机控制器的电机启动针对50%负 载下的IOHP电机的仿真结果。准矢量电机控制器的一种实施方式可以是本文中所描述的 准矢量控制设备102。上面的曲线图是电机速度，其中，水平轴为时间（秒），垂直轴为速度 (弧度/每秒）。针对传统软件启动器的速度被标记为902,以及针对准矢量电机控制器的 速度被标记为904。下面的曲线图包括标记为906的针对传统软件启动器的结温T j和标记 为908的针对准矢量电机控制器的结温T,。水平轴为时间（秒），垂直轴为结温T,(摄氏 度）。该仿真模拟了传统软件启动器使用MCC95双晶闸管模块以及准矢量电机控制器使用 MCC72双晶闸管模块的Allen-Bradley (注册商标）SMC (单芯片模块）启动器。
[0148] 注意，针对传统电机控制器的速度902比针对准矢量电机控制器的速度904平滑， 但针对传统软件启动器的结点温度Tj906比针对准矢量电机控制的结点温度η908高很多。 针对准矢量电机控制的较低结温Τ,可以允许将较小的晶闸管用于准矢量控制设备102,这 可以节省金钱并且可以更小。
[0149] 图10示出了 IOHP电机针对泵负载以及传统软件启动方法和使用准矢量电机控制 器的电机启动的仿真结果。上部的曲线图为电机速度，其中，水平轴为时间（秒），垂直轴为 速度（弧度/每秒）。针对传统软件启动器的速度被标记为1002,以及针对准矢量电机控制 器的速度被标记为1004。中间的曲线图为转矩（牛顿米），其中，针对传统软件启动器的转 矩被标记为1006,以及针对准矢量电机控制器的转矩被标记为1008。水平轴为时间（秒）， 垂直轴为转矩（牛顿米）。
[0150] 下部的曲线图包括被标记为1010的针对传统软件启动器的结温!；,，以及被标记为 1012的针对准矢量电机控制器的结温T,。水平轴为时间（秒），以及垂直轴为结温T,(摄 氏度）。该仿真模拟传统的软件启动器使用MCC95双晶闸管模块并且准矢量电机控制器使 用MCC72双晶闸管模块的Allen-Bradley (注册商标）SMC (单芯片模块）启动器。
[0151] 再一次，针对传统软件启动器的速度曲线图1002比针对准矢量电机控制器的速 度曲线图1004平滑。中间的曲线图显示了针对传统软件启动器的转矩1006比针对准矢 量电机控制器的转矩曲线图1008平滑，然而，如可以从下部的曲线图中看出，针对准矢量 电机控制器的离散转矩脉冲1008产生较低的结温T,，其中，针对准矢量电机控制器的结温 TjIOU比针对传统软件启动器的结温TjIOlO低很多。
[0152] 图11示出了惯性比为10的永磁式同步电机（"PMSM"）在0%负载和50%处针对 具有0°至60°的相位角差的准矢量电机控制器的仿真结果。所有曲线图的水平轴为时间 (分钟）。图11的上半部分针对0%负载，并且包括三个曲线图。关于0%负载的上面的曲 线图针对定子中的相电流（安培）。相电流被叠加。垂直轴为安培。关于〇%负载的中间 的曲线图为电机速度（转数/每分钟（"RPM")），以及