[發明專利]用于電動機的控制系統

有效

• 申請號: 201410142537.1
• 申請日: 2014-04-10
• 公開（公告）號: CN104104282B
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發明（設計）人: R·T·伯克;A·J·莫雷爾;T·J·馬丁
• 申請（專利權）人: 普羅蒂恩電子有限公司
• 主分類號: H02P5/74
• 分類號: H02P5/74
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 王勇;李科

公開了用于電動機的控制系統，該控制系統包括：被布置成控制電動機的第一部件的操作的第一控制裝置；被布置成控制電動機的第二部件的操作的第二控制裝置，其中第一控制裝置布置成將第一信號傳輸到第二控制裝置，該第一信號用于指示通過第一通信鏈路到第二控制裝置的數據傳輸，其中第二控制裝置被布置成使用第一信號的定時來使第二部件的操作與第一部件的操作同步。

技術領域

本發明涉及控制系統，特別是電動機的控制系統。

背景技術

電動機系統一般包括電動機和布置成控制由電動機產生的動力/扭矩的控制單元。已知類型的電動機的例子包括感應電動機、同步無刷永磁電動機、開關式磁阻電動機和線性電動機。在商業界中，三相電動機是可用的最常見類型的電動機。

三相電動機一般包括三個線圈組，其中每個線圈組布置成產生與交流電壓的三相之一相關聯的磁場。

為了增加在電動機內形成的磁極的數量，每個線圈組一般會具有分布在電動機的周緣周圍的多個線圈子組，其被驅動以產生旋轉磁場。

三相電動機的三個線圈組一般配置在三角形或Y形配置中。

具有DC電源的三相電動機的控制單元一般會包括產生三相電壓源的三相橋式逆變器，該三相電壓源用于驅動電動機。每個相應的電壓相被施加到電動機的相應線圈組。

一般，三相橋式逆變器將使用脈沖寬度調制（PWM）電壓控制的形式來產生三相電壓源。PWM控制通過使用電動機電感來工作以求出施加脈沖電壓的平均數來將所需的電流驅動到電動機線圈中。使用PWM控制，施加電壓跨越電動機線圈被切換。在這個接通期期間，電流在電動機線圈中以由其電感和所述施加電壓所指定的速率上升。PWM控制然后需要在電流改變得太多之前切斷，使得電流的精確控制被實現。

三相橋式逆變器包括多個開關裝置，例如電力電子開關（如絕緣柵雙極晶體管（IGBT）開關）。

然而，電力電子開關一般會出現開關損耗和導電損耗。

包括開關損耗和導電損耗的總損耗與功率的平方大致成比例。這可為電動機和逆變器帶來嚴重的熱管理問題，因為例如功率的加倍導致熱損耗的四倍增加。提取這個熱而不將裝置的溫度升高到其安全操作水平之上變成裝置可處理的功率的量中的限制因素。實際上，由于熱約束，具有例如500A的內在電流處理能力的現今較大功率裝置被限制到200A。

對于具有給定額定功率的常規三相電動機，如果期望較大的額定功率，則這可通過產生具有較大直徑的電動機來實現。對于較大的電動機直徑，針對給定的角速度，轉子的圓周速度增加。然而，對于給定的供應電壓，這要求電動機線圈具有減少的匝數。

被提出來克服這個限制的一個解決方案是開發出具有可獨立于彼此操作的多個子電動機的電動機，其中一個子電動機的線圈子組中的電流獨立于另一子電動機的線圈子組中的電流（即，各個線圈子組未串聯連接）。因此，每個線圈子組的線圈可以比其中所有各個線圈子組都串聯連接的等效電動機具有更大的匝數。在每個線圈中的增加的匝數增加了電動機的總電感。這意味著對于給定的功率要求，可在每個線圈子組的線圈中使用較低的電流，這導致較少熱耗散問題，且這允許使用較小的開關裝置。較小的開關裝置的使用進而又允許較快的開關速度和較低的開關損耗。

然而，對于具有多個獨立子電動機的電動機，其中每個子電動機具有用于控制其相應的逆變器的操作的獨立控制器，且其中在各個控制器之間沒有專用同步線，在各個子電動機之間的PWM控制將不是同步的。這可導致DC總線電壓紋波的增加，需要更大的濾波電容以維持DC總線電壓。

在每個控制器之間的專用同步線的使用將需要在每個處理器上的至少兩個額外的數字輸入/輸出線的使用，這將需要在兩個連接之間的隔離連接。此外，為了驗證專用同步線的連接性，將需要某種形式的內部同步處理以驅動并監控同步線。

改進這種情況是合乎需要的。

發明內容