專(zhuān)利名稱(chēng)：限制到有再生能力的功率輸送系統(tǒng)的輸入電壓的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)公開(kāi)了通常且在各種實(shí)施例中涉及用于限制到具有再生能力的電源系統(tǒng) 的輸入電壓的系統(tǒng)和方法的發(fā)明。
背景技術(shù)：
諸如交流(AC)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置(drive)的功率輸送系統(tǒng)(powerdelivery system)通常可用作全再生系統(tǒng)或非再生系統(tǒng)。對(duì)于非再生系統(tǒng)而言，輸入功率從輸入電源 流向負(fù)載，并且由負(fù)載產(chǎn)生的功率被阻止流回輸入電源。在全再生系統(tǒng)中，輸入功率從輸入 電源流向負(fù)載，并且由負(fù)載產(chǎn)生的功率可流回輸入電源。在本領(lǐng)域公知的是，這樣的全再生系統(tǒng)包括有源前端以控制再生電流。然而，有源 前端可易于引起一定水平的輸入AC功率失真。為了減少該失真并且平滑AC輸入的每個(gè)支 線上的輸入電流，還公知在AC輸入的每個(gè)支線上利用線路電抗器。然而，這些線路電抗器 傾向于相對(duì)笨重并且是對(duì)失真問(wèn)題的成本高的解決方案。對(duì)于許多應(yīng)用而言，為了制動(dòng)等僅要求負(fù)載產(chǎn)生的部分功率。對(duì)于這樣的應(yīng)用，再 生系統(tǒng)通常提供比所要求的更多的再生能力。因而，大多數(shù)再生系統(tǒng)對(duì)于要求有限再生能 力的應(yīng)用而言不是非常有成本效益的。為了實(shí)現(xiàn)具有有限再生能力的驅(qū)動(dòng)裝置，公知的是利用再生電池和非再生電池的 組合來(lái)配置驅(qū)動(dòng)裝置。例如，美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)第11/419，064號(hào)(‘064申請(qǐng))公開(kāi)了這樣的 驅(qū)動(dòng)裝置。由‘064申請(qǐng)所公開(kāi)的驅(qū)動(dòng)裝置可被配置成通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)裝置中的再生電池相 對(duì)非再生電池的數(shù)目而具有變化的再生能力水平，并且每個(gè)再生電池可包括有源前端，該 有源前端包括通過(guò)脈寬調(diào)制控制的切換裝置。盡管在‘064申請(qǐng)中所公開(kāi)的驅(qū)動(dòng)裝置為要 求有限再生能力的應(yīng)用提供了有成本效益的解決方案，但是為減少由不必要的有源前端所 造成的任何失真而對(duì)隨其的線路電抗器的任何使用增加了系統(tǒng)的大小和成本。美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)11/540，232(‘232申請(qǐng))公開(kāi)了一種用于平滑到具有再生能力的功 率輸送系統(tǒng)的輸入電流的方法，并且該方法的利用消除了對(duì)在再生電池的輸入處使用線路 電抗器的需要。當(dāng)利用該方法時(shí)，功率輸送系統(tǒng)可被視為工作在六步模式(six step mode) 下。圖1說(shuō)明了可與在‘232申請(qǐng)中描述的方法一起利用的再生四象限電池的各種實(shí) 施例。再生電池的前端包括六個(gè)絕緣柵雙極型晶體管(Qap，Qbp, Qcp, Qan, Qbn和Qcn)和 六個(gè)二極管。當(dāng)驅(qū)動(dòng)裝置正在監(jiān)控并且功率正從電池輸入流到電池輸出時(shí)，前端的續(xù)流二 極管正在傳導(dǎo)電流。當(dāng)驅(qū)動(dòng)裝置正在再生并且功率正從電池輸出流到電池輸入時(shí)，絕緣柵 雙極型晶體管正在傳導(dǎo)電流。當(dāng)再生電池的前端正在六步模式下進(jìn)行切換時(shí)，由于該方法的性質(zhì)而不需要電池輸入電抗器。當(dāng)前端絕緣柵雙極型晶體管正在六步模式下進(jìn)行切換時(shí)，這些前端絕緣柵雙極型晶體管接通或斷開(kāi)二極管在非再生電池的三相二極管整流器中 自然采用的通路。圖2說(shuō)明了圖1的再生電池的前端的切換序列的各種實(shí)施例。如圖2所示，在每 1/6基本循環(huán)(60度)中，一對(duì)絕緣柵雙極型晶體管(一個(gè)來(lái)自上層橋而另一個(gè)來(lái)自下層 橋)被接通，這導(dǎo)致最高的線間電壓被施加到直流(DC)總線。因此，基本循環(huán)(360度)能 夠被認(rèn)為是分成6個(gè)窗口，其中每個(gè)窗口為60度并且接通不同的絕緣柵雙極型晶體管對(duì)。在六步模式下，電池的DC總線電壓不受控制。因此，如果線路阻抗高并且驅(qū)動(dòng)裝 置正以其中原再生電流為最高的近額定速度大量地再生(輸出轉(zhuǎn)矩很高)，則驅(qū)動(dòng)輸入電 壓可提高至其中電池中的一個(gè)或更多在DC總線過(guò)電壓故障時(shí)跳閘的點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)一般方面中，本申請(qǐng)公開(kāi)了一種用于限制到具有再生能力的功率輸送系統(tǒng) 的輸入電壓的系統(tǒng)。根據(jù)各種實(shí)施例，該系統(tǒng)包括具有多個(gè)輸入變量和至少一個(gè)輸出變量 的調(diào)節(jié)器；以及與該調(diào)節(jié)器進(jìn)行通信的累加器，其中該累加器預(yù)置調(diào)節(jié)器的輸出來(lái)促進(jìn)輸 出，以及該累加器累計(jì)與多個(gè)輸入變量有關(guān)的誤差值并且促進(jìn)調(diào)節(jié)器基于所累計(jì)的值對(duì)所 述至少一個(gè)輸出變量的改變。在另一一般方面中，本申請(qǐng)公開(kāi)了一種用于限制到具有再生能力的功率輸送系統(tǒng) 的輸入電壓的方法。根據(jù)各種實(shí)施例，該方法包括確定驅(qū)動(dòng)輸入功率值；確定Arms值；基 于Arms值確定最大功率值；基于該最大功率值和該驅(qū)動(dòng)輸入功率值來(lái)確定誤差值；并且基 于該誤差值限制轉(zhuǎn)矩參考值。本發(fā)明的各方面可由計(jì)算裝置和/或存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)程序來(lái) 實(shí)施。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可包括磁盤(pán)、裝置和/或傳播的信號(hào)。


在此通過(guò)實(shí)例結(jié)合下圖來(lái)描述本發(fā)明的各種實(shí)施例。圖1說(shuō)明了再生四象限電池的各種實(shí)施例；圖2說(shuō)明了圖1的再生電池的前端的切換序列的各種實(shí)施例；圖3說(shuō)明了用于限制到具有再生能力的功率輸送系統(tǒng)的輸入電壓的系統(tǒng)的各種 實(shí)施例；以及圖4說(shuō)明了用于限制到具有再生能力的功率輸送系統(tǒng)的輸入電壓的方法的各種 實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式在描述本方法、系統(tǒng)和資料之前，要理解本公開(kāi)內(nèi)容并不限于所描述的特定方法、 系統(tǒng)和資料，因?yàn)檫@些都可改變。還要理解，說(shuō)明書(shū)中所用的術(shù)語(yǔ)是僅用于描述特定版本或 實(shí)施例，而不意欲限制范圍。例如，如在此和在所附的權(quán)利要求書(shū)中所用的那樣，除非上下 文另外清楚指出，單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”和“該”包括復(fù)數(shù)引用物。另外，如在此所用的詞 “包括”旨在意味著“包含但不限于”。除非另外說(shuō)明，在此所用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)都具有與本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所通常理解的意思相同的意思。圖3說(shuō)明了用于限制到具有再生能力的功率輸送系統(tǒng)的輸入電壓的系統(tǒng)10的各 種實(shí)施例。根據(jù)各種實(shí)施例，該系統(tǒng)10可包括部分電源。例如，系統(tǒng)10可包括部分AC電 動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置。出于簡(jiǎn)明的原因，該系統(tǒng)10將參照三相驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行描述，并且該驅(qū)動(dòng)裝 置的輸入和輸出以單線格式(a single line format)示出。
該系統(tǒng)10包括調(diào)節(jié)器12，并且根據(jù)各種實(shí)施例，調(diào)節(jié)器12包括集成的累加器14。 調(diào)節(jié)器12和累加器14可以任何適當(dāng)?shù)姆绞?例如，硬件、軟件、固件或其組合)來(lái)實(shí)施。還 應(yīng)當(dāng)注意，該累加器僅作為實(shí)例被示為調(diào)節(jié)器的組成部分。該調(diào)節(jié)器和累加器可被實(shí)施為 兩個(gè)單獨(dú)的部件。如圖3所示，調(diào)節(jié)器12接收驅(qū)動(dòng)輸入功率反饋、輸入功率參考以及縮放的 (scaled)轉(zhuǎn)矩命令(例如Iqs Ref)。該驅(qū)動(dòng)輸入功率反饋可以任何適當(dāng)?shù)姆绞絹?lái)獲得。例 如，根據(jù)各種實(shí)施例，該驅(qū)動(dòng)輸入功率反饋可由電壓衰減器和電流互感器從三條輸入電力 線獲得。該輸入功率參考可為基于驅(qū)動(dòng)輸入電壓的計(jì)算值?？s放的轉(zhuǎn)矩命令可例如從驅(qū)動(dòng) 裝置的速度調(diào)節(jié)器接收到。根據(jù)各種實(shí)施例，到調(diào)節(jié)器12的每個(gè)輸入被傳到累加器14。累加器14處理這些 輸入并且累計(jì)在輸入信號(hào)中檢測(cè)到的誤差。該誤差可指示輸入功率參考或輸入功率反饋的 波動(dòng)。該累加器對(duì)誤差求和，并且這個(gè)誤差被用作用于確定調(diào)節(jié)器12輸出什么值作為轉(zhuǎn) 矩命令的因素。累加器的添加導(dǎo)致調(diào)節(jié)器被配置來(lái)限制轉(zhuǎn)矩參考，該轉(zhuǎn)矩參考控制到和來(lái) 自連接到驅(qū)動(dòng)裝置的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩量。調(diào)節(jié)器12對(duì)轉(zhuǎn)矩參考的限制引起再生功率經(jīng)過(guò)驅(qū) 動(dòng)裝置流回，其進(jìn)而影響由于在到驅(qū)動(dòng)裝置的輸入線處的阻抗引起的到驅(qū)動(dòng)裝置的輸入電 壓。調(diào)節(jié)器12和累加器14的工作進(jìn)一步在以下對(duì)圖4的討論中進(jìn)行解釋。圖4說(shuō)明了用于限制到具有再生能力的功率輸送系統(tǒng)的輸入電壓的方法20的各 種實(shí)施例。該方法20可被用來(lái)限制再生電流所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)輸入電壓的上升，以便防止DC 總線過(guò)電壓故障，直到驅(qū)動(dòng)輸出轉(zhuǎn)矩被減小到不會(huì)導(dǎo)致過(guò)電壓的點(diǎn)。一旦達(dá)到該點(diǎn)，由方法 20的操作所引起的轉(zhuǎn)矩限制被消除并且全部制動(dòng)轉(zhuǎn)矩是可用的。系統(tǒng)10可被用來(lái)實(shí)施方 法20。根據(jù)各種實(shí)施例，為了加速調(diào)節(jié)器12的響應(yīng)，可利用預(yù)置方案。當(dāng)出現(xiàn)實(shí)施方法20 的條件但調(diào)節(jié)器12的輸出并不控制驅(qū)動(dòng)輸出轉(zhuǎn)矩參考時(shí)，累加器14可在那個(gè)時(shí)刻被預(yù)置 為驅(qū)動(dòng)輸出轉(zhuǎn)矩參考。如圖4所示，在塊22的過(guò)程開(kāi)始時(shí)，確定驅(qū)動(dòng)裝置是否工作在六步模式下。如果 驅(qū)動(dòng)裝置工作在六步模式下，則過(guò)程進(jìn)行到塊24，在塊24確定驅(qū)動(dòng)輸入功率是否小于零。 如果驅(qū)動(dòng)輸入小于零，則過(guò)程進(jìn)行到塊26，在塊26確定Erms (或輸入電壓)是否大于預(yù)定 值。盡管該預(yù)定值在塊26被示為1. 08，但是要理解該預(yù)定值可為不同于1. 08的值。如果 在塊22-26處所做的任意確定均不是肯定的，則該過(guò)程進(jìn)行到塊28，在塊28，轉(zhuǎn)矩電流的下 限被設(shè)置為IqMax。如果在塊26確定Erms大于預(yù)定值，則該過(guò)程從塊26進(jìn)行到塊30，在塊30確定 最大功率值。最大功率值是基于Erms的。盡管最大功率值在塊30中被示為是基于等式 [-8. 75*Erms+10. 5]的，但是要明白最大功率值能夠基于與Erms有關(guān)的其它等式。從塊30，過(guò)程進(jìn)行到塊32，在塊32，最大功率值與基于驅(qū)動(dòng)輸入功率的值求和來(lái) 生成誤差值。盡管基于驅(qū)動(dòng)輸入功率的值被示為是等于驅(qū)動(dòng)輸入功率乘以負(fù)一的值，但是要明白可利用其它驅(qū)動(dòng)輸入功率值。從塊32，過(guò)程進(jìn)行到塊34，在塊34確定誤差值是否小于零。如果誤差值不小于零，則過(guò)程從塊34進(jìn)行到塊36，在塊36，調(diào)節(jié)器12工作來(lái)設(shè)置轉(zhuǎn)矩電流的下限。然而，如果在 塊34確定誤差值小于零，則過(guò)程從塊34進(jìn)行到塊38，在塊38確定下限的絕對(duì)值和轉(zhuǎn)矩電 流參考的絕對(duì)值之間的差是否大于預(yù)定值。盡管該預(yù)定值在塊38被示為0.01，但是要明白 可利用其它預(yù)定值。如果在塊38確定該差不大于預(yù)定值，則過(guò)程從塊38進(jìn)行到塊36，在塊36，調(diào)節(jié)器 12如本文上面所述的那樣工作。然而，如果在塊38確定該差大于預(yù)定值，則過(guò)程從塊38進(jìn) 行到塊40，在塊40，累加器14被設(shè)置為轉(zhuǎn)矩電流參考的絕對(duì)值。通過(guò)將累加器設(shè)置為轉(zhuǎn)矩 電流參考的絕對(duì)值，累加器14用來(lái)促進(jìn)調(diào)節(jié)器12的快速變化，例如轉(zhuǎn)矩參考的即時(shí)變化。 從塊40，過(guò)程進(jìn)行到塊36，在塊36，調(diào)節(jié)器12如本文上面所描述的那樣工作。應(yīng)當(dāng)注意，如圖4所示的上述過(guò)程可由具有相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器的處理器執(zhí)行。變量 (例如ERMS、Iqs ref)可被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中并且因此由處理器處理來(lái)確定轉(zhuǎn)矩參考的任何 適當(dāng)變化。處理器可被配置來(lái)將該信息直接發(fā)送到如上所討論的驅(qū)動(dòng)控制器。雖然在此已經(jīng)通過(guò)實(shí)例描述了本發(fā)明的若干實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員要明白 可實(shí)現(xiàn)對(duì)所述實(shí)施例的各種修改、更改和適配而不偏離由所附的權(quán)利要求書(shū)限定的本發(fā)明 的精神和范圍。
權(quán)利要求
一種用于限制到具有再生能力的功率輸送系統(tǒng)的輸入電壓的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器具有多個(gè)輸入變量和至少一個(gè)輸出變量；與調(diào)節(jié)器進(jìn)行通信的累加器，該累加器被配置來(lái)在調(diào)節(jié)器處輸出預(yù)置的輸出變量，以促進(jìn)在特定時(shí)刻在調(diào)節(jié)器處的更快輸出，其中該累加器進(jìn)一步被配置來(lái)累計(jì)與所述多個(gè)輸入變量有關(guān)的值并且促進(jìn)調(diào)節(jié)器基于所累計(jì)的值對(duì)所述至少一個(gè)輸出變量的改變；以及與調(diào)節(jié)器進(jìn)行通信的驅(qū)動(dòng)控制器，該驅(qū)動(dòng)控制器接收來(lái)自該調(diào)節(jié)器的輸出變量并且響應(yīng)于輸出變量而執(zhí)行特定功能。
2.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，所述累加器進(jìn)一步累計(jì)與多個(gè)輸入變量相關(guān)聯(lián)的誤差值。
3.權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中，所述誤差值指示所述功率輸送系統(tǒng)的電流性能。
4.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)輸入值包括以下中的至少一個(gè)輸入功率參考、 驅(qū)動(dòng)輸入功率反饋和轉(zhuǎn)矩電流參考。
5.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，所述輸出值包括輸出轉(zhuǎn)矩參考。
6.權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中，所述輸出轉(zhuǎn)矩參考被用來(lái)控制電動(dòng)機(jī)。
7.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，所述累加器與所述調(diào)節(jié)器形成整體。
8.一種用于限制到具有再生能力的功率輸送系統(tǒng)的輸入電壓的方法，該方法包括 確定驅(qū)動(dòng)輸入功率值；確定電壓有效值；在調(diào)節(jié)器處，基于電壓有效值確定最大功率值；從累加器輸出預(yù)置的驅(qū)動(dòng)輸出轉(zhuǎn)矩參考，以促進(jìn)在特定時(shí)刻的來(lái)自調(diào)節(jié)器的輸出變量；在累加器處基于該最大功率值和該驅(qū)動(dòng)輸入功率值來(lái)確定誤差值并且將該誤差值傳 到調(diào)節(jié)器；在調(diào)節(jié)器處處理該誤差值并且基于該誤差值限制轉(zhuǎn)矩參考值；以及 在驅(qū)動(dòng)控制器處處理所述輸出轉(zhuǎn)矩參考并且響應(yīng)于輸出變量而執(zhí)行特定功能。
9.權(quán)利要求8的方法，其中，進(jìn)一步包括在累加器處在一段時(shí)間上對(duì)所述誤差值進(jìn)行 求和。
10.權(quán)利要求9的方法，其中，所述限制轉(zhuǎn)矩參考值基于所述已求和的誤差值。
11.權(quán)利要求8的方法，進(jìn)一步包括確定所述轉(zhuǎn)矩參考值的最大和最小水平。
12.權(quán)利要求11的方法，進(jìn)一步包括對(duì)照預(yù)定誤差值比較所述誤差值，并且基于比較 的結(jié)果來(lái)限制轉(zhuǎn)矩參考值。
13.一種用于限制到具有再生能力的功率輸送系統(tǒng)的輸入電壓的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器具有多個(gè)輸入變量和至少一個(gè)輸出變量，其中該調(diào)節(jié)器基于所述多個(gè)輸入值確定最大功率值；與調(diào)節(jié)器進(jìn)行通信的累加器，該累加器被配置來(lái)在調(diào)節(jié)器處輸出預(yù)置的輸出變量，以 促進(jìn)在特定時(shí)刻在調(diào)節(jié)器處的更快輸出，其中該累加器進(jìn)一步被配置來(lái)累計(jì)與所述多個(gè)輸 入變量有關(guān)的值并且促進(jìn)調(diào)節(jié)器基于所累計(jì)的值對(duì)所述至少一個(gè)輸出變量的改變；以及與調(diào)節(jié)器進(jìn)行通信的驅(qū)動(dòng)控制器，該驅(qū)動(dòng)控制器接收來(lái)自調(diào)節(jié)器的輸出變量并且響應(yīng) 于輸出變量而執(zhí)行特定功能。
14.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)輸入值包括以下中的至少一個(gè)輸入功率參考、驅(qū)動(dòng)輸入功率反饋和轉(zhuǎn)矩電流參考。
15.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中，所述輸出值包括輸出轉(zhuǎn)矩參考。
16.權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中，所述輸出轉(zhuǎn)矩參考被用來(lái)控制電動(dòng)機(jī)。
17.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中，所述累加器與所述調(diào)節(jié)器形成整體。
全文摘要
用于限制到具有再生能力的功率輸送系統(tǒng)的輸入電壓的系統(tǒng)和方法。根據(jù)各個(gè)實(shí)施例，該系統(tǒng)包括具有多個(gè)輸入變量和至少一個(gè)輸出變量的調(diào)節(jié)器；以及與該調(diào)節(jié)器進(jìn)行通信的累加器，其中該累加器預(yù)置調(diào)節(jié)器的輸出以促進(jìn)快速輸出，以及該累加器累計(jì)與多個(gè)輸入變量有關(guān)的誤差值并且促進(jìn)調(diào)節(jié)器基于所累計(jì)的值對(duì)所述至少一個(gè)輸出變量的改變。
文檔編號(hào)H02M7/49GK101849346SQ200880023286
公開(kāi)日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2008年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月5日
發(fā)明者J·C·布斯菲爾德, R·加約, X·張 申請(qǐng)人:西門(mén)子工業(yè)公司