CN107482972B - 用于适于感应电机的自激励的逆变器的系统和方法 - Google Patents

Abstract

电容器连接在直流电压端子之间。第一开关和第二开关的切换端子在直流电压端子之间串联连接。电机或发电机具有一个或多个绕组和与切换端子相关联的第一相输出端子。第一组阻流二极管串联连接并且第二组阻流二极管串联连接。第一电压源提供可切换到第一控制端子的第一输出电压电平和第二输出电平，其中第一输出电平与第二输出电平不同。第二电压源提供可切换到第二控制端子的所述第一输出电压电平和所述第二输出电平。

Description

用于适于感应电机的自激励的逆变器的系统和方法

相关申请

本文(包括附图)要求基于根据35U.S.C.119(e)于2016年6月6日提交的美国临时申请序号62/346,114的优先权，通过引用而将该专利申请结合到本文中。

技术领域

本发明涉及用于感应电机的自激励的系统和方法，并且更具体地，涉及用于感应发电机(例如，三相鼠笼式感应电机)的自激励的系统和方法。

背景技术

在某些现有技术中，感应发电机的绕组可以通过各种方案被激励。在第一方案下，电池连接在逆变器的直流总线两端以激励感应发电机的一个或多个绕组。在第二方案下，一组电容器连接到感应发电机的相的一个或多个绕组以激励该感应发电机的一个或多个绕组。然而，第一方案和第二方案都需要除了用于逆变器开关的驱动器电路之外的额外构件。进一步地，一组电容器会增加逆变器和感应发电机的体积、尺寸和/或重量。逆变器和感应发电机的重量的任何不必要的增加易于减少包含逆变器的车辆的燃料效率。由于上述原因，需要用于适于感应电机的自激励的逆变器的改进的系统和方法。

发明内容

根据一个实施例，逆变器系统包括极性相反的一对直流电压端子。电容器连接在直流电压端子之间。第一开关具有第一切换端子和第一控制端子。第二开关具有第二切换端子和第二控制端子。第一开关和第二开关的切换端子在直流电压端子之间串联连接。电机或发电机具有一个或多个绕组和在第一开关和第二开关之间与切换端子相关联的第一相输出端子。第一组阻流二极管串联连接并且第二组阻流二极管串联连接。第一电压源提供可切换到第一控制端子的第一输出电压电平和第二输出电平，其中第一输出电平与第二输出电平不同。第二电压源提供可切换到第二控制端子的所述第一输出电压电平和所述第二输出电平。

在启动模式中，电源经由第一组阻流二极管和第二组阻流二极管向电容器提供第一输出电平或电能，以对电容器充电(例如，涓流充电)，从而能够激活在与第一相输出端子相关联的一个或多个绕组中的交流通量的自激励。充电后的电容器提供初始电能以克服感应电机、逆变器和导体(例如，电缆)的损耗，使得(例如，在过渡激励模式中) 当感应电机的转子被转动能量源转动时，在过渡激励模式中，感应电机可以在感应电机的一个或多个定子绕组中自激励或感应持续的交流电流；其中逆变器可以将交流电流转换成直流电压端子上的适当的直流电压(例如，高电压)。

附图说明

图1是用于感应电机的自激励的逆变器的第一相和相关联的驱动器的示意图的一个实施例。

作为图2A和图2B的统称的图2是具有连接到感应电机或发电机的三个相的逆变器系统的示意图的一个实施例，其中逆变器系统被布置成自激励感应电机。

图3A是逆变器系统、有源负载和无源负载的示意图的另一实施例，逆变器系统连接到感应发电机，有源负载包括次级逆变器和电动马达，无源负载包括切换式电阻负载。

图3B是逆变器系统、有源负载和电池的示意图的另一实施例，逆变器系统连接到感应发电机，有源负载包括次级逆变器和电动马达，电池在放电后可以用作无源负载。

图4是逆变器系统、有源负载的示意图的还一实施例，逆变器系统连接到感应发电机，有源负载包括次级逆变器和电动马达。

图5A是图示与驱动器相关联或与用于驱动器的控制器相关联的模块(例如，软件)的一个可能的实施例的方框图。

图5B是图示与用于控制逆变器的操作模式的模块(例如，软件) 或逻辑电路的一个可能的实施例的方框图。

图6A是说明性曲线图，表示其中在启动模式、过渡激励模式和在操作模式中接近或实现目标激励满电压的过程中，电容器的激励电压的增加相对于时间的一个可能波形。

图6B是说明性曲线图，表示其中在启动模式、过渡激励模式和在操作模式中接近或实现目标激励满电压的过程中，电容器的激励电压的增加相对于时间的另一可能波形。

图7是方框图，图示了驱动器控制器、驱动器、逆变器、感应电机和诸如内燃机之类的原动机的一个可能构造。

图8是用于感应电机的自激励的方法的流程图的一个实施例。

图9是用于感应电机的自激励的方法的流程图的另一实施例。

具体实施方式

图1是逆变器系统11的单个相或第一相和相关联的第一相驱动器18的示意图的一个实施例。根据一个实施例，逆变器系统11包括极性相反的一对直流电压端子(28、30)(例如，直流电压总线)。电容器26(C_DC)连接在直流电压端子(28、30)之间。逆变器的每个相都包括一对开关，如第一开关12(A₁)和第二开关14(A2)。第一开关12(A₁) 具有第一切换端子54和第一控制端子50。第二开关14(A2)具有第二切换端子56和第二控制端子52。第一开关12和第二开关14的切换端子(54、56)在第一相输出端子处53串联连接在直流电压端子(28、30)(例如，在图1中的直流正端子和直流负端子)之间。本文中，直流电压端子(28、30)的含义将与直流总线相同。

在一个实施例中，如果第一开关12包括晶体管，如双极结型晶体管或绝缘栅双极结型晶体管(IGBT)，则第一切换端子54包括发射极和集电极。第一开关12的第一控制端子50可以包括第一开关12 的栅极或基极。在一个实施例中，如果第一开关12包括场效晶体管，则第一切换端子54包括源极和漏极。第一开关12的第一控制端子 50可以包括栅极或基极。

类似地，在一个实施例中，如果第二开关14包括晶体管，如双极结型晶体管或绝缘栅双极结型晶体管(IGBT)，则第二切换端子56 包括发射极和集电极。第二开关14的第二控制端子52可以包括第二开关14的栅极或基极。在一个实施例中，如果第二开关14包括场效晶体管，则第二切换端子56包括源极和漏极。第二开关14的第二控制端子52可以包括第二开关14的栅极或基极。

保护二极管或续流二极管(13、15)可以连接在每个开关的切换端子(54、56)之间以保护开关免于在第一开关12和第二开关14的切换过渡过程中产生的瞬态电流。例如，当第一开关12被切断并且感应马达绕组、马达或感应电机55引起能量尖峰时，第一保护二极管13 可以导电以耗散与电能尖峰相关联的瞬态能量。类似地，当第二开关 14被切断并且感应马达绕组或马达引起能量尖峰时，第二保护二极管15可以导电以耗散与电能尖峰相关联的瞬态能量。

电机55(在图2中)或发电机具有一个或多个绕组(57、157、257 在图2中)。关于图1，第一相输出端子53在第一开关12和第二开关 14之间与切换端子(54、56)相关联，并且第一相输出端子53可以连接或连接到电机55的绕组(例如，相绕组)。

第一相驱动器18(例如，第一驱动器)包括第一电源22和第二电源24，第一电源22和第二电源24被(例如，使用控制开关(S1、S2、 S3和S4)的驱动器控制器或电子数据处理系统100控制、调节或切换。在一个实施例中，第一电源22包括第一电压源38和次级电压源40。在另一个实施例中，第二电源24包括第一电压源38和次级电压源40。在某些实施例中，第一电源22和第二电源24都不能够提供足够的电流以在感应电机55中直接地建立必要的电磁通量或足够的激励，使得在启动模式中，涓流充电技术用于在感应电机55中建立电磁通量或足够的激励以用于进入过渡激励模式中。涓流充电表示用比阈值电流强度低的较低电流强度，在直流电容器26或直流总线的一段时间内缓慢或逐渐的充电，该阈值电流强度例如为用于在感应电机55中立刻地和直接地建立(例如，可以是操作模式的特性的)电磁通量或足够的目标激励电压的阈值电流。即，涓流充电使逆变器系统 11准备进入过渡激励模式中以作为操作模式的中间准备。例如，在平坦的平行板电容器中的以焦耳为单位的存储能量(E)可以被建模成等于

其中C是以法拉第为单位的电容并且V是以伏特为单位的电压。

在一个实施例中，第一相驱动器18包括第一偏压网络33；第一偏压网络33包括第一组阻流二极管32，第一组阻流二极管32串联在直流端子(28)中的一个和节点37之间，该节点37与第一电源22 和第一相驱动器18的第一控制开关42相关联。在一个实施例中，第一相驱动器18包括第二偏压网络35；第二偏压网络35包括第二组阻流二极管34，第二组阻流二极管34串联在第一相输出端子53和节点39之间，该节点39与第二电源24和第一相驱动器18的第三控制开关46相关联。

在一个构造中，第一电源22向第一控制端子50提供(经由控制开关(42、44))可切换的第一输出电压电平(例如，+15伏特直流电流 (VDC))和第二输出电平(例如，-8伏特直流电流(VDC))，其中第一输出电平与第二输出电平不同。类似地，第二电源24向第二控制端子52提供(经由控制开关(42、44))可切换的第一输出电压电平和第二输出电平。

在一个实施例中，在第一控制端子50和节点37处的第一输出电压电平之间，第一电源22与第一控制开关42(S₁)相关联；在第一控制端子50和处于第二输出电平的节点之间，第一电源22与第二控制开关44(S₂)相关联。一个或多个电阻器可以与第一控制端子50相关联。例如，第一输入电阻器20(例如，栅极电阻器，R_G1)连接在第一控制端子50和第一控制开关42的端子之间，并且第二输入电阻器 21(例如，栅极电阻器，R_G2)连接在第一控制端子50和第二控制开关 44的端子之间。在实践中，第二控制开关44可以被开启以(例如，通过基于半导体构造或第一开关的掺杂，根据需要保持负的栅极-源极电压或适当的偏压电压)将第一开关12保持或偏压在关闭模式中。

类似地，第二电源24与在第二控制端子52和位于节点39处的第一输出电压电平之间的第三控制开关46(S₃)，和在第二控制端子52 和处于第二输出电平的节点之间的第四控制开关48(S₄)相关联。一个或多个电阻器可以与第二控制端子52相关联。例如，第一输入电阻器20(例如，栅极电阻器，R_G1)连接在第二控制端子52和第三控制开关46的端子之间，并且第二输入电阻器21(例如，栅极电阻器，R_G2) 连接在第二控制端子52和第四控制开关48的端子之间。

图6A和图6B示出在启动模式和过渡激励模式中，电容器(例如， 26)中的激励直流电压相对于时间(或在直流总线端子(28、30)两端)的增加或上升的波形的说明性示例。电容器(例如，26)中的直流电压到达或接近操作模式中的目标激励满电压。

如本文中所用，启动模式(例如，弱预充电模式)将表示如下模式：其中没有逆变器开关(例如，图1中的12、14或图2中的12、14、112、 114、212、214)的(允许)切换并且电容器正在充电或被充电(例如，涓流充电)到初始启动电压(电平)、初步电压、初始电压电平或能量水平，所述初始电压电平或能量水平能够：：(1)足以使逆变器开关(例如，图1中的12、14或图2中的12、14、112、114、212、214)开始操作， (2)大于或等于最小操作阈值直流(DC)电压，(3)支持过渡激励模式以根据感应电机(例如，55)的自激励通过感应电机(例如，55)的运动的转子引起的电磁场将直流总线电压从初始启动电压增加或升高到直流目标操作电压。例如，感应电机55的转子可以由从内燃机、风力涡轮机、水力发电涡轮机、风力转子叶片、车轮或另一转动能量源施加的转动能量移动，以在感应电机55的一个或多个绕组中引起或自激励电能。

过渡激励模式可以发生在启动模式之后和操作模式之前的时间周期中。过渡激励模式是如下模式：其中逆变器开关(例如，图1中的12，14)的切换可以发生(例如，与直流电压的增加一致)。实际上，在最小操作阈值直流电压和直流目标操作阈值电压之间的过渡激励模式可以由从最小直流操作阈值电压增加到直流目标操作阈值电压的一个或多个大致线性的斜率或曲线斜率表征。

操作模式将表示如下发电模式：其中感应电机或感应发电机可以或正在响应于来自转动能量源的转动能量的应用而生成电能。

过渡激励模式将表示以下各项中的一个或多个：(1)时窗模式，在启动模式之后和操作模式之前，所述时窗模式出现；或(2)在启动模式之后和在操作模式的初始时间周期过程中，同时在发电模式中由感应电机生成的交流电流或相关联的电压输出正在增加或升高到目标操作电压输出(例如，均方根电压输出或直流母线电压)的模式。可以在逆变器的直流端子处观察到目标操作电压输出，所述直流端子连接到感应电机以在发电模式中将感应电机的交流输出转换成直流输出。在一个实施例中，自激励过程(例如，其中感应电机生成可持续的电能以克服感应电机和逆变器中的损耗)出现在过渡激励模式中，过渡激励模式在操作模式之前或在操作模式中。例如，过渡激励模式包括在最小直流操作阈值电压和直流目标操作阈值电压之间的、当逆变器开关可以(例如，在小于峰值交流输出电压的电压下)专门地基于启动模式之后的激励而操作时的时间周期。

在启动模式(例如在过渡激励模式或自激励过程之前)中，第一电源22和第二电源24中的每一个在第一电压电平(例如，大约+15伏特直流电流(VDC))下经由第一组阻流二极管32和第二组阻流二极管 34向电容器26(C_DC)连续地同时地提供电能，以对电容器26涓流充电，以在与第一相输出端子53相关联的(例如感应电机55的)一个或多个绕组中启动交流通量的自激励。共同地，用于对电容器26涓流充电的电压大约是第一电压电平的两倍，小于第一组阻流二极管32 和第二组阻流二极管34的正向偏压二极管的电压降并且小于任何电阻器36中的电压降。

在对电容器26充电之后的操作模式中(例如，或在过渡激励模式中)，电源(22，24)施加第一输出电平以用于激活第一开关12或第二开关14，而电源(22，24)施加第二电平以根据驱动器控制器或电子数据处理系统100的调制命令(例如，空间矢量脉宽调制命令或脉宽调制命令)用于使第一开关12或第二开关14失效或去激励。

在启动模式之后并且在过渡激励模式中，第一组和第二组阻流二极管(32、34)被反向偏压使得在过渡激励模式中，电源对充电没有贡献，其中直流电压的增加专门地或单独地基于由在发电机中移动的转子生成或引起的电磁场。

共同地，启动模式和过渡激励模式将被称为自激励阶段或启动阶段。因为自激励阶段包括启动模式和过渡激励模式，所以自激励阶段或启动阶段的含义与启动模式不完全相同。

在一个实施例中，感应电机55可以包括感应发电机或感应电机，如三相鼠笼式感应电机(SCIM)。

启动模式(例如，弱预充电模式)和操作模式是相互排斥的并且不同时发生。例如，当由电容器26存储的电荷足以激励或自激励感应发电机(例如，55)的一个或多个绕组时，过渡可以发生(例如，在过渡激励模式中)在启动模式(例如，弱预充电模式)和操作模式之间，感应发电机能够在操作模式中在直流端子(28、30)上生成高压电能(例如， 200伏特或更大的直流电流)。在过渡激励模式中或在操作模式的初始时间周期过程中，高压电能在启动模式中在直流端子(28、30)之间从启动电压升高。在过渡激励模式中，在直流端子上的电压升高完成之前向直流端子(28、30)引入负载(例如，可切换负载)可能是过早或不成熟的，因为在直流总线上过早引入负载可能妨碍电容器26中的用于在直流端子上维持升高到目标输出电压的足够能量存储。

在一个构造中，在启动模式中，第一控制开关42(S₁)和第三控制开关46(S₃)关闭或失效，然而在启动模式中，第二控制开关44(S₂)和第四控制开关48(S₄)开启或激活以使第一开关12(A₁)和第二开关 14(A2)失效。为控制第一开关12和第二开关14，在感应电机(例如，感应发电机)的与第一相输出端子53相关联的一个或多个(定子)绕组中，在来自由电容器26提供的直流电流的(转动)磁场和电场的自激励之后，第一控制开关42和第三控制开关46根据来自控制器的调制命令(例如，脉宽调制(PWM))在操作模式中分别地在关闭和开启之间交替。

在一个实施例中，感应电机55或发电机包括下述这种感应电机：该感应电机没有连接在直流电压端子(28、30)之间的任何能量存储装置的，除了电容器26，并且没有连接到第一相输出端子53或与感应电机的其交流端子对应的任何其它相输出端子(153、253)的任何电容器。在某些实施例中，感应电机55不包括用于转子绕组、定子绕组或二者或在转子绕组、定子绕组或二者中的任何永磁体。

在自激励方案已经被初始化之前和在启动模式中，第一组二极管 32(D₁)和第二组二极管34(D₂)被正向偏压并且将直流总线(28、30)充电到初级电压或启动电压，如大约20伏特直流(VDC)电压或更大(例如，在第一时间周期的末尾，在图6B中的T₁处)。在过渡激励模式中(例如，在自激励方案被初始化之后)或在感应电机55的操作模式中，随着直流端子(28、30)之间的电压上升、增加、或升高到最终的、峰值的或稳态的次级电压(例如次级电压电平或大约200伏特直流电压或更高的高电压)，第一组二极管32和第二组二极管34被反向偏压。在过渡激励模式或操作模式中，随着感应发电机将机械转动能量转换成电能，第一组二极管32和第二组二极管34的反向偏压由在感应发电机或感应电机55的第一相绕组57(例如，相A)中引起的交流电流引起。二极管(32、34)的反向偏压终止直流电容器26的涓流充电。

在图6B中，直流总线端子两端的最终的、峰值的或稳态的次级电压可以包括在第三时间周期T₃的结尾处的或在第四时间周期T₄的过程中的直流目标操作电压。在一个实施例中，次级电压＝启动电压+ 过渡电压，该过渡电压在到达最终的、峰值的、稳态的次级电压或直流目标操作电压之前的一段时间内升高或改变。例如，次级电压可以从大约20伏特直流电压(VDC)升高到大约200伏特直流电压或更大，其中初级电压是大约20伏特直流电压。在过渡激励模式或操作模式中，随着感应发电机将机械转动能量转换成电能，第一组二极管32 和第二组二极管34的反向偏压由在感应发电机或感应电机55的第一相绕组57(例如，相A)中引起的交流电流引起。

在自激励方案被初始化之前，在启动模式中，第一开关12(A1) 和第二开关14(A2)被关断。在操作模式中，在自激励方案被初始化时，驱动器控制器(例如，第一相驱动器18)或电子数据处理系统100根据控制系统控制第一开关12和第二开关14的切换状态(开启或关断状态)。例如，在启动模式中，第二控制开关44和第四控制开关48开启以在启动模式中保持第一开关12和第二开关关闭。然而，在操作模式中，第一控制开关42和第二控制开关44在开启和关断之间交替；例如根据第一相驱动器18的调制命令(例如，脉宽调制或空间矢量脉宽调制)，第三控制开关46和第四控制开关48在开启和关断之间交替。

在一个实施例中，第一输出电压电平(例如，+15VDC)大于第二输出电压电平(例如，-8VDC)，并且电容器26被充电到大约是第一电压电平两倍的初级电压(例如，初级电压电平)，小于与第一组二极管32和与第一组二极管32串联的第一电阻器36相关联的第一电压降，并且小于与第二组二极管34和与第二组二极管34串联的第二电阻器36相关联的第二电压降。虽然第一电阻器和第二电阻器可以包括一千欧的电阻器，但是任何其它适当的电阻可以用于设置、限制或管理对电容器26涓流充电的电流的强度。

图2是具有连接到感应电机55或发电机的三个相的逆变器系统 111的示意图的一个实施例，其中逆变器系统111包括一个或多个驱动器(18、118、218)。图2的逆变器系统111类似于图1的逆变器系统11，除了图2的系统111具有三个相的开关和驱动器，然而图1 的逆变器系统11仅具有单个相的开关和驱动器。进一步地，图2的系统图示了感应电机55或感应发电机到逆变器系统的连接或联接。在图1和图2中的类似的附图标记指示类似的元件或特征。

图2的第一相(或相A)与图1的逆变器系统的描述是相同的。第二相(相B)和第三相(相C)类似于第一相(相A)，除了每个相与具有交流信号(例如，大致正弦波形)的输出端子(53、153、253)相关联，交流信号具有与其他相的其他交流信号不同的相。

在图2中，图2的第二相包括具有第三切换端子154和第三控制端子150的第三开关112。第四开关114具有第四切换端子156和第四控制端子152。第三开关112和第四开关114的切换端子(154、156) 在直流电压端子(28、30)之间串联连接。

在一个实施例中，如果第三开关112包括晶体管，如双极结型晶体管或IGBT，则第三切换端子154包括发射极和集电极。第三开关 112的第三控制端子150可以包括第三开关112的栅极或基极。在一个实施例中，如果第三开关112包括场效晶体管，则第三切换端子154包括源极和漏极。第三开关112的第三控制端子150可以包括栅极或基极。

类似地，在一个实施例中，如果第四开关114包括晶体管，如双极结型晶体管或IGBT，则第四切换端子156包括发射极和集电极。第四开关114的第四控制端子152可以包括第四开关114的栅极或基极。在一个实施例中，如果第四开关114包括场效晶体管，则第四切换端子156包括源极和漏极。第四开关114的第四控制端子152可以包括第四开关114的栅极或基极。

在第二相中，保护二极管或续流二极管(113、115)可以连接在每个开关(112、114)的切换端子之间，以保护开关免于在第三开关112 和第四开关114的切换过渡过程中产生的瞬态电流。例如，当第三开关112被切断并且感应马达绕组、马达或感应电机55引起能量尖峰时，第三保护二极管113可以导电以耗散与电能尖峰相关联的瞬态能量。类似地，当第四开关114被切断并且感应马达绕组或马达引起能量尖峰时，第四保护二极管115可以导电以耗散与电能尖峰相关联的瞬态能量。电机55或发电机具有一个或多个绕组(57、157、257)。第二相输出端子153与第三开关112和第四开关114之间的切换端子 (154、156)相关联。在一个构造中，第一相输出端子53连接到第一绕组53并且第二相输出端子153连接到感应电机55或发电机的第二绕组157。在一些构造中，第一绕组、第二绕组和第三绕组可以被构造成有共用节点56，该共用节点56电接地到接地点、底盘接地点或底盘中性点。

第二相驱动器118包括第三电源122和第四电源124，第三电源 122和第四电源124被驱动器模块614、控制器或电子数据处理系统100控制、调制或切换。在一个实施例中，第三电源122包括第一电压源38和次级电压源40。同时，第四电源124包括第一电压源38 和次级电压源40。

在一个实施例中，第二相驱动器118包括第三偏压网络133；第三偏压网络133包括第三组阻流二极管132，第三组阻流二极管132 串联在直流端子28中的一个和节点137之间，该节点137与第三电源122和第二相驱动器118的第五控制开关142(S₅)相关联。在一个实施例中，第二相驱动器118包括第四偏压网络135；第四偏压网络 135包括第四组阻流二极管134，第四组阻流二极管134串联在第二相输出端子153和节点139之间，该节点139与第四电源124和第二相驱动器118的第七控制开关146(S₇)相关联。

在一个构造中，逆变器111的第一相输出端子53和第二相输出端子153并联到感应电机55或感应电机55的相应的相绕组，以共同地增强第一电源22、次级电压源24、第三电压源122和第四电压源 124的输出功率容量，以辅助感应电机的自激励(例如，减少过渡激励模式的持续时间或在过渡激励模式中从启动电压增加到直流目标操作电压的直流电压的升高的斜率)。

在一个实施例中，第一输出电平经由第一组阻流二极管32和经由第二组阻流二极管34向电容器26提供电能，以对电容器26充电或涓流充电，以实现启动电压电平而在(例如，在过渡激励模式中)(感应电机55的)与第一相输出端子53相关联的一个或多个绕组中开始交流通量的自激励。在一个实施例中，第一输出电平经由第三组阻流二极管132和经由第四组阻流二极管134向电容器26提供电能，以对电容器26充电或涓流充电，以实现初级电压电平或启动电压电平而在(例如，在过渡激励模式中)(感应电机55的)与第二相输出端子153相关联的一个或多个绕组中开始交流通量的自激励。

一个或多个电阻器可以与第三控制端子150和第四控制端子152 相关联。例如，第一输入电阻器20(例如，第一栅极电阻器)连接在第三控制端子150和第五控制开关142(S₅)的端子之间，而第二输入电阻器21(例如，第二栅极电阻器)连接在第三控制端子150和第六控制开关144(S₆)的端子之间。例如，第一输入电阻器20(例如，第一栅极电阻器)连接在第四控制端子152和第七控制开关146(S₇)的端子之间，而第二输入电阻器21(例如，第二栅极电阻器)连接在第四控制端子 152和第八控制开关148(S₈)的端子之间。

第三电源122(经由第五控制开关142和第六控制开关144)向第三开关112的第三控制端子150提供可切换的第一输出电压电平和第二输出电平，其中第一输出电平与第二输出电平不同。第四电源 124(经由第七控制开关146和第八控制开关148)向第四开关114的第四控制端子152提供可切换的第一输出电压电平和第二输出电平。

在一个实施例中，第三电源122与处于第一输出电压电平的节点 137相关联，其中第五控制开关(S₅)142控制或切换节点137和第三开关112的第三控制端子150之间的电连接；第三电源122与处于第二输出电压电平的节点相关联，其中第六控制开关(S₆)144控制或切换处于第二输出电平的节点和第三控制端子150之间的电连接。

在一个实施例中，第三电源122(例如，第三电压源)向第三开关 112的第三控制端子150提供可切换的第一输出电压电平和第二输出电平。第一输出电平经由第三组阻流二极管132向电容器26提供电能，以对电容器26涓流充电，以用于在与第二相输出端子153相关联的第二绕组157中自激励交流通量。

类似地，利用连接在第四控制端子152和处于第一输出电平的节点139之间的开关端子，第四电源124与第七控制开关(S₇)相关联；利用处于第二输出电平的节点和第四控制端子152之间的开关端子，第四电源124与第八控制开关(S₈)148相关联。第四电压源124(经由第七控制开关146和第八控制开关148)向第四开关114的第四控制端子152提供可切换的第一输出电压电平和第二输出电平。第一输出电平经由第四组阻流二极管134向电容器26提供电能，以对电容器26(例如，涓流)充电，以用于在与第二相输出端子153相关联的第二绕组157中激励或自激励交流通量。

在一个构造中，在启动模式中，第五控制开关(S₅)142和第七控制开关(S₇)146关闭，或失效。在启动模式中并且在操作模式(例如，感应电机55的发电模式)之前，第三开关(B₁)112和第四开关114(B₂) 关断。进一步地，在一个实施例中，第六控制开关144在启动模式中开启以保持第三开关(B₁)112关闭，并且第八控制开关148在启动模式中开启以保持第四开关(B₂)114在启动模式中关闭。

在启动模式中，第三电源122和第四电源124中的每一个经由第三组阻流二极管132和第四组阻流二极管134在第一电压电平下向电容器26连续同时地提供电能，以对电容器26充电(例如涓流充电)以用于激励或自激励电磁场以在与第二相输出端子153相关联的第二绕组157中产生(转动和)交流电流。共同地，用于对电容器26充电(例如，涓流充电)的电压大约是第一电压电平的两倍，小于第三组二极管132和第四组二极管134的正向偏压二极管的电压降并且小于任何适当的电阻器36中的电压降。

在将电容器26充电(例如，完全地充电或涓流充电)到启动电压或初级电压(例如，足以能使逆变器或过渡模式生效的预充电电压)以之后的操作模式中，第一输出电平可以用于激活第三开关112或第四开关114，而第二输出电平用于根据第二相驱动器118、驱动器控制器或电子数据处理系统100的调制命令(例如，脉宽调制命令)使第三开关112或第四开关114失效。如上所述，启动模式(例如，弱预充电模式)和操作模式是相互排斥的并且不同时发生。

在操作模式中(例如，或在过渡激励模式中)，在与第二相输出端子153相关联的一个或多个绕组中自激励交流通量之后，第五控制开关142、第六控制开关144、第七控制开关146和第八控制开关148 根据来自控制器的调制命令(例如，脉宽调制(PWM))或空间矢量脉宽调制(SVPWM)在关闭和开启之间交替。在自激励方案已经被初始化之前，第三组二极管132和第四组二极管134(以及，更一般地，二极管D₁到D₆)被正向偏压并且在直流电压端子(28、30)两端将电容器26 充电到启动电压或初级电压，如大约20伏直流电压或用于对电容器 26充电(例如，涓流充电或渐进充电)的另一适当的充电电压。在过渡激励模式中或在操作模式中，随着直流端子(28、30)之间的电压上升高于启动电压，升高到初始次级电压(例如，30伏直流电压)，第三组二极管132和第四组二极管134被反向偏压。

在过渡激励模式中(例如，在自激励方案被初始化之后)或在感应电机55的操作模式中，随着直流端子(28、30)之间的电压上升或升高到最终的、峰值的或稳态的次级电压(例如大约200伏特直流电压或更高的高电压)，第一组二极管32和第二组二极管34被反向偏压。例如，在图6B中，最终的、峰值的或稳态的次级电压可以包括在第三时间周期T3的结尾处的或在第四时间周期T4的过程中的直流目标操作电压。在一个实施例中，次级电压＝启动电压+过渡电压，过渡电压在到达最终的、峰值的、稳态的次级电压或直流目标操作电压之前的一段时间内升高或改变。例如，次级电压可以从大约30伏特直流电压(VDC)升高到大约200伏特直流电压或更大，其中初级电压是大约20伏特直流电压。

在操作模式中自激励方案被初始化时，第二相驱动器118、驱动器控制器或电子数据处理系统100根据控制系统(例如，脉宽调制或空间矢量脉宽调制)控制第三开关112和第四开关114的切换状态(开启或关断状态)。相应地，在操作模式中，第五控制开关142和第六控制开关144在开启和关断之间交替，并且第七控制开关146和第八控制开关148在开启和关断之间交替。

在一个实施例中，第一输出电压电平(例如，+15VDC)大于第二输出电压电平(例如，-8VDC)，并且电容器26被充电到大约是第一电压电平两倍，小于与第三组二极管132和与第三组二极管132串联的第一电阻器36相关联的第一电压降，并且小于与第四组二极管134 和与第四组二极管134串联的第二电阻器36相关联的第二电压降。虽然第一电阻器36和第二电阻器36可以包括一千欧的电阻器，但是任何其它适当的电阻可以用于设置、限制或管理对电容器26涓流充电的电流的强度。

在图2中，图2的第三相包括具有第五切换端子254和第五控制端子250的第五开关212。第六开关214具有第六切换端子256和第六控制端子252。第五开关212和第六开关214的切换端子(254、256) 在直流电压端子(28、30)之间串联连接。

在一个实施例中，如果第五开关212包括晶体管，如IGBT或双极结型晶体管，则第五切换端子254包括发射极和集电极。第五开关 212的第五控制端子250可以包括第五开关212的栅极或基极。在一个实施例中，如果第五开关212包括场效晶体管，则第五切换端子256包括源极和漏极。第五开关212的第五控制端子250可以包括栅极或基极。

类似地，在一个实施例中，如果第六开关214包括晶体管，如双极结型晶体管或IGBT，则第六切换端子256包括发射极和集电极。第六开关214的第六控制端子252可以包括第六开关214的栅极或基极。在一个实施例中，如果第六开关214包括场效晶体管，则第六切换端子256包括源极和漏极。第六开关214的第六控制端子252可以包括第六开关214的栅极或基极。

在第三相中，保护二极管或续流二极管(213、215)可以连接在每个开关的切换端子之间，以保护开关免于在第五开关212和第六开关 214的切换过渡过程中产生的瞬态电流。例如，当第六开关214在开启状态中时，第五保护二极管213可以导电，而当第五开关212在开启状态中时，第六保护二极管215可以导电。

电机55或发电机具有一个或多个绕组(57、157、257)。第三相输出端子253与第五开关212和第六开关214之间的切换端子(254、 256)相关联。在一个构造中，第三相输出端子253连接到感应电机55 或发电机的第三绕组257。在一些构造中，第一绕组、第二绕组和第三绕组可以被构造有共用节点56，该共用节点56电接地到接地点、底盘接地点或底盘中性点。

第三相驱动器218包括第五电源222和第六电源224，第五电源 222和第六电源224被驱动器模块614、驱动器控制器或电子数据处理系统100控制、调制或切换。在一个实施例中，第五电源222包括第一电压源38和次级电压源40。同时，第六电源224包括第一电压源38和次级电压源40。

在一个实施例中，第三相驱动器218包括第五偏压网络233；第五偏压网络233包括第五组阻流二极管232，第五组阻流二极管232 串联在直流端子28中的一个和节点237之间，该节点237与第五电源222和第三相驱动器218的第九控制开关242(S₉)的端子相关联的。在一个实施例中，第三相驱动器218包括第六偏压网络235；第六偏压网络235包括第六组阻流二极管232，第六组阻流二极管232串联在第三相输出端子253和节点239之间，该节点239与第六电源224 和第三相驱动器218的第十一控制开关246(S₁₁)相关联。

一个或多个电阻器可以与第五控制端子250和第六控制端子152 相关联。例如，第一输入电阻器20连接在第五控制端子250和第九控制开关242的端子之间，而第二输入电阻器21连接在第五控制端子250和第十控制开关244的端子之间。例如，第一输入电阻器20 连接在第六控制端子252和第十一控制开关246的端子之间，而第二输入电阻器21连接在第六控制端子252和第十二控制开关248的端子之间。

第五电源222(经由第九控制开关242和第十控制开关244)向第五开关212的第五控制端子250提供可切换的第一输出电压电平或第二输出电平，其中第一输出电平与第二输出电平不同。第六电源 224(经由第十一控制开关246和第十二控制开关248)向第六开关214 的第六控制端子252提供可切换的第一输出电压电平和第二输出电平。

在一个实施例中，第五电源222与处于第一输出电压电平的节点 237相关联，其中第九控制开关(S₉)242控制或切换节点237和第五开关212(C₁₎的第五控制端子250之间的电连接；第五电源222与处于第二输出电压电平的节点相关联，其中第十控制开关(S₁₀)244控制或切换位于第二输出电平下的节点和第五控制端子250之间的电连接。在一个实施例中，第五电源222(例如，第五电压源)向第五开关212 的第五控制端子250提供可切换的第一输出电压电平和第二输出电平。第一输出电平经由第五组阻流二极管232向电容器26提供电能，以对电容器26充电(例如，涓流充电)，以用于在与第三相输出端子 253相关联的第三绕组257中激励或自激励交流通量。

类似地，利用连接在第六控制端子252和处于第一输出电平的节点239之间的开关端子，第六电源224与第十一控制开关(S₁₁)相关联；利用处于第二输出电平的节点和第六控制端子252之间的开关端子，第六电源224与第十二控制开关(S₁₂)248相关联。第六电源224向第六开关214(C₂)的第六控制端子252提供可切换的第一输出电压电平和第二输出电平。第一输出电平经由第六组阻流二极管234向电容器 26提供电能，以对电容器26充电(例如，涓流充电)，以用于在与第三相输出端子253相关联的第三绕组257中激励或自激励交流通量。

在一个构造中，在启动模式(例如，弱预充电模式)过程中，第九控制开关(S₉)242和第十一控制开关(S₁₁)246关闭或失效。在启动模式中并且在操作模式(例如，感应电机55的发电模式)之前，第五开关 (C₁)212和第六开关(C₂)214关断。进一步地，在一个实施例中，第十控制开关244在启动模式中开启以保持第五开关(C₁)212关闭，并且第十二控制开关248在启动模式中开启以保持第六开关(C₂)214在启动模式中关闭。

在启动模式(例如，弱预充电模式)中，每个第五电源222和第六电源224经由第五组阻流二极管232和第六组阻流二极管234在第一电压电平下向电容器26连续同时地提供电能，以对电容器26充电(例如，涓流充电)，以用于激励或自激励电磁场以在与第三相输出端子 253相关联的第三绕组257中产生(转动和)交流电流(例如，以能使进入过渡激励模式中)。共同地，用于对电容器26充电(例如，涓流充电)的电压大约是第一电压电平的两倍，小于第五组二极管232和第六组二极管234的正向偏压二极管的电压降并且小于任何适当的电阻器36中的电压降。

在将电容器26充电(例如，部分地或完全地充电)到启动电压或初级电压(例如，足以能使的逆变器开关生效)之后的操作模式中，第一输出电平可以用于激活第五开关212或第六开关214，而第二输出电平用于根据第三相驱动器218、驱动器控制器或电子数据处理系统 100的调制命令(例如，脉宽调制命令)使第五开关212或第六开关214 失效。启动模式(例如，弱预充电模式)和操作模式是相互排斥的并且不同时发生。

在操作模式中(例如，或在过渡激励模式中)，在与第三相输出端子253相关联的一个或多个绕组中自激励交流通量之后，第九控制开关242、第十控制开关244、第十一控制开关246和第十二控制开关 248在操作模式中根据来自控制器的调制命令(例如，脉宽调制(PWM)) 或空间矢量脉宽调制(SVPWM)在关闭和开启之间交替。在自激励方案已经被初始化之前，第五组二极管232和第六组二极管234(以及，更一般地，二极管D₁到D₆)被正向偏压并且在直流电压端子(28、30) 两端将电容器26充电到启动电压或初级电压，诸如大约20伏直流电压或用于对电容器26充电(例如，涓流充电或渐进充电)的另一适当的充电电压。在过渡激励模式中或在操作模式中，随着直流端子(28、 30)之间的电压上升高于启动电压，升高到由感应电机中引起的电磁场能量所导致的初始次级电压(例如，30VDC)，第五组二极管232和第六组二极管234被反向偏压。

在过渡激励模式中(例如，在自激励方案被初始化之后)或在感应电机55的操作模式中，随着直流端子(28、30)之间的电压上升或升高到最终的、峰值的或稳态的次级电压(例如大约200伏特直流电压或更高的高电压)，第五组二极管232和第六组二极管234被反向偏压，所述最终的、峰值的或稳态的次级电压由在感应电机中引起的电磁场能量产生，该感应电机经受施加至其转子的转动能量。

在一个实施例中，所述次级电压＝启动电压+过渡电压，过渡电压在到达最终、峰值、稳态次级电压或直流目标操作电压之前在过渡激励模式中的一段时间内升高或改变。例如，次级电压可以从大约30 伏特直流电压(VDC)升高到大约200伏特直流电压或更大，其中初级电压是大约20伏特直流电压。

在操作模式中在自激励方案被初始化时，第三相驱动器218、驱动器控制器或电子数据处理系统100根据控制系统(例如，脉宽调制或空间矢量脉宽调制)控制第五开关212和第六开关214的切换状态 (开启或关断状态)。相应地，在操作模式中，第九控制开关242和第十控制开关244在开启和关断之间交替，并且第十一控制开关246和第十二控制开关248在开启和关断之间交替。

在未限制本发明或随附权利要求的范围的一个实施例中，第一输出电压电平(例如，+15VDC)大于第二输出电压电平(例如，-8VDC)，并且电容器26被充电到大约是第一输出电压电平的两倍，小于与第五组二极管232和与第五组二极管232串联的第一电阻器36相关联的第一电压降，并且小于与第六组二极管234和与第六组二极管234 串联的第二电阻器36相关联的第二电压降。虽然第一电阻器36和第二电阻器36可以包括一千欧的电阻器，但是任何其它适当的电阻可以用于设置、限制或管理对电容器26涓流充电的电流的强度。

总之，在自激励方案被初始化以过渡或便于进行操作模式之前并且在启动模式(例如，弱预充电模式)过程中，开关A₁、A₂、B₁、B₂、 C₁、C₂被关断。在过渡激励模式中并且在操作模式中在自激励方案被初始化时，开关A₁、A₂、B₁、B₂、C₁、C₂按照控制系统根据结合图 5A描述的软件指令或模块被电子数据处理系统100，或以其它方式，选通或控制。然而，在过渡激励模式中，负载(直流总线上的负载，如连接到马达302的逆变器、电池304、电阻负载306)可以被减小、被限制、被电抗管理、被阻抗限制、或与直流总线或感应电机55的输出断开，以支持直流电压到直流目标操作满电压的增加。

发电机包括感应电机55(例如，鼠笼式感应电机55)，除了电容器26，感应电机55没有连接在直流电压端子(28、30)之间的任何能量存储装置，并且没有连接到第一相输出端子53(或感应电机55的任何其它交流端子)的任何电容器26。在一个构造中，感应电机55不包括用于转子或在转子中的任何永磁体。

在某些构造中，在操作模式中，在电容器26在启动模式中被涓流充电到启动电压电平之后，发电机生成超过大约六百(600)伏特的操作电压电平，如大约七百(700)伏特，所述启动电压电平超过大约十五(15)伏特，如大约二十(20)伏特到大约三十(30)伏特。

图3A是逆变器系统111、有源负载300和无源负载的示意图的另一实施例，逆变器系统连接到感应发电机55，有源负载包括次级逆变器211和电动马达302，无源负载包括电阻负载306或可分离的电阻负载。在实践中，在逆变器系统111或初级逆变器的激励期间，通过控制器或数据处理系统100使有源负载300失效或断开。在图2 和图3A中的类似的附图标记指示类似的元件。

在一个实施例中，次级逆变器211包括一对用于每个相(397、398、 399)的输入控制端子(380、381、382)和用于每个相的输出端子(397、 398、399)。每个相(397、398、399)包括具有切换端子(371、372、373、 374、375、376)的上开关(312、412、512)和下开关(314、414、514)，切换端子在每个相的输出端子(353、453、553)处连接到一起。上开关(312、412、512)和下开关(314、414、514)的其它切换端子(371、 372、373、374、375、376)连接到直流电压端子(28、30)(例如，直流总线)。输入控制端子(380、381、382)连接到驱动器模块614或电子数据处理系统100或与驱动器模块614或电子数据处理系统100相关联，以根据控制器106或电子数据处理系统100针对每个相控制上开关(312、412、512)和下开关(314、414、514)的状态。如所示，次级逆变器具有三个相，具有相输出端子353(A*)、相453(B*)和相553(C*)。

在一个实施例中，图3A的感应电机55包括具有轴的感应发电机，所述轴被原动机、内燃机或另一转动能量源转动或驱动。感应电机55的绕组被电容器26自激励以支持将感应电机55的转动能量生成或转换成电能。

逆变器系统111或初级逆变器的输出相端子(53、153、253)连接到感应发电机55(例如，自激励鼠笼式感应电机)的一个或多个绕组并且接收由感应发电机55生成的交流电流。逆变器系统111或初级逆变器将接收自感应发电机的交流电流转换成直流电流，以在直流电压端子(28、30)(例如直流总线)两端对电容器26充电并且向一个或多个有源负载300或无源负载(例如，306)提供电能。

在一个构造中，次级逆变器211和电动马达302包括发电机上的有源负载300。次级逆变器211使用直流电压端子(28、30)上的电能以在输出端子(353、453、553)处提供或输出交流电流，该输出端子例如为相A*，相B*和相C*，并且连接到马达302。数据处理系统100 或控制器根据在开关的控制端子处的诸如脉冲宽度调制方案的调制方案控制次级逆变器211的输入，以生成适当的交流信号(例如，一个或多个大致正弦信号或其它适当的波形)，以用于控制马达302的转矩、速度、速率和方向。电动马达302连接到交流输出端子。次级逆变器211适于通过在交流输出端子处提供的信号控制电动马达302。

在通过与直流电压端子(28、30或二者)串联的一个或多个开关进行激励的过程中，控制器或数据处理系统100可以使有源负载300与初级逆变器或逆变器系统111之间断开或失效。

如果或当逆变器系统111或初级逆变器在启动模式之后的操作模式中操作时，电阻负载306或一负载可以放置在直流电压端子(28、 30)中的端子之间。断开开关303用于在适当时间，如在操作模式中，将电阻负载306、电感负载或其它负载与直流电压端子(28、30)连接或断开，或在完成启动模式时将断开开关303过渡到开启状态。

图3B是逆变器系统111、有源负载300和电池304的示意图的另一实施例，逆变器系统连接到感应发电机55，有源负载300包括次级逆变器211和电动马达302。图3B的系统类似于图3A的系统，除了图3A的电阻负载306被图3B的电池304替代。在图3B中的类似的附图标记指示在图2和图3A中的类似的元件或特征。

在图1、2和3A的实施例中，在直流电压端子(28、30)(例如，直流总线端子)之间没有电池304，并且仅电容器26(例如，电解电容器26)用于激励感应电机55或感应发电机的绕组。然而，在图3B的替换实施例中，电池304连接在直流电压端子(28、30)之间，并且可以具有直流电压接口以将电压升高或降低到适当电平，以用于电池 304的维护、充电和放电。如上所述，仅带电的电容器26(没有任何电池304)可以激励感应电机55或感应发电机中的绕组。进一步地，在替换的实施例中，带电的电容器26可以单独(例如，被充电到约20 伏特直流电压的初级电压)激励感应发电机55中的绕组，或可以单独地或连同电池304一起激励感应发电机55中的绕组。

在另一可替换的实施例中，直流负载或电池304经由负载断开开关303连接到直流端子(28、30)，负载断开开关303在启动阶段过程中(例如，在启动模式中和在过渡激励模式中的自激励过程中)关断(或处于断开状态)，并且在操作模式中开启(或处于闭合状态或导通状态)。在实践中，在启动阶段或激励阶段期间，电池304可以被断开并且不用于激励，并且控制器106可以在激励过程中使逆变器与任何有效的感应电机55或马达之间失效或电隔离。例如，数据处理器128或电子数据处理系统100控制断开开关303：：(1)以在启动模式中或在启动阶段过程中，分离(例如，可选地)直流端子之间的直流负载或电池 304，和/或(2)在操作模式中(例如，在感应发电机55或机械的发电过程中)并且在启动模式或启动阶段之后(不在启动模式或启动阶段过程中)(例如，在电容器26的充电过程中)，在直流端子之间连接直流负载或电池304。

此处，有时可以相当于电池304的放电电池可以被建模为电阻负载或磁阻负载。换句话说，在感应电机55中的绕组的自激励或自激励阶段完成之后，负载或电池连接到直流端子(28、30)，使得负载(304 或306)可以使用由感应电机55或感应发电机生成的电能。在某些构造中，启动模式和过渡激励模式不要求带电电池(例如但是可以可选地使用带电电池以在过渡激励模式中增加直流电压总线中的相对于时间的升高或上升速率)，以激励感应电机55准备用于操作模式。在实践中，电子数据处理系统100或驱动器控制器可以发出激励完整信号或状态信息以从启动模式切换到操作模式。

图4是逆变器系统111、有源负载300的示意图的又一实施例，逆变器系统连接到感应发电机55，有源负载300包括次级逆变器211 和电动马达302。图4的系统类似于图3A的系统，除了图4的系统没有电阻负载并且没有与负载相关联的断开开关。在图2、3A和4 中，类似的附图标记指示类似的元件或特征。图3A和图3B的描述适用于图4，除了好像与图4结合完全地阐述的与电阻负载306、电池304和断开开关303相关的描述。

图5A是图示与用于控制驱动器模块614和/或驱动器(18、118、218)的电子数据处理系统100相关联的模块的一个可能的实施例的方框图，驱动器模块614和/或驱动器(18、118、218)用于逆变器系统111、 211或二者。如本文所述，模块或构件可以表示软件、硬件或二者。互连模块的线可以表示物理传输线或模块之间的虚拟通信或关系。例如，物理传输线包括电线、线缆、同轴线缆、电路板上的导电迹线或其它导体；而虚拟通信可以表示软件或其它数据结构之间的数据通信，如呼叫。软件将表示软件指令、数据文件、数据库，查找表、方程、曲线、数学关系、逻辑关系和用于存储数据的其它数据结构。

如本文所述，“被配置成”、“适于”和“被布置成”应当被认为是同义的，并且将表示如下任一含义：(a)编程或配置有软件指令、逻辑或数据结构以实现规定功能、过程、决定或结果，或(b)配置有硬件、电路或电子器件以实现功能、过程、决定或结果，或(c)在系统或逆变器工作或操作的同时，能够执行功能、过程或计算。

在一个实施例中，电子数据处理系统100包括连接到数据总线 126的电子数据处理器128、数据存储装置120和一个或多个数据端口101。数据存储装置120可以存储、检索、读取和写入关于图5A 图示的一个或多个模块或构件的数据。图5A仅是可以用于执行本文中公开的系统和方法的实施例的软件模块、查找表和数据处理系统 100的一个可能的说明性视图，并且其它构造或数据处理系统也是可行的。

电子数据处理器128可以包括处理器、微控制器、数字信号处理器、专用集成电路(ASIC)、可编程序逻辑阵列、可编程逻辑装置、现场可编程门阵列(FPGA)、逻辑电路、运算器、布尔逻辑装置、或其它数据处理装置。软件模块、查找表或数据结构、数学操作、变换、控制器或在图5A中或本公开的其他位置引用的其它方框中的任何一个可以通过数据处理器128单独地实现或与数据存储装置120组合地实现。例如，数据处理器128可以处理或操作存储在寄存器中或被数据存储装置120中的数据处理器128访问的数据、算法和软件指令，以执行本文中描述的功能、控制器、计算器、选择器或模块。

每个数据端口101都可以包括数据收发器、缓冲存储器或二者。

数据存储装置120可以包括以下各项中的一个或多个：：电子存储器、非易失性电子存储器、光学数据存储装置、磁性数据存储装置或用于存储数字或模拟数据的其它装置。

在一个实施例中，驱动器控制器包括用于控制逆变器(11、111或 211)的电子数据处理系统100，如连接到感应电机(例如，55)或感应发电机的逆变器。

电压传感器575被构造成测量直流电压端子(28、30)之间(例如，直流总线)的观测电压。例如，电压传感器575经由数据端口101向电子数据处理系统100提供观测电压。参考电压源102提供直流总线参考电压。例如，参考电压源102经由数据端口101向电子数据处理系统100提供直流总线参考电压。在一个实施例中，参考电压源102 可以包括比较器、运算放大器或电压调节器电路(例如，如相对于时间的增量参考信号)。

电压差模块104被配置成确定(电压传感器575的)观测电压和直流总线参考电压之间的电压差(例如，电压总线误差)。电压差模块104 向控制器106输出或提供观测电压和直流总线参考电压之间的电压差。

诸如比例积分(PI)控制器106之类的控制器106适于基于观测电压和直流总线参考电压(例如，在端子28、30处)之间的电压差，生成用于控制器106的交轴(q轴)参考命令电流

电流传感器577可以测量涉及交轴电流

的一个或多个相电流。在一个实施例中，电流传感器577连接到数据端口101；电流传感器577便于向电子数据处理系统100提供测量的交轴电流。例如，一个或多个电流传感器577测量用于感应电机55的每个相的电流，如I_a、I_b和I_c，其中帕克变换模块615的输入连接到每个电流传感器 577的输出，使得帕克变换模块615将测量的电流转换成测量的交轴电流，或转换成测量的交轴电流和测量的直轴电流。

电流差模块108适于确定测量的交轴命令电流和交轴参考命令电流

之间的电流差(例如，交轴电流误差)。

第一电流调节器110被构造成，基于测量的交轴命令电流和交轴参考命令电流

之间的电流差的输入，输出交轴命令电压(V_q)(或其等同的交轴命令电流)。第一电流调节器110向帕克逆变换模块612 和剩余电压计算器116提供交轴命令电压(或其等同的交轴命令电流)。帕克逆变换模块112使用交轴命令电压(或其等同的交轴命令电流)、测量的转子位置和滑移角以向驱动器模块614提供适当的控制信号。在一个实施例中，驱动器模块614具有用于控制逆变器开关(例如， 12、112、212、14、114、214)的输出端子。例如，驱动器模块614 的输出端子连接到相驱动器(18、118、218)或控制端子(50、150、250、 52、152、252)。

剩余电压是位于感应电机55的一个或多个相输出端子处的交流输出，该交流输出在直流总线的直流电压激励关断之后，在瞬态时间周期期间持续和衰退。然而，在感应电机的操作过程中(例如，转动能量到电机的转子的应用)，电机中的剩余电压和相关联的电磁场可以用于在过渡激励模式中激励感应电机55。直轴剩余电压是以用于计算的简化形式表示交流剩余电流的变换(例如，帕克变换)。在一个实施例中，数据处理器128以适于增大剩余直轴电流的软件指令或以其它方式被编程，以增强在一个或多个绕组中的电磁场的激励过程和直流电压的相关联增加的鲁棒性。

基于交轴命令电压和直流电压端子(28、30)之间(例如，直流总线) 的观测电压，电子数据处理器128或剩余电压计算器116确定直轴(d 轴)剩余电压

例如，根据以下方程，数据处理器128或剩余电压计算器116确定直轴剩余电压

(例如，用于完全地使用直流总线并且便于感应电机的绕组的稳固的、可靠的自激励)：

其中

是直轴剩余电压；

m是调制指数；

是直流端子的测量电压或直流端子之间的测量电压；和 V_q是交轴命令电压。

数据处理器128适于基于存储在数据存储装置120中的磁化曲线或K因数查找表118来确定用于对应的直轴剩余电压

的直轴参考电流

与磁化曲线或K因数查找表118相关联的数据通常将基于相应的感应电机或具体的感应发电机的特性和设计而改变。

在可替换的实施例中，磁化曲线或K因数查找表118可以表示为一个或多个二次方程、图示曲线、数据文件、倒向文件或以其它方式表示。

电流差模块122适于确定测量的直轴命令电流(例如，观测的直轴电流)和直轴参考电流直轴参考命令电流

之间的电流差(例如，直轴电流误差)。电流差模块122向第二电流调节器124提供该电流差(例如，直轴电流误差)。

第二电流调节器124(例如，复矢量电流调节器)适于基于所述电流差(例如，直轴电流误差)或测量的直轴电流

和所确定的直轴参考电流

来确定直轴命令电压(V_d)。

在一个实施例中，帕克逆变换模块612可以基于直轴命令电压和交轴命令电压(V_d和V_q)的帕克逆变换提供或给予相命令电压(V_a，V_b，V_c)。例如，帕克逆变换模块612可以基于直轴命令电压和交轴命令电压(V_d和V_q)以及感应电机55或发电机的转子的电学角位置(θ_e)的帕克逆变换提供或给予相命令电压(V_a，V_b，V_c)。特别地，帕克逆变换模块可以使用转子磁场定向的以下方程来提供相命令电压(V_a，V_b，V_c)：

θ_e＝θ_rotor+∫ω_slipdt，

其中θ_e是转子的电学角位置；

其中θ_rotor是转子的机械角位置；

并且ω_slip是转子的滑移角速度。

在某些实施例中，诸如变压器编码器的传感器可以估算或测量转子的机械角位置。在其它的实施例中，如图5A图示的构造，无传感器位置估算器可以用于根据由一个或多个电流传感器577测量的电流估算转子的机械角位置，所述一个或多个电流传感器577测量感应电机55的交流输出的一个或多个相的电流。帕克逆变换模块612可以向驱动器模块614或与逆变器相关联的一个或多个驱动器(18、118、218)提供一个或多个相命令电压的输出。通常地，命令电压的输出与逆变器(11、111、211)的开关晶体管的脉宽调制或空间矢量脉宽调制一致。

图5B是用于控制逆变器(11、111、211)的操作模式的系统500 的一个可能的实施例的方框图。

在一个实施例中，系统500可以结合在图5A的数据处理系统100 中，或系统500可以包括位于图5A的数据处理系统100中的软件、指令或数据结构。例如，可以通过与数据总线126、数据存储装置120 和在图5A中的其它方框结合操作的数据处理器128实现或执行系统 500。

在一些实施例中，图5B中的最终的直轴命令电流

的输出可以用作图5A中的直轴参考电流

图5B中的最终的交轴命令电流(I_q ^*Final)的输出可以用作图5B中的参考交轴电流(I_q ^Ref)。图5B的电压比例积分控制器514类似于图5A的控制器106或是控制器106的变化例；图5A的磁化曲线查找表118类似于图5B的磁化曲线516 或是磁化曲线516的变化例。

在图5B中，以下模块中的一个或多个可以彼此通信：逆变器模式控制器502、激励模块504、切换模块506、检测模块534和操作模式模块536。连接图5A和5B中的方框或模块的线表示虚拟通信线、物理通信线或二者，其中物理通信线可以表示传输线、导体或线缆、或无线通信信道，并且其中虚拟通信线可以是数据经由数据总线的通信、呼叫或软件程序中的数据信息。

逆变器模式控制器502可以根据以下操作模式中的一个或多个操作或控制逆变器(11、11、211)：电压控制模式、转矩命令控制模式、速度控制模式和直接控制模式。进一步地，逆变器模式控制器502支持启动模式、过渡激励模式和操作模式、以及可选地越区切换(hand-off)模式(例如，滞后模式)。越区切换模式是过渡激励模式和操作模式之间的可选择的过渡模式。例如，越区切换模式可以保证在进入操作模式之前完成过渡激励模式的激励，在操作模式中逆变器和感应电机可以被允许接收否则可能破坏过渡激励模式的完成和直流总线满操作电压的实现的满负载。在越区切换模式中，数据处理器128 或计时器可以通过滞后算法或通过计时器(或数据处理器)确定激励完成并且已经实现直流目标操作电压，当直流目标操作电压满足或超过阈值电压至少最小时间周期(例如，最小时间周期被一个或多个采样间隔的持续时间限定)时，滞后算法或计时器被触发。

对于操作模式中的操作，模式控制器502(例如，经由激励启动信号)使激励模块504和检测模块534失效，并且能激活操作模式模块 536。在一个实施例中，逆变器模式控制器502确定切换模块506中的一个或多个开关(508、510)的状态以从激励直轴命令电流

正常直轴命令电流(I_dnormal*)、激励交轴命令电流

正常交轴命令电流(I_qnormal*)和操作模式数据的输入选择最终的交轴命令电流(I_q ^*Final)和最终的直轴命令电流(I_d ^*Final)。

在感应电机(55)在启动模式中或在过渡激励模式中的激励过程中，数据处理系统(100、500)或逆变器模式控制器502控制一个或多个开关(508、510)以分别地从激励模块504输出激励直轴命令电流 (I_d ^exc*)和激励交轴命令电流(I_q ^exc*)以作为最终的直轴命令电流(I_d ^*Final)和最终的交轴命令电流(I_q*^Final)。类似地，在激励之后和在操作模式中，数据处理系统(100、500)或逆变器模式控制器502控制一个或多个开关(508、510)以分别地输出正常直轴命令电流(I_dnormal*)和正常交轴命令电流(I_qnormal*)以作为最终的直轴命令电流(I_d ^*Final)和最终的交轴命令电流 (I_q ^*Final)，这依赖于操作模式的选择(例如，电压、转矩、速度或直接控制模式)。

在激励过程中，数据处理系统(100、500)根据图5A而操作，其中变化例被概括在图5B的激励模块504中。激励模块504接收如下的输入：(a)命令电压(Vcmd*)，其由直轴电压和交轴电压组成；(b) 直流数据总线的直流电压(VDC_measured)，和(c)直轴剩余电压(VRes)。激励模块504基于直流总线电压积累模块512、电压比例积分控制器 514和磁化曲线516输出激励直轴命令电流(I_d ^exc*)和激励交轴命令电流 (I_q ^exc*)。特别地，直流总线电压积累模块512在启动模式和过渡激励模式中控制激励直轴命令电流(I_d ^exc*)和激励交轴命令电流(I_q ^exc*)，以增加或升高电容器26上的或逆变器的直流总线两端之间的直流电压。进一步地，磁化曲线516用于得到直轴参考电流，直轴参考电流可以被饱和模块520改变(例如，速率因数，I_drated)，以根据一个或多个目标斜率或转换速率(例如，一个或多个目标斜率或转换速率被针对绕组电感、目标转子速度范围和对应感应电机55的其它参数以被匹配或优化)增强逆变器的直流总线电压的增加或升高。

在激励之后和在操作模式中，数据处理系统(100、500)或检测模块534通过相对于直流目标电压评估直流总线电压或停止设置电压与容限之和以识别激励完成。根据滞后算法的一个实施例，检测模块 534包括越区切换模块524(例如，滞后模块)，以确定测量的直流总线电压是否等于或大于指示感应电机(55)的绕组的完成激励的电压阈值(例如，用于一个或多个采样周期的停止设置电压与容限之和)。如果因为电压阈值在最小时间周期内被满足，所以检测模块534或越区切换模块524确定激励完成，则越区切换模块524生成可以输入一个或多个布尔逻辑方框(526、528)中的激励完成信号或数据信息，一个或多个布尔逻辑方框如为NOT(逻辑非)装置526和OR(逻辑或)装置528。

如果激励完成，则数据处理系统(100、500)或逆变器控制模块502 激活操作模式模块536并且进入操作模式中，其中正常直轴命令电流 (I_dnormal*)和正常交轴命令电流(I_dnormal*)被转矩命令模块532输出。例如，正常电压比例积分控制器530可以使用命令电压(Vcmd*)或转矩命令、测量的直流电压(VDC_measured)和有效或重置输入(Reset)以控制操作模式的选择或操作模式(例如，以基于转矩命令形成正常的直轴和交轴电流)。在操作模式中，激励模块504失效或激励直轴命令电流 (I_d ^exc*)和激励交轴命令电流(I_q ^exc*)被设置成等于零，如方框518所示。例如，可以根据图5A执行正常电压比例积分控制器530，其中控制器106和电流调节器124可以执行控制器530的功能。

在一个实施例中，转矩命令模块532基于由感应电机的用户或软件生成的转矩命令和感应电机的转子是否正以基线速度或速率操作或以小于基线速度或速率的速度或速率操作，确定直轴和交轴电流，使得正常直轴命令电流和正常交轴命令电流被输出以实现具有最小误差的基线速度或速率。

图6A是曲线图，表示其中在启动模式中或在启动模式中以及在启动和操作模式之间过渡期间，电容器26中的直流激励电压或直流总线端子两端(28、30)之间的直流激励电压相对于时间的增加或升高的一个实施例。例如，图6A的图表可以表示被自激励以操作感应电机55的逆变器的实际实验结果。图6A的水平轴线602表示时间，竖直轴线(601、600)(根据图表的右侧或左侧的对应刻度)表示信号强度。如图所示，左侧竖直刻度601表示逆变器(例如，逆变器系统111) 的直流总线上的直流电压(伏特)，而右侧竖直刻度600表示除于交轴电流后的直轴电流，其可以表示为无单位比率。

如图6A所示，直流电压端子(28、30)上的直流总线电压606从启动电压升高到峰值操作电压或直流目标操作电压，如600伏特或直流总线或直流电压端子(28、30)上的更大电压。在图6A的过渡激励模式中(例如，在水平轴线602的大约0.1秒和1秒之间)，直流电流以大致固定的斜率升高达到直流目标操作电压或转换成适于确保正确操作，但是多个升高速度、斜率或转换速率是可行的。虽然图6A 图示了大约700伏特(直流电流)的峰值操作电压607，但是实际电压依赖于设计选择和因素，并且700伏特的电平仅是一个可能的说明性示例。

图6A还图示了：(1)标记为I_d ^command并且被交替的长短线指示的对应直轴命令电流曲线605；(2)标记为Iq^command并且被虚线指示的对应交轴电流曲线603；(3)被实线指示的直流总线电压606，和(4)被长虚线指示的转换后的直流总线命令604，转换的直流总线命令604大致与直流总线电压606共同延伸，如图所示，并且与感应发电机与逆变器组合的操作相关联。

图6B是说明性曲线图，表示其中在启动模式、过渡激励模式和操作模式中的电容器的激励电压相对于时间的增加的另一可能波形。在图6B中，水平轴线650表示时间(例如，以秒为单位)并且竖直轴线652表示直流总线上的实际直流电压

启动模式与第一时间周期T1654相关联；过渡激励模式与第二时间周期T2 654相关联；可选择的越区切换模式(例如，滞后模式) 与第三时间周期T3 658相关联，并且操作模式与第四时间周期T4 660相关联。虽然第二时间周期T2 656，或过渡激励时间周期在图6B中具有两个大致线性的斜率(662、664)，斜率被标记为第一斜率 m1(662)和第二斜率m2(664)，但是在可替换的实施例中，斜率(662、 664)可以表征为单个斜率或弯曲斜率。第一斜率表示在过渡激励模式中，直流总线电压随着时间的上升或增加(例如，第一上升速度)；第二斜率表示在过渡激励模式中，直流总线电压随着时间的上升或增加 (例如，第二上升速度)。例如，直流总线电压在初级电压电平和次级电压电平之间以第一斜率的速度增加，其中数据处理器128可以(例如根据存储在数据存储装置中的软件指令)通过电机的交轴命令电流和直轴命令电流的第一组合控制(或适于控制、执行或实现)第一斜率。类似地，数据处理器128可以控制(或适于控制、执行或实现)直流总线电压在初级电压电平或中间电压电平与次级电压电平之间以第二斜率的速度增加，其中中间电压电平(例如根据存储在数据存储装置中的软件指令)在初级电压电平和次级电压之间；数据处理器128通过电机的交轴命令电流和直轴命令电流的第二组合(例如，针对第一斜率的相对于直轴命令电流的增加的直轴命令电流)控制、执行或实现第二斜率。

如图所示，第二斜率，m2 664可以超过第一斜率m1，以在第一时间周期654期间(或逆变器初始化或开启)减少启动模式的总时间或经过时间，以在第四时间周期660时实现直流目标操作满电压。可以通过交轴命令电流(例如，转矩生成电流)和直轴命令电流(例如，励磁生成电流)的第一组合实现第一斜率m1 662(例如，较小的斜率)，并且可以通过交轴命令电流(例如，转矩生成电流)和直轴命令电流(例如，增加的励磁生成电流或增加的直轴命令电流)的第二组合实现第二斜率m2664(例如，比所述较小的斜率大的斜率)。在一个示例中，数据处理器128相对于第一组合的交轴命令电流(例如，通过经由数学关系或磁化曲线查找表118或以其它方式对直轴参考电流的调节)增加第二组合的直轴命令电流。在另一示例中，对于第一斜率、第二斜率或二者，第二电流调节器124或数据处理器128基于测量的直轴电流

和从直轴剩余电压

直流总线观测电压

和交轴参考命令电压(V_q)之间的数学关系获得的确定的或调节的(例如，增加的)直轴参考电流

确定直轴(d轴)命令电压(V_d)，其中剩余电压与测量的直流观测电压

和交轴命令电压(V_q)的数学函数成比例。在另一示例中，该数学关系由表征电机或感应电机的磁化曲线查找表118限定。

直轴命令电流或电压的增加可以减少过渡激励模式的时间周期 T2(656)，使得操作模式(例如，T4)被时间移位以在过渡激励模式的时间周期T2(656)的附随减少的情况下而快速启动；因此，任何适用的负载300可以用实时响应方式连接或激励到逆变器系统的直流总线，如用于其中需要来自连接到直流总线(28、30)的马达302的有源负载 300的响应加速度或转矩的混合动力车辆操作。

在图6B中，虽然启动模式的特征在于：电容器26或直流总线两端之间的直流电压快速增加，随后在初始启动电压(电平)、初步电压或初始电压电平665(例如，V¹ _DC)665处是拐点或平台；数据处理器 128、数据处理系统100或一个或多个电源(22、24、12、124、222、224)的涓流充电可以便于直流电压的其它弯曲的或大致线性的增加。

在第三时间周期期间，越区切换模式(例如，滞后模式)的特征在于越区切换电压(例如，滞后电压)或设置停止电压667(例如，位于V² _DC处)，其中数据处理器128或数据处理系统100监控直流电压总线在一个或多个采样间隔中是否超过设置停止电压一最小容限电压(例如，10伏特)。在一个实施例中，目标操作电压可以等于设置停止电压与最小容限电压之和。如果在第三时间周期T3(658)或越区切换模式(例如，滞后模式)期间，数据处理器128或数据处理系统100确定直流电压总线在一个或多个采样周期中超过设置停止电压最小容限电压(或等于或超过直流直流目标电压)，则数据处理器128或数据处理系统100切换到操作模式，在该操作模式中感应电机55的正常控制被控制，如电压比例积分控制。例如，如果感应电机55的转子低于基线速度或具有磁场减弱磁化电流，如果感应电机55的转子高于基线速度，则在第四时间周期T4(660)或在操作模式中，数据处理器 128可以命令或指示与定额磁化电流的操作一致的直轴命令电流和交轴命令电流。

图7是方框图，图示了驱动器控制器、驱动器模块614、逆变器 311、感应电机55和诸如内燃机的原动机201的一个可能构造。在图 7和任何其他附图中，类似的附图标记指示类似的元件。

图7示出驱动器模块614的一个可能构造，驱动器模块614包括第一相驱动器18、第二相驱动器118和第三相驱动器218，与图2一致。诸如图5A图示的电子数据处理系统100可以用于控制驱动器模块614。原动机201或内燃机通过连接轴200向感应电机55提供转动能量。感应电机55或发电机在操作模式中在启动模式(例如，弱预充电模式)之后将转动能量转换成电能，其中直流总线(28、30)两端的电容器26被涓流充电以提供足以激励感应电机55的一个或多个绕组的启动电压。如图所示，感应电机55包括鼠笼式感应电机55，但是任何其它适当的感应电机可以被使用。逆变器311类似于图2的逆变器，除了开关(12、112、212、14、114、214)被示意性地图示为金属氧化物场效应晶体管。

图8是用于自激励感应电机55的方法的流程图的一个实施例。图8的方法开始于步骤S800。

在步骤S800中，电压传感器575或逆变器系统(例如11、111、 211、311)测量直流电压端子(28、30)之间(例如，直流(DC)总线)的观测电压。

在步骤S802中，电压差模块104、加法器或数据处理器128确定(来自电压传感器575的)观测电压和直流总线参考电压之间的电压差(例如，电压总线误差)。

在步骤S804中，第一电流调节器110或数据处理器128基于根据所述电压差获得的电流差输出交轴(q-axis)命令电压(V_q)。例如，从测量的观测电压

和直流总线参考电压

之间的电压差获得电流差，其中控制器106(例如，比例积分控制器)根据电压差确定交轴参考电流

并且其中电流差模块108确定交轴参考电流

和测量的交轴观测电流

(例如，测量的交轴命令电流)之间的差值(例如，电流差或交轴电流误差)，一个或多个电流传感器577的电流测量值便于获得测量的交轴观测电流以用于输入到第一电流调节器110。例如，电流传感器577可以测量涉及交轴电流

的一个或多个相电流。在一个实施例中，电流传感器577连接到数据端口101；电流传感器577便于向电子数据处理系统100提供测量的交轴电流。例如，一个或多个电流传感器577测量用于每个相的电流，如I_a、I_b和I_c，其中帕克变换模块615的输入连接到每个电流传感器 577的输出，使得帕克变换模块615将测量的电流转换成测量的交轴电流，或测量的交轴电流

和测量的直轴电流。在步骤S804 的一个实施例中，在启动模式中，控制器106、数据处理器128或比例积分控制器限制交轴参考电流

的信号振幅随着时间的改变的幅度，使得直流电压端子(28、30)之间的电容器(C_DC)26具有足够的时间进行充电和存储足够的电能或实现直流临界电压电平，如启动电压或初级电压(例如，大约20伏直流电压或更大的初级电压电平)，直流临界电压电平能促使逆变器系统111或初级逆变器的开关进行操作。在一个实施例中，数据处理器128或比例积分控制器106可以等待，直到在增加交轴参考电流

之前，电容器26或直流总线的涓流充电基本上完成或实现直流临界电压电平。例如，在一个实施例中，在允许交轴参考电流

明显或大量增加之前，控制器106或数据处理器128可以模拟电容器26的估算充电时间以等待最小时间周期来实现启动电压电平，这种明显或大量增加与逆变器从启动模式(例如，电容器的充电)到操作模式(例如，感应电机55的发电模式)的过渡相关联。

在步骤S806中，对于第一斜率、第二斜率或二者，第二电流调节器124或数据处理器128基于测量的直轴电流

和根据直轴剩余电压

观测电压

和交轴参考命令电压(V_q)之间的数学关系获得的确定的或调节的(例如，增加的)直轴参考电流

确定直轴(d轴)命令电压(V_d)，其中剩余电压与测量的直流观测电压

和交轴命令电压(V_q)的数学函数成比例。在一个实施例中，启动模式实现电容器26或直流总线(例如，由端子28、30限定)的弱预充电；在电容器26或直流总线的预充电完成时，数据处理系统100 可以启动激活过渡激励模式的激励方案，在过渡激励模式中，逆变器系统(111)或初级逆变器的激励或自激励出现并且直流链路电压根据步骤S806升高到直流目标操作电压。启动模式和过渡激励模式都在满操作模式之前发生，但是在某种意义上，因为可获得的直流链路电压可能低于目标电压，所以过渡激励模式或激励阶段涉及逆变器在满操作切换能力之前的启动。

可以根据各种技术执行步骤S806，这些技术可以分别地或累积地以组合或排列方式用于启动模式、过渡激励模式或二者。

在第一种技术下，在启动阶段、过渡激励模式或二者中，电子数据处理系统100、数据处理器128或第二电流调节器124选择直轴命令电压(Vd)以在直流端子(例如，直流总线28、30)上提供或生成比在操作模式中(例如，对于规定转矩和相应的转子速度或转矩相对于用于感应电机55的转子速度)所需电压更高的直流链路电压(例如，直流启动电压或直流目标电压)，以用于自激励对应的直轴命令电流，与所述数学关系一致，以用于感应电机55或感应发电机的一个或多个绕组的增强(例如，可靠的和一致的)自激励。

在第二种技术下，在启动阶段、过渡激励模式或二者过程中，电子数据处理系统100、数据处理器128或第二电流调节器124根据以下方程确定直轴剩余电压(V_d)(以完全地使用直流总线和使感应电机的绕组的自激励稳健，与直流链路电压至直流启动电压或直流目标电压的斜向增加一致)：

其中：

是直轴剩余电压；

m是调制指数；

是直流端子的测量电压或直流端子之间的测量电压；和 V_q是交轴命令电压。在一个示例中，调制指数具有在0到大约1 的范围中的值。在另一其它示例中，调制指数在大约0.9到大约0.95 的范围中。

在第三种技术下，在过渡激励模式中，数据处理器128或电子数据处理系统100使用直轴剩余电压

来使直轴参考命令电流

升高成大于其用于具体感应电机55或感应发电机的相应性能特性或规范的直轴参考命令电流的正常值(例如，基于控制查找表或用于特定对应的感应机械的特性数据)。并且，升高的直轴参考命令电流

在测量的直轴电流

和升高的直轴参考电流

之间导致更大的差值(例如，误差)以作为第二电流调节器124的输入，第二电流调节器124输出与直流链路电压至直流启动电压或直流目标电压的斜向增加一致的直轴命令电流。数据处理器128适于或被软件指令编程以经由对应感应电机(55)的关于交轴命令电流的磁化曲线查找表(118)使直轴命令电流升高，以减少过渡激励模式的时间周期，使得操作模式被时间移位以在过渡激励模式的时间周期中的附随减少的情况下快速启动。相应地，第三种技术可以减少过渡激励模式的持续时间以增强混合动力车辆的响应性(例如，可获得的转矩和加速度响应)，其中直流总线(28、30)上的负载300包括车辆的马达302。

在第四种技术下，在启动模式之后，在启动阶段期间，或在过渡激励模式中，电子数据处理系统100或数据处理器128将直轴命令电压选择成等于或大于直流端子的直流阈值链路电压(例如，直流启动目标电压)或在直流端子之间的直流阈值链路电压(例如，直流启动目标电压)。例如，在启动模式之后或在过渡激励模式中，直流阈值链路电压可以在大约30伏特直流电压到大约150伏特直流电压的范围中，其中大约表示大概、大致、或±10％的裕度或容限。然而，在启动模式之后，在过渡激励模式之后，并且在逆变器的正常操作模式中，电子数据处理系统100和数据处理器128过渡至逆变器开关的正常电压和调制指数控制或使用正常电压和调制指数控制(例如，用于脉冲宽度切换)。

在第五种技术下，数据处理器128或电子数据处理系统100支持设置或存储直流观测电压的在启动模式和操作模式之间过渡的或从过渡激励模式过渡到操作模式的直流过渡电压电平或启动电压电平 (例如，直流链路电压)。例如，直流过渡电压电平、启动电压电平和直流目标电压可以包括工厂可编程的、用户可限定的或以其它方式可编程的值。在达到直流总线的启动电压电平时(例如，在T1的结尾)，逆变器在过渡激励模式或激励阶段处启动。当实现直流总线的直流目标电压时(在T3或T4时)，逆变器结束(T2的)过渡激励模式或过渡模式。

在第六种技术下，基于存储在数据存储装置120中的磁化曲线或 K因数查找表，数据处理器128或电子数据处理系统100确定与对应的直轴剩余电压

相关的直轴参考电流

通过在实验室中或现场测试时研究感应电机55的特征，通过从感应电机55的制造商或感应电机55的设计者获得技术规范，或通过一组特定感应电机55s 的其它经验或统计研究，确定该直轴参考电流。对应感应电机55的精确磁化曲线对于从直流电压端子或直流总线端子上的非常低的启动电压成功自激励启动是关键的。

在步骤S808中，数据处理器128或帕克逆变换模块612基于直轴命令电压交轴命令电压(V_d和V_q)的帕克逆变换或类似的变换提供相命令电压(V_a，V_b，V_c)。例如，数据处理器128或帕克逆变换模块612可以根据使用基于转子磁场定向的以下方程的位置来确定帕克变换或类似变换：

θ_e＝θ_rotor+∫ω_slipdt，

其中θ_e是转子的电学角位置；

其中θ_rotor是转子的机械角位置；

并且ω_slip是转子的滑移角速度。

转子的滑移角速度(ω_slip)是控制变量。控制器106或数据处理器 128使用直轴和交轴电流控制来控制滑移角速度的滑移点的正确操作。特别地，直轴参考电流和参考交轴电流对于确定以下各项中的一个或多个是关键的：(1)准确的滑移点，(2)最小滑移值，(3)最大滑移值， (4)是感应电机55的转子速度的函数的最小滑移值，和(5)是感应电机55的转子速度的函数的最大滑移值。

图9是用于感应电机55的自激励的方法的流程图的另一实施例。图9的方法开始于步骤S800。在图8和图9中的类似的附图标记指示类似的步骤、过程或特征。

在步骤S800中，电压传感器575测量直流电压端子(28、30)之间(例如，直流总线)的观测电压。

在步骤S802中，电压差模块104、加法器或数据处理器128确定观测电压和直流总线参考电压之间的电压差(例如，电压总线误差)。

在步骤910中，控制器106或数据处理器128基于电压差生成交轴参考命令电流

例如，作为控制器106的比例积分(PI)控制器基于所述电压差生成交轴参考命令电流

在步骤S912中，电流传感器577测量交轴电流

电流传感器577可以测量涉及交轴电流

的一个或多个相电流。在一个实施例中，一个或多个电流传感器577便于向电子数据处理系统 100提供测量的交轴电流。例如，一个或多个电流传感器577测量用于每个相的电流，如I_a、I_b和I_c，其中帕克变换模块615的输入连接到每个电流传感器577的输出，使得帕克变换模块615将测量的电流转换成测量的交轴电流，或测量的交轴电流和测量的直轴电流。在步骤S914中，电流差模块108、加法器或数据处理器128确定测量的交轴命令电流和交轴参考命令电流

之间的电流差(例如，交轴电流误差)。

在步骤S804中，第一电流调节器110基于所述电流差的输入，如测量的交轴命令电流和交轴参考命令电流

之间的电流差(例如，交轴电流误差)，输出交轴命令电压(V_q)。例如，第一电流调节器110 基于所述电流差的基于比例积分控制补偿器或类似传输功能的输入而输出交轴命令电压(V_q)，所述比例积分控制补偿器或类似传输功能可以表示为第一电流调节器110中的单独的方框。第一电流调节器 110向帕克逆变换模块612输出交轴命令电压(或其等同的交轴命令电流)。帕克逆变换模块612使用交轴命令电压、直轴命令电压和测量的转子位置(例如，转子电学位置θ_e、基于机械转子位置和滑移角速度)向驱动器模块614提供适当的控制信号(例如，用于每个相的交轴命令电压(V_q))。

在步骤S916中，数据处理器128根据以下方程确定直轴剩余电压

(以完全地使用直流总线和便于感应电机的绕组的稳健、可靠的自激励)：

其中

是直轴剩余电压；

m是调制指数(例如，大约0.95)；

是直流端子的测量电压或直流端子之间的测量电压；和 V_q是交轴命令电压。

可以根据各种技术执行步骤S916，这些技术可以交替地或累积地在启动阶段、过渡激励模式或二者中被施加。

在第一种技术下，数据处理器128或电子数据处理系统100使用直轴剩余电压

以使直轴参考电流直轴参考命令电流

升高成大于其用于具体感应电机55或感应发电机的相应性能特性的直轴参考命令电流的正常值。并且，升高的直轴参考命令电流

在测量的直轴电流

和升高的直轴参考电流

之间导致更大的差值(例如，误差)以作为第二电流调节器124的输入，第二电流调节器 124输出与直流链路电压至直流启动电压或直流目标电压的斜向增加一致的直轴命令电流。

在第二种技术下，在启动阶段中，在启动模式后，或在过渡激励模式中，电子数据处理系统100或数据处理器128将直轴命令电压选择成等于或大于直流端子的或在直流端子之间的直流阈值链路电压 (例如，直流启动目标电压或直流目标操作电压)。例如，在启动模式中或在过渡激励模式中，直流阈值链路电压可以在大约30伏特直流电压到大约150伏特直流电压的范围中，其中大约表示大概、大致、或±10％的裕度或容限。然而，在启动模式之后或在过渡激励模式之后并且在逆变器的正常操作模式中，电子数据处理系统100和数据处理器128过渡至逆变器开关的正常电压和调制指数控制或使用正常电压和调制指数控制(例如，用于脉冲宽度切换)。

在第三种技术下，数据处理器128或电子数据处理系统100支持设置或存储直流观测电压在启动模式和操作模式之间过渡的或从过渡激励模式过渡到操作模式的的直流过渡电压电平或启动电压电平 (例如，直流链路电压)。例如，直流过渡电压电平或启动电压电平和直流目标电压可以包括工厂可编程的、用户可限定的或以其它方式可编程的值。在直流总线的启动电压电平被达到时，逆变器在过渡激励模式处启动。当实现直流总线的直流目标电压时或可选择的越区切换模式完成时，逆变器结束过渡激励模式或自激励模式。

在第四种技术下，基于存储在数据存储装置120中的磁化曲线或 K因数查找表，数据处理器128或电子数据处理系统100确定与对应的直轴剩余电压

相关的直轴参考电流

通过在实验室中或现场测试时研究感应电机55的特征，通过从感应电机55的制造商或设计者获得技术规范，或通过一组特定感应电机55的其它经验或统计研究，确定该直轴参考电流。对应感应电机55的精确磁化曲线对于从直流电压端子或直流总线上的非常低的启动电压成功自激励启动是关键的。

在步骤S918中，数据处理器128或数据处理系统基于存储在数据存储装置120中的磁化曲线或K因数查找表来确定与对应的直轴剩余电压

相关的直轴参考电流

在步骤S920中，第二电流调节器124(例如，复矢量电流调节器) 基于直轴测量电流

和所确定的直轴参考电流

来确定直轴命令电压(V_d)。

在步骤S808中，数据处理器128或帕克逆变换模块612基于直轴命令电压和交轴命令电压(V_d和V_q)的帕克逆变换或类似变换提供相命令电压(V_a，V_b，V_c)。例如，数据处理器128或帕克逆变换模块612可以根据转子磁场定向的以下方程来确定帕克变换或类似变换：

θ_e＝θ_rotor+[ω_slipdt，

其中θ_e是转子的电学角位置；

其中θ_rotor是转子的机械角位置；

并且ω_slip是转子的滑移角速度。

转子的滑移角速度(ω_slip)是控制变量。控制器106或数据处理器 128使用直轴和交轴电流控制来控制滑移角速度的滑移点的正确操作。特别地，直轴参考电流和参考交轴电流对于确定以下各项中的一个或多个是关键的：(1)准确的滑移点，(2)最小滑移值，(3)最大滑移值， (4)是感应电机55的转子速度的函数的最小滑移值，和(5)是感应电机 55的转子速度的函数的最大滑移值。

根据本文中的系统和方法，与逆变器的驱动器相关联的(例如，紧凑的或适度尺寸的、低成本或适度成本的、和低电流输出或适度电流输出的)一个或多个电源可以提供足够的初始能量以在启动模式中对电容器充电。因为电源仅要求适度的电流输出以在启动模式过程中对电容器充分地涓流充电，所以该系统和方法非常适合于再利用或改变逆变器的普通的或典型的驱动器电路以对电容器充电。进一步地，被充电的电容器可以具体化为典型的或现有的已经被使用在直流总线两端以用于逆变器的直流信号的过滤(电压瞬变)的电容器。

为便于适当使用直流总线的端子两端之间的电容器中的存储能量，(例如，在过渡激励模式中)电子数据处理系统可以控制驱动器的开关以控制驱动器的电源以明断地和有效地配置存储在电容器中的能量，以用于从启动模式或启动阶段成功过渡到操作模式。该方法和系统便于在启动模式之后高效管理电磁通量和在感应电机中引起的生成电流，以完全地或充分地对电容器充电来逐渐增加生成电流，所生成的电流在转动的轴上产生制动(生成)转矩。例如，电子数据处理系统在受控递增步骤中、在相继的分级步骤中或根据连续的升高过程增大感应电机的感生电流和电压输出。在一个实施例中，数据处理系统设置感应电机中的电磁通量和生成电流或生成电压的增加的升高速度，以避免妨碍感应电机中的电能的自激励的方式对电容器进行放电，从而在直流总线上的目标电压输出下实现操作模式。相应地，感应电机能够生成对电容器充电的电力，替代电容器中的初始存储能量并且将输出电压增加成超过电源或驱动器电路可单独实现的电平。

已经描述了优选实施例，显然可以在没有脱离本发明在附随权利要求中限定的范围的情况下进行多种修改。

Claims (24)

1.一种逆变器系统，包括：

极性相反的一对直流电压端子；

电容器，所述电容器连接在该对直流电压端子之间；

第一开关，所述第一开关具有第一切换端子和第一控制端子；

第二开关，所述第二开关具有第二切换端子和第二控制端子，第一开关的第一切换端子和第二开关的第二切换端子在该对直流电压端子之间串联连接；

电机或发电机，所述电机或发电机具有一个或多个绕组和在第一开关和第二开关之间与第一切换端子和第二切换端子相关联的第一相输出端子；

串联的第一组阻流二极管；

串联的第二组阻流二极管；

第一电压源，所述第一电压源提供能够切换至第一控制端子的第一输出电压电平和第二输出电平，第一输出电压电平与第二输出电平不同，第一输出电压电平经由第一组阻流二极管向所述电容器提供电能以在启动模式中将所述电容器充电或涓流充电到初级电压电平；

第二电压源，所述第二电压源提供能够切换至第二控制端子的所述第一输出电压电平和所述第二输出电平，所述第一输出电压电平经由第二组阻流二极管向所述电容器提供电能以在所述启动模式中将所述电容器充电或涓流充电到所述初级电压电平；并且

在过渡激励模式中，所述电机能够在与第一相输出端子相关联的一个或多个绕组中感应交流通量以将所述直流电压端子的电压电平从所述初级电压电平升高到次级电压电平，其中次级电压电平与逆变器系统的操作模式相关联。

2.根据权利要求1所述的逆变器系统，其中：

所述初级电压电平足以能在与所述一个或多个绕组中的交流通量的感应或激励一致的情况下操作第一开关和第二开关。

3.根据权利要求1所述的逆变器系统，进一步包括：

数据处理器，在与过渡激励模式相关联的时间周期期间，该数据处理器用于通过所述电机的交轴命令电流和直轴命令电流的第一组合，控制直流总线电压的第一斜率，其中直流总线电压以第一斜率的速率在所述初级电压电平和所述次级电压电平之间增加。

4.根据权利要求3所述的逆变器系统，其中：

在与过渡激励模式相关联的时间周期期间，直流总线电压以第一斜率的速率和第二斜率的速率在中间电压电平和所述次级电压电平之间增加，第二斜率大于第一斜率，其中数据处理器适于通过电机的直轴命令电流和交轴命令电流的第一组合来控制所述第一斜率，并且数据处理器适于通过交轴命令电流和基于一数学关系调节的升高的直轴命令电流的第二组合来控制所述第二斜率。

5.根据权利要求4所述的逆变器系统，其中：

所述数学关系是直轴剩余电压、观测的直流总线电压和交轴命令电压之间的关系，其中直轴剩余电压与测量的、观测的直流总线电压和交轴命令电压的数学函数成比例。

6.根据权利要求1所述的逆变器系统，其中：

第一电压源与在第一控制端子和第一输出电压电平之间的第一控制开关相关联，并且与在第一控制端子和第二输出电平之间的第二控制开关相关联。

7.根据权利要求6所述的逆变器系统，其中：

第一控制开关在所述启动模式期间关断或失效，并且其中，在操作模式期间，第一控制开关根据在过渡激励模式之后或在与第一相输出端子相关联的一个或多个绕组中的交流通量的自激励完成之后的调制命令在关断和开启之间交替。

8.根据权利要求6所述的逆变器系统，其中：

第二控制开关在所述启动模式期间开启或无效，并且其中，第二控制开关在操作模式期间在开启和关断之间交替。

9.根据权利要求1所述的逆变器系统，其中：

所述第一输出电压电平大于所述第二输出电平，并且其中在所述初级电压电平下，电容器被充电到是所述第一输出电压电平的两倍，小于与所述第一组阻流二极管和与所述第一组阻流二极管串联的第一电阻器相关联的第一电压降，并且小于与所述第二组阻流二极管和与所述第二组阻流二极管串联的第二电阻器相关联的第二电压降。

10.根据权利要求1所述的逆变器系统，进一步包括：

在操作模式期间和在启动模式之后连接在所述直流电压端子之间的直流负载或电池。

11.根据权利要求1所述的逆变器系统，其中：

直流负载或电池经由负载开关连接至所述直流电压端子，所述负载开关在启动模式期间关断并且在操作模式期间开启。

12.根据权利要求1所述的逆变器系统，进一步包括：

第三开关，所述第三开关具有第三切换端子和第三控制端子；

第四开关，所述第四开关具有第四切换端子和第四控制端子，第三开关和第四开关的切换端子在所述直流电压端子之间串联连接；

第二相输出端子，所述第二相输出端子在第三开关和第四开关之间与所述第三切换端子和第四切换端子相关联；

串联的第三组阻流二极管；

串联的第四组阻流二极管；

第三电压源，所述第三电压源提供能够切换至第三控制端子的第一输出电压电平和第二输出电平，所述第一输出电压电平经由第三组阻流二极管向所述电容器提供电能以在启动模式中将所述电容器充电或涓流充电到初级电压电平；

在过渡激励模式中，所述电机在与第二相输出端子相关联的一个或多个绕组中感应交流通量以将所述直流电压端子的电压电平从所述初级电压电平升高或增加到次级电压电平；和

第四电压源，所述第四电压源提供能够切换至第四控制端子的所述第一输出电压电平和所述第二输出电平，所述第一输出电压电平经由第四组阻流二极管向所述电容器提供电能以在启动模式中将所述电容器充电或涓流充电到所述初级电压电平；并且

在过渡激励模式中，所述电机在与第一相输出端子相关联的一个或多个绕组中感应交流通量以将所述直流电压端子的电压电平从所述初级电压电平升高到次级电压电平。

13.根据权利要求12所述的逆变器系统，其中：

第一相输出端子和第二相输出端子并联到所述绕组以共同地增强第一电压源、第二电压源、第三电压源和第四电压源的输出功率容量，以辅助感应电机的自激励。

14.根据权利要求12所述的逆变器系统，其中：

所述第一输出电压电平经由第三组阻流二极管和经由第四组阻流二极管向所述电容器提供电能以对所述电容器充电或涓流充电以实现启动电压电平，以在与第二相输出端子相关联的一个或多个绕组中启动交流通量的自激励。

15.根据权利要求1所述的逆变器系统，其中：

第二逆变器包括多个直流输入端子和交流输出端子，该对直流电压端子连接到所述直流输入端子；

电动马达连接到所述交流输出端子，第二逆变器适于通过在所述交流输出端子处提供的信号控制所述电动马达。

16.根据权利要求15所述的逆变器系统，其中：

第二逆变器和电动马达包括发电机上的有源负载。

17.根据权利要求1所述的逆变器系统，其中：

发电机包括感应电机，除所述电容器之外，该感应电机没有连接在直流电压端子之间的任何能量存储装置，并且没有连接到第一相输出端子的任何电容器。

18.根据权利要求17所述的逆变器系统，其中：

感应电机不包括用于转子或在转子中的任何永磁体。

19.根据权利要求1所述的逆变器系统，其中：

在操作模式中，在所述电容器在启动模式期间被涓流充电到超过15伏特的启动电压电平之后，发电机生成超过600伏特的操作电压电平。

20.根据权利要求1所述的逆变器系统，其中：

在对所述电容器充电之后，驱动器适于施加所述第一输出电压电平以激活第一开关，而所述第二输出电平被施加以根据脉宽调制命令使第一开关失效。

21.根据权利要求1所述的逆变器系统，其中：

所述第一输出电压电平经由第一组阻流二极管和经由第二组阻流二极管向所述电容器提供电能以对所述电容器充电或涓流充电以实现启动电压电平，以在与第一相输出端子相关联的一个或多个绕组中启动交流通量的自激励。

22.根据权利要求1所述的逆变器系统，进一步包括：

数据处理器，所述数据处理器用于经由感应电机的与交轴命令电流相关的磁性曲线查找表使直轴命令电流升高，以减小过渡激励模式的时间周期。

23.根据权利要求22所述的逆变器系统，其中：

数据处理器适于增大直轴剩余电流，以增强在所述一个或多个绕组中的电磁场的激励过程和直流电压的相关联的增加的稳健性。

24.根据权利要求1所述的逆变器系统，进一步包括：

数据处理器，该数据处理器适于通过滞后算法或通过计时器确定激励阶段完成并且已经实现直流目标操作电压的所述次级电压电平，其中所述计时器在直流目标操作电压满足或超过阈值电压并至少持续最小时间周期时被触发。

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