專利名稱：用于運行異步電機的三相變流器的控制和/或調(diào)節(jié)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于向異步電機供電的三相變流器的控制和/或 調(diào)節(jié)裝置。此外本發(fā)明涉及一種相應的控制和/或調(diào)節(jié)方法。特別地， 本發(fā)明尤其涉及用于變流器供電的三相異步電機的轉(zhuǎn)矩給定值和定 子磁通給定值的被控制和/或被調(diào)節(jié)的施加。本發(fā)明尤其可在大功率 應用中使用，例如用于向軌道機動車輛的驅(qū)動電機供電的牽引變流 器°
背景技術：
這種驅(qū)動系統(tǒng)的特征是結合三相脈沖逆變器以及加入的中間回 路電壓使用三相異步電機。所述驅(qū)動系統(tǒng)由于所需要的高功率密度和 效率要求以相對低的開關頻率工作。例如在用于長途快車的機車、機 動車輛和重軌短途交通機車中，在電壓調(diào)節(jié)區(qū)域中的開關頻率僅位于
300Hz至800Hz的范圍中。在輕軌短途交通中，該開關頻率典型地位 于800Hz至3kHz的范圍中?？晒┦褂玫闹虚g回路電壓必須被優(yōu)化地 充分利用，即所使用的控制結構和/或調(diào)節(jié)結構必須能夠在無調(diào)節(jié)技 術上所要求電壓調(diào)節(jié)備用(Spannungsstellreserve)的情況下在弱磁場 區(qū)域中工作。此外為了避免不允許的電網(wǎng)反作用，需要產(chǎn)生一個靜態(tài) 確定的和可被影響的諧波頻譜。這要求與變流器的相對低的開關頻率 和最大的輸出電壓一起使用同步的脈沖發(fā)生方法。
對變流器供電的牽引傳動的調(diào)節(jié)動態(tài)特性的要求也是相對高的。 通常在對傳動系統(tǒng)的這種調(diào)節(jié)技術上的要求的情況下，在低的功率范 圍和中等功率范圍中與傳統(tǒng)的磁場定向調(diào)節(jié)方法相結合地使用具有 相對高的開關頻率(5kHz至20kHz)的變流器。
尤其對于直接工作在直流電壓滑接線上的無輸入調(diào)節(jié)器的牽引 應用，重要的是調(diào)節(jié)部分相對滑接線電壓跳變的良好的抗干擾特性?；瑒舆^程及打滑過程的控制，以及機械的傳動振動的阻尼以及在可振
蕩的LC輸入濾波器上的穩(wěn)定工作要求良好的和相對同樣功率等級的 靜態(tài)驅(qū)動而言的高動態(tài)性能的、間接轉(zhuǎn)矩輸入的導控性能。
此外用于保護變流器和/或電動機的調(diào)節(jié)和/或控制方法必須保 證一個可設計的最大電流負荷并且必須可靠地防止所連接的三相異 步電機或一組驅(qū)動裝置內(nèi)的各個電機的傾覆。出于上述原因這也適合 于或者尤其適合于干擾量改變和給定參量改變的情況。
尤其適合于在所述邊界條件下使用的方法已被公知。對于這些公 知方法，所共同的是將相應的控制和/或調(diào)節(jié)方法劃分成如下的主要
功能測量值的檢測、磁通模型、調(diào)節(jié)結構以及控制裝置(用于脈沖 發(fā)生)，其中尤其是調(diào)節(jié)結構和控制裝置在各個所述的方法中是不同 的。通常所述功能部分地或全部地在一個信號處理系統(tǒng)中以及部分地
借助于直接的FPGA (Field Programmable Gate Array:現(xiàn)場可編程門 陣列)支持來實現(xiàn)。
通常對于所述的驅(qū)動調(diào)節(jié)裝置將檢測以下的模擬的被測量 三個逆變器相電流中的至少兩個(電機電流或具有并聯(lián) 連接的電機的一組驅(qū)動裝置中的各個電機電流的總和)以及 脈沖逆變器的中間回路電壓，
在一個可能的變型中也可附加地檢測逆變器輸出端的兩個線 電壓，
可選擇地附加檢測各個電機溫度以及用于跟蹤與溫度相關的、
電機的電阻參數(shù)， 作為其它的被測量可選擇性地檢測電機轉(zhuǎn)速， 如果一個逆變器向兩個或多個并聯(lián)連接的牽引電機供電，則
優(yōu)選地檢測各個電機的轉(zhuǎn)速并將例如算數(shù)平均值用于調(diào)節(jié)。 公知的磁場定向調(diào)節(jié)方法的基礎是轉(zhuǎn)子磁通定向方法中的對轉(zhuǎn) 子磁通的大小和角位置的掌握和/或定子磁通定向方法中的對定子磁 通大小和角位置的掌握。但因為磁通交聯(lián)和電機的轉(zhuǎn)矩不能直接地測 量，所以通常使用計算模型(磁通模型)，該模型模擬異步電機的內(nèi) 部結構。磁通模型尤其用于由所測量的或通過適當?shù)挠嬎闼M的電機 端電壓、電機電流及轉(zhuǎn)速的實際值來確定磁通。該磁通模型通常由兩 個公知的異步電機的部分模型組成，即所謂的電壓模型和所謂的電流 模型。在較低轉(zhuǎn)速時電流模型的影響占優(yōu)勢，而相反地在較高轉(zhuǎn)速時 電壓模型的影響占優(yōu)勢。兩個部分模型的組合兼有二者的優(yōu)點并可被 理解為由電流模型引導的電壓模型。
在Stanke， G.禾卩Horstmann， D.所著的"Die stromrichtemahe Antriebsregelung des Steuerger射es fiir Bahnautomatisierungssysteme SIBAS32"， eb-ElektrischeBahnen，第卯巻Cl992年)，第11期， 第344-350頁中描述的方法涉及一種具有用于控制變流器的異步和同 步脈沖發(fā)生的、基于平均值的轉(zhuǎn)子磁通定向調(diào)節(jié)方法。除了尤其是同 步脈沖發(fā)生和間接的兩分量電流調(diào)節(jié)(參見上面)的優(yōu)點外，該方法 相對其它的方法在可達到的調(diào)節(jié)動態(tài)特性方面和干擾特性方面-尤 其當中間回路電壓改變時-具有缺點。
在Depenbrock， M.所著的"Direkte Selbstregelung (DSR) fiir hochdynamische Drehfeldantriebe mit Stromrichterspeisung"， etzArchiv， 第7巻(1985年)，第7期，第211-218頁中，或者在JSnecke， M.， Kremer， R.禾卩Steuerwald， G,所著的"Direkte Selbstregelung, ein neuartiges Regelverfahren fiir Traktionsantriebe im Ersteinsatz bei dieselelektrischen Lokomotiven"， eb — Elektrische Bahnen， 第89巻 (1991年)，第3期，第79-87頁中所描述的DSR方法是一種專門適 用于牽引驅(qū)動裝置的、基于瞬時值的方法，該方法尤其具有優(yōu)化的動 態(tài)特性，但不具有可重現(xiàn)的靜態(tài)特性。此外DSR不允許開關頻率相 對基頻的很小的比例。此外由于變流器的最小導通持續(xù)時間，在小轉(zhuǎn) 速時的工作是有問題的，這可通過轉(zhuǎn)換到一個替換的、同樣基于定子 磁通的調(diào)節(jié)方法ISR來解決(見所述Janecke， M等人發(fā)表的文章)。
并且在"Direkte Drehmomentregelung von Drehstromantrieben" ABBTechnik，第3期(1995年)，第19-24頁中描述的DTC方法作 為基于瞬時值的方法提供了如直接自調(diào)節(jié)(DSR)那樣的優(yōu)化的動態(tài) 特性，但其靜態(tài)特性同樣不可重現(xiàn)并且該直接轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)也不允許開關頻率相對基頻的很小的比例。與DSR相反地，在DTC方法中定子磁 通軌跡在一個圓軌道上導行，這尤其需要變流器的明顯更高的開關頻 率。
在WO 2005/018086 Al中，在Amler， G.， Hoffmann, F.， Stanke， G.， Sperr， R， Weidauer， M.所著"Highly dynamic and speed sensorless control of traction drives " EPE 2003年圖盧茲會議會刊中，在Evers ， C.， Steimel， A.， W6rner， K.所著的"Flux-guided control strategy for pulse pattern changes without transients of torque and current for high power IGBT-inverter drives" EPE 2001年格拉茨會議會刊中以及在 W6rner, K.所著的"Quasi-synchrone statorflussgefUhrte Pulsverfahren fUr die wechselrichtergespeiste Induktionsmaschine"， 博士論文，2001 年，德國工程師協(xié)會(VDI)進展報告，第21干U，第302號中所描 述的方法通過基于瞬時值的定子磁通導控的脈沖發(fā)生尤其克服了上 述的缺點，如在具有后置脈沖波形發(fā)生器的基于平均值的調(diào)節(jié)方法的 相對低的開關頻率的情況下的較差的調(diào)節(jié)動態(tài)特性和較差的干擾特 性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務在于:給出開始部分所述類型的用于三相變流器的 控制和/或調(diào)節(jié)裝置，它允許使用基于平均值的脈沖波形發(fā)生來控制 變流器，其中尤其對于軌道機動車中的牽引應用，在所提供的變流器 的輸入電壓的最佳充分利用的情況下可滿足所述高動態(tài)性能的要求。 此外，在低開關頻率時可產(chǎn)生穩(wěn)定地確定的和可被影響的諧波頻譜。
本發(fā)明的一個另外的任務是，給出一種這樣的控制和/或調(diào)節(jié)裝 置，它允許在一個進一步統(tǒng)一的控制和/或調(diào)節(jié)結構中既可使用基于 平均值的脈沖波形發(fā)生也可使用基于瞬時值的脈沖波形發(fā)生來控制 變流器。
本發(fā)明的又一任務在于，給出用于運行由三相變流器供電的異步 電機的相應的控制和/或調(diào)節(jié)方法。
本發(fā)明提出一種具有一個控制和/或調(diào)節(jié)結構的控制和/或調(diào)節(jié)裝置，它具有一個定子磁通調(diào)節(jié)器和一個至少用于產(chǎn)生基于平均值的脈 沖信號的脈沖波形發(fā)生器。定子磁通調(diào)節(jié)器根據(jù)一個尤其由前置的轉(zhuǎn) 差頻率調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的輸入量以及根據(jù)其它的輸入信號來產(chǎn)生脈沖信 號。脈沖波形發(fā)生器的定子磁通調(diào)節(jié)器被構造用于根據(jù)異步電機的定 子磁通的給定值以及根據(jù)異步電機的轉(zhuǎn)矩的給定值來產(chǎn)生調(diào)節(jié)量。根 據(jù)本發(fā)明，定子磁通調(diào)節(jié)器具有最少拍調(diào)節(jié)特性。
此外還提出，所述控制和/或調(diào)節(jié)裝置具有一個控制和/或調(diào)節(jié)結 構，它具有一個轉(zhuǎn)差頻率調(diào)節(jié)器以及一個用于產(chǎn)生基于平均值和基于 瞬時值的脈沖信號的、具有自身定子磁通調(diào)節(jié)的脈沖波形發(fā)生器。基 于平均值與基于瞬時值的脈沖信號可選擇地和根據(jù)相應的工作狀態(tài) 來產(chǎn)生。這里脈沖波形發(fā)生器應理解為可具有例如分別產(chǎn)生基于平均 值或基于瞬時值的脈沖信號的各個脈沖波形發(fā)生器的一個總的脈沖 波形發(fā)生器。轉(zhuǎn)差頻率調(diào)節(jié)器的輸出端與總的脈沖波形發(fā)生器的輸入 端連接，以致脈沖波形發(fā)生器可根據(jù)一個由轉(zhuǎn)差頻率調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的調(diào) 節(jié)量以及其它的輸入信號來產(chǎn)生脈沖信號。定子磁通調(diào)節(jié)器尤其如上 所提出地構成。
對于具有最少拍特性的調(diào)節(jié)器尤其應理解為一種調(diào)節(jié)器，它(如 P調(diào)節(jié)器，即具有比例分量的調(diào)節(jié)器)在調(diào)節(jié)量計算時考慮給定參量 的給定值與給定參量的實際值之間的差值。因此如在一個p調(diào)節(jié)器中 將進行給定值與實際值的比較。但與傳統(tǒng)的p調(diào)節(jié)器不同的是，具有 最少拍特性的調(diào)節(jié)器不具有可調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)放大系數(shù)。描述一個p調(diào)節(jié) 器的調(diào)節(jié)特性以及具有給定值與實際值的差值乘以(可調(diào)節(jié)的)放大 系數(shù)的方程式因此例如可這樣地轉(zhuǎn)化成一個描述最少拍調(diào)節(jié)器的調(diào) 節(jié)特性的方程式，其方式是調(diào)節(jié)放大系數(shù)被置于一個恒定的、不可調(diào)
節(jié)的值上。如在對附圖(尤其是附圖9)的描述中還要說明的，為了 計算一個具有最少拍特性的調(diào)節(jié)器的輸出量將給定值與實際值的差 值與一個因數(shù)或與多個因數(shù)相乘，這些因數(shù)與當前的工作狀態(tài)相關和 /或與一個期待值相關。但這種因數(shù)不是調(diào)節(jié)技術意義上的調(diào)節(jié)放大 系數(shù)。
本發(fā)明基于這樣的認識在基于平均值的脈沖發(fā)生的范圍中在中間回路電壓和/或轉(zhuǎn)速的跳變式的改變時，當使用具有用于定子磁通 調(diào)節(jié)的p調(diào)節(jié)器的的傳統(tǒng)調(diào)節(jié)結構(以及可能使用附加的同步調(diào)節(jié)器 用來保證在同步的、基于平均值的脈沖發(fā)生時的同步)的情況下可導 致可控制性的部分損失。當在弱磁場區(qū)域中工作時出現(xiàn)這種跳變式的 改變時，情況尤其是這樣。在這樣的干擾激勵時用于調(diào)節(jié)的磁場削弱 系數(shù)與定子電壓空間矢量的給定值大小相對于變流器的最大可能輸 出電壓的比例不一致。用于產(chǎn)生基于平均值的脈沖信號的脈沖波形發(fā) 生器至少在無零電壓的脈沖波形時不能夠在變流器輸出端上調(diào)節(jié)出 由調(diào)節(jié)器所要求的輸出給定電壓。
該結構的其它調(diào)節(jié)器，例如轉(zhuǎn)差頻率調(diào)節(jié)器以及用于使開關操作 與定子磁通空間矢量的旋轉(zhuǎn)基頻同步的同步調(diào)節(jié)器，同樣試圖將干擾 調(diào)節(jié)掉。但因為該脈沖波形發(fā)生器不能達到由p調(diào)節(jié)器所要求的特 性，所以總體上在該結構中將出現(xiàn)不穩(wěn)定和不可重現(xiàn)的狀態(tài)。這可能 導致變流器的阻斷和由此導致將干擾情況記錄到一個故障存儲器中。
相反地，具有最少拍特性的定子磁通調(diào)節(jié)器將以由其計算出的調(diào) 節(jié)量的最大可能的改變對給定參量和/或干擾量的跳變做出反應。該 調(diào)節(jié)器"優(yōu)先"定子磁通的調(diào)節(jié)。因此可實現(xiàn)對通過跳變引起的新的 工作狀態(tài)、例如對升高的中間回路電壓的最大可能的接近。視在出現(xiàn) 跳變前的工作狀態(tài)而定，所述跳變甚至可以在單個調(diào)節(jié)節(jié)拍中被完全 補償(所謂的最少拍特性)，這就是說，然后該調(diào)節(jié)立即重新工作， 好像所述跳變沒有發(fā)生過一樣。但當所述跳變不能在單個調(diào)節(jié)節(jié)拍中 被補償時，對新工作狀態(tài)的最大可能的接近至少具有其優(yōu)點，即可盡 可能地避免調(diào)節(jié)性能的不穩(wěn)定。
給定參量跳變和/或干擾量跳變的補償例如不能在單個調(diào)節(jié)節(jié)拍 中被補償，即使在假定所述跳變可在單個調(diào)節(jié)節(jié)拍中被補償?shù)那闆r 下，無論在跳變前還是跳變后變流器工作在無電壓調(diào)節(jié)備用的弱磁場 區(qū)域中。
尤其是出于這個原因以及出于由此可達到的對于選擇使用基于 平均值和基于瞬時值的脈沖發(fā)生來說盡可能的結構同一性的原因，優(yōu)
選的是該結構除了具有最少拍特性的定子磁通調(diào)節(jié)器和連接在該定子磁通調(diào)節(jié)器前面的轉(zhuǎn)差頻率調(diào)節(jié)器外不具有使變流器的零電壓的
開關與定子磁通空間矢量旋轉(zhuǎn)的基頻同步的同步調(diào)節(jié)器。而是定子磁
通調(diào)節(jié)器與前置的轉(zhuǎn)差頻率調(diào)節(jié)器的組合承擔這種同步的功能。由此
可達到結構的更高的穩(wěn)定性，因為參與了更少數(shù)量的調(diào)節(jié)器。在所述
兩個構型(基于平均值和/或基于瞬時值)中借助實際定子磁通軌跡
來進行同步。該同步的同類性簡化了借助于基于平均值和基于瞬時值
的脈沖發(fā)生的變流器的工作之間的轉(zhuǎn)換。
根據(jù)本發(fā)明的結構既可被用于同步的也可被用于異步的基于平
均值的變流器的工作。
本發(fā)明的一個另外的優(yōu)點與前面所述相關。通過
用于基于平均值的脈沖發(fā)生的、具有最少拍特性的根據(jù)本發(fā)
明的定子磁通調(diào)節(jié)器，
與此相關的可能性可實現(xiàn)基于實際定子磁通軌跡的同步而無
需附加的同步調(diào)節(jié)器，
用于生成具有相同的同步方式的定子磁通軌跡導控的、基于
瞬時值的第二脈沖波形發(fā)生器，以及
裝置的結構化，其中該裝置的其它單元也可與當前選擇的脈
沖波形的類型無關地工作，
可實現(xiàn)一個用于不同脈沖波形類型的盡可能統(tǒng)一的結構。 一個統(tǒng)一結
構的基本優(yōu)點在于其相對小的復雜性。 一個另外的優(yōu)點在于，整體結
構的大部分可與脈沖波形無關地被測試和投入工作。
尤其可與脈沖波形的類型無關地工作的一些單元例如為用于建
模變流器特性的單元(逆變器模型)，用于估算不可直接測量的量， 如所連接的異步電機的定子磁通、轉(zhuǎn)子磁通和氣隙轉(zhuǎn)矩以及用于將相 應的信息輸出給各個當前的脈沖波形發(fā)生器的單元(定子磁通觀測 器)，其中該磁通觀測器可選地或替代地計算和輸出一個電機轉(zhuǎn)速的 估算值，用于計算磁化電壓和控制量的單元和/或用于校正變流器的
誤差電壓的單元(對此例如參見EP 0 945 970 A2)，該單元被連接在 脈沖波形發(fā)生器的后面。
所述統(tǒng)一的結構允許尤其在具有小循環(huán)數(shù)(Gangzahl)的脈沖發(fā)生時或在阻斷工況時附加地通過動態(tài)開關的零電壓控制對干擾量 (尤其是中間回路電壓和/或轉(zhuǎn)速的改變)的高動態(tài)系統(tǒng)激勵。對于 "動態(tài)開關的零電壓"應被理解為這樣的零電壓它們相對可能存在 的常規(guī)零電壓(例如同步零電壓)附加地被開關，以便能快速地對干 擾激勵做出反應?；诟鶕?jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)結構以及基于以下還將描述 的對被測量釆樣的控制可無多大延時地例如從小循環(huán)數(shù)的、基于瞬時
值的脈沖發(fā)生，尤其阻斷脈沖發(fā)生(SP1)、 EP3、 CP3、 EP5及CP5 (對于這些縮寫的說明可參見


部分)視定子磁通軌跡的類型 (六角形，或具有折入角的六角形)而定轉(zhuǎn)換到用于直接干擾激勵時 間的相應的DSR構型。因此自動地消除了可能存在的同步零電壓和 動態(tài)開關的零電壓的負面影響。因為定子磁通軌跡具有相同的形狀和 幅度，所以可在起振過程結束后在新工作點上毫無問題地例如再轉(zhuǎn)換 到原來的同步脈沖發(fā)生。
此外，在實踐中設有用于濾波的單元，特別是用于對矢量(如測 量出的定子電流)濾波的單元。優(yōu)選的是，所述濾波在磁場坐標中進 行，其中由于根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)結構這些量可有利地用于不同的任 務。為了使這些量可在磁場坐標中被濾波，它們被轉(zhuǎn)換到隨著定子磁 通或轉(zhuǎn)子磁通一起轉(zhuǎn)動的坐標系中。濾波器參數(shù)(如濾波器角頻率) 可適配于相應的脈沖波形。

現(xiàn)在參照附圖來描述本發(fā)明的實施例和其它優(yōu)選的特征。附圖中
的各個圖示出
圖1:根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)裝置的一個特別優(yōu)選的實施形式的結
構；
圖2:根據(jù)圖1的結構的細節(jié)，但其中表示出其它的接口并由此 部分地表示出其它的單元；
圖3:定子電壓和具有折入角的、用于定子磁通導控的脈沖發(fā)生 的定子磁通軌跡的示意圖4:定子電壓和不具有折入角的、用于定子磁通導控的脈沖發(fā)生的定子磁通軌跡，即六角形磁通圖的示意圖5:定子電壓和用于基于PWM的、同步的脈沖發(fā)生的定子磁 通軌跡的示意圖6:磁通轉(zhuǎn)向效應的示意圖7:在根據(jù)本發(fā)明的具有基于平均值的脈沖波形發(fā)生的調(diào)節(jié)方 法的多個采樣周期或調(diào)節(jié)周期上定子磁通矢量的不同時間采樣值的 圖，其中在這些周期期間中間回路電壓跳變式地升高；
圖8:在根據(jù)本發(fā)明的具有基于平均值的脈沖波形發(fā)生的調(diào)節(jié)方 法的多個采樣周期或調(diào)節(jié)周期上定子磁通矢量的不同時間采樣值的 圖，其中在這些周期期間電機轉(zhuǎn)速跳變式地減小(例如由于負載更 換)；
圖9: 一個信號流程圖，該信號流程圖示意性地示出了具有具有 定子磁通調(diào)節(jié)的最少拍特性的基于平均值的脈沖波形發(fā)生的根據(jù)本 發(fā)明的調(diào)節(jié)方法的一個特別優(yōu)選的實施形式的工作形式；
圖10: —個采樣時間間隔，在該采樣時間間隔中在一個逆變器 相內(nèi)進行兩次轉(zhuǎn)換；
圖11:具有多個采樣間隔的一段時間，其中在逆變器的各個開 關操作之間具有不同數(shù)目和不同長度的采樣時間間隔；
圖12:具有用于計算開關時刻和用于執(zhí)行開關操作的元件的一 個象征性結構；
圖13:具有采樣時刻和分別位于其中間的時間間隔的時間序列 以及三個逆變器相的相應開關狀態(tài)的時間圖，所述時間序列用于不同 的計算任務和具有基于平均值的脈沖波形發(fā)生的調(diào)節(jié)的運算；
圖14:每個帶有折入角的、用于7倍脈沖發(fā)生的扇區(qū)的具有狀 態(tài)機的相應的子狀態(tài)的定子磁通軌跡的一個區(qū)段；
圖15:每個無折入角的、用于5倍脈沖發(fā)生的扇區(qū)的具有狀態(tài) 機的相應子狀態(tài)的定子磁通軌跡的一個區(qū)段；
圖16:在帶折入角的、用于7倍脈沖發(fā)生的鄰接方法中具有包 括脈沖波形更換的相應子狀態(tài)的狀態(tài)過渡圖；以及
圖17:用于定子磁通導控的脈沖發(fā)生的磁通比較的投影軸以及開關角的定義。
具體實施方式
圖1中示出了三相異步電機的全部驅(qū)動調(diào)節(jié)裝置的結構A，該三 相異步電機可選擇地帶有或不帶有轉(zhuǎn)速傳感器地工作。詳細地表示和設有以下的參考標記 一個脈沖波形發(fā)生器B、 一個轉(zhuǎn)差頻率調(diào)節(jié)器或轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器E、 一個用于可選的轉(zhuǎn)速估算的裝置(轉(zhuǎn)速估算器)D、 一個用于模擬磁通交聯(lián)(定子磁通和轉(zhuǎn)子磁通)以及轉(zhuǎn)矩的裝置(磁 通觀測器)F、 一個用于建模被結構A控制的逆變器G的性能的裝置 C、 一個包括反的逆變器模型的用于干擾量補償?shù)难b置H。在信號處理器或微處理器控制的信號電子技術范圍內(nèi)實現(xiàn)的脈 沖波形發(fā)生器B負責執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的一個重要部分。尤其在 其中實施具有根據(jù)本發(fā)明的基于平均值的脈沖波形發(fā)生和定子磁通 調(diào)節(jié)的最少拍特性的調(diào)節(jié)方法(在裝置J內(nèi))。此外，它包括一個定 子磁通導控的、基于瞬時值的脈沖波形發(fā)生器(在裝置M內(nèi))的實 施。裝置H在輸入側(cè)與脈沖波形發(fā)生器B連接并且從該脈沖波形發(fā) 生器接收信號，所述信號確定逆變器G的逆變器相的開關時刻。裝 置H在輸出側(cè)與逆變器G的開關器件的控制單元連接并且將脈沖信 號傳輸給這些開關器件，這些脈沖信號使所述開關器件導通或關斷。 在產(chǎn)生脈沖信號時，裝置H以本身公知的方式補償干擾量，并且此 外執(zhí)行各個開關器件的閉鎖和最小開關時間監(jiān)測。裝置H的輸入信號的時間變化可基于不同的脈沖波形。尤其在 異步電機K的磁化過程的開始時，輸入信號可來自脈沖波形發(fā)生器B 的單元L，在其它工作期間通過基于平均值的脈沖波形，例如脈沖寬 度調(diào)制(PWM)的脈沖波形，輸入信號可來自單元J，或者在以定子 磁通軌跡導控的脈沖波形工作期間，輸入信號可來自同樣是脈沖波形 發(fā)生器B的一部分的單元M。根據(jù)圖1中的圖示可設置有用于生成基于平均值的脈沖波形的 定子磁通調(diào)節(jié)器，其被固有地稱為脈沖波形發(fā)生器B。該定子磁通調(diào)節(jié)器在圖1中用參考標號R表示。此外，在圖1中用于生成基于平均 值的脈沖波形的脈沖波形發(fā)生器P被表示為整個脈沖波形發(fā)生器B 的一部分。定子磁通調(diào)節(jié)器R的輸出端與脈沖波形發(fā)生器P的輸入 端連接。兩個裝置R、 P被表示為單元J的一部分。對于裝置R、 P 的一個可能的構型還將通過圖9以及所屬的描述來詳細說明。此外，圖1還示出通過三個相與逆變器G連接的異步電機K， 一個測量流過三相中至少兩相的電流的電流測量裝置N ， 一個測量 逆變器G的輸入端上的中間回路電壓的電壓傳感器O，以及一個可 選的轉(zhuǎn)速傳感器P。圖1中的結構A的圖示可被示意性地理解并且僅示出了該結構 的基本部分。進一步的細節(jié)現(xiàn)在參照圖2進行描述，在該圖中未示出 結構外部的元件和裝置。圖2中總共示出結構A的七個裝置。其中裝置C (逆變器模型) 和磁通觀測器F與相應的在圖1中所示的裝置相同。但脈沖波形發(fā)生 器5與圖1中的脈沖波形發(fā)生器B的區(qū)別在于它具有另外的接口。 但它也可包括根據(jù)本發(fā)明的具有最少拍特性的定子磁通調(diào)節(jié)器和用 于基于平均值的脈沖發(fā)生的后置的脈沖波形發(fā)生器以及用于其它脈 沖發(fā)生的其它脈沖的波形發(fā)生器。此外示出了一個用于檢測模擬的測量值(模擬的實際值檢測)的 裝置1， 一組濾波器裝置2， 一個用于中間回路穩(wěn)定、用于實現(xiàn)傾覆 保護、用于平穩(wěn)的定子電流限制和用于轉(zhuǎn)差頻率調(diào)節(jié)的裝置3，以及 一個用于計算磁化電壓和異步電機控制量的裝置4。根據(jù)圖1的轉(zhuǎn)差 頻率調(diào)節(jié)器E尤其是根據(jù)圖2的裝置3的一部分。在圖2中同樣示出 了所示的單元與各個接收的、輸出的或傳輸?shù)奈锢砹恐g的接口。對 于在圖2中使用的符號的意義還要進行詳細說明，只要其對于本發(fā)明 是有意義的。作為裝置4的、其值被傳輸給脈沖波形發(fā)生器5的輸出量在圖2中尤其被表示為給定控制量laj和kefjf。這些給定控制量尤其用作方 程式[5]及[7]的輸入量或用于決定是否更換脈沖波形類型。所有由圖2中的單元實施的計算和/或運算除少數(shù)例外分別在對于結構A的工作所必需的被測量的兩個采樣時刻之間進行。這些被 測量尤其是中間回路電壓UDC，流過逆變器G與異步電機K之間的 三個相中兩個相的電流ipw、 iph2 (這些被測量被輸送給單元1)以及可選的異步電機K的轉(zhuǎn)速O)mech乘以極對數(shù)PP。如果確定出在緊接著的，即將進行的下個采樣時刻上必須計算變 流器的開關器件的開關動作，那么在一個采樣周期內(nèi)，即在兩個隨后 相鄰的采樣時刻之間，由所述七個單元執(zhí)行所有必需的計算任務。但 以后還將詳細討論這些情況，其中僅一部分單元和/或僅一部分任務 要在一個采樣周期內(nèi)被處理完成，例如因為直到緊接著的采樣時刻仍 不必計算新的開關動作。單元1如所述地接收三個相電流中至少兩個相電流的測量值和 中間回路電壓的測量值。它計算一個以異步電機的定子坐標系為參考 的定子電流空間矢量的各個分量。它們作為空間矢量被傳輸給裝置3 (磁通模型)和裝置4 (濾波器)。所述兩個被測量的相電流和第三 個被計算的相電流被傳輸給裝置C和B。裝置C (逆變器模型)使用關于中間回路電壓的信息以及適當求 得的相幵關信息和被測量的逆變器相電流(例如在EP 09 45 970和 EP 09 45 956中描述的關于裝置C的工作方式和變型的其它細節(jié))來 計算端電壓空間矢量，該端電壓空間矢量也以異步電機的定子坐標系 為參考。在磁通觀測器F中實現(xiàn)了一個可轉(zhuǎn)換的或可連續(xù)地相互重疊的 磁通模型(電壓模型，電流模型)，該磁通模型計算三相異步電機的 狀態(tài)量(尤其是定子磁通空間矢量、轉(zhuǎn)子磁通空間矢量及其定向角) 以及從中導出的轉(zhuǎn)矩。對于其它的細節(jié)可參考說明書導言部分和WO 2005/018086。電壓模型附加地計算一個估算的定子電流空間矢量， 該定子電流空間矢量與被測得的定子電流空間矢量一起能以有利的 方式例如用于異步電機的轉(zhuǎn)速估算或溫度估算和/或在一個用于仿真 變流器的方式的范圍中用于實際值仿真。此外在裝置F中進行異步電 機的等效電路的隨工作改變的參數(shù)的適配或跟蹤，尤其是定子電阻和 轉(zhuǎn)子電阻、主電感以及等效鐵耗電流或鐵耗電阻的適配或跟蹤。在濾波器裝置2中用一階或二階濾波器進行自適應濾波(在可變 的采樣時間的情況下和以與脈沖波形相關的角頻率)。在不同坐標系 中的中間回路電壓和定子電流空間矢量的測量值被濾波(定子坐標中 的、定子磁通固定和轉(zhuǎn)子磁通固定的坐標系中的定子電流空間矢量以 及轉(zhuǎn)子磁通固定的坐標中的誤差電流空間矢量被表示為輸出量并且 部分地與其它同樣被示出的裝置連接)。在此情況下這些矢量優(yōu)選地 在磁場坐標(即在定子磁通坐標和/或轉(zhuǎn)子磁通坐標)中被濾波。此 外其它裝置，尤其是磁通觀測器F的計算結果、即計算值被濾波，以 便衰減由逆變器的開關特性和/或由脈沖波形引起的諧波。特別地， 標量，即中間回路電壓和被估算的轉(zhuǎn)矩可分別借助多個不同的濾波器 濾波。裝置3如上所述地為了保護變流器和/或電機執(zhí)行傾覆轉(zhuǎn)差限制 和穩(wěn)定的定子電流限制。此外為了在直流電流直接供電時穩(wěn)定LC輸 入濾波器進行UDC的合閘控制，即基于轉(zhuǎn)矩給定值或轉(zhuǎn)差頻率給定值 進行直流電壓(DC)中間回路的電壓波動的合閘控制，例如根據(jù)DE 4110225。此外裝置3進行自身的轉(zhuǎn)差頻率調(diào)節(jié)。這以恒定的磁通為前提， 但與轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)等同地提供以上所述的傾覆保護，以維持所調(diào)整的最大轉(zhuǎn)差頻率。裝置3輸出定子頻率的一個參考值COyef作為其輸出量，定子磁通空間矢量以該頻率在一個相應的以定子為參考的坐標系中 旋轉(zhuǎn)。這個由裝置3輸出的值一方面被傳輸給脈沖波形發(fā)生器B而另 一方面被傳輸給裝置4中實現(xiàn)的磁化電壓計算和控制量計算部分。裝置4尤其為了弱磁調(diào)節(jié)和控制計算的目的進行最大的基波磁 化電壓的計算。最大的磁化電壓的幅度值l"' ^Uu尤其根據(jù)以下方程 式來計算式中A為電機的等效定子電阻，/w為定子磁通定向的坐標系中的定子電流空間矢量的被濾波的實數(shù)部分；z、為定子磁通定向的坐標系中 的定子電流空間矢量的被濾波的虛數(shù)部分以及o^為定子頻率的給定 值。變流器或電機的給定控制量la^被定義為當前的磁化電壓f/^與 最大的磁化電壓f4^^的商。它特別地如下計算<formula>formula see original document page 22</formula>其中^w為定子磁通給定值。裝置4輸出給脈沖波形發(fā)生器B的輸出量為磁場削弱系數(shù)y與定子磁通給定值V^e/的乘積，該乘積將根據(jù)以下方程式[3]計算<formula>formula see original document page 22</formula>其中當用上面重新給出的方程式計算出的控制量| ^大于或等于最大 的控制量時，k^J等于相應的瞬時脈沖波形的最大的控制量，并且 其中當所述控制量小于最大的控制量時，k^J等于控制量lcg。在此情況下磁場削弱系數(shù)被限制在其最大值1上。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的構型，迄今借助圖2所描述的裝置1 至4以及C與F的功能在驅(qū)動裝置的整個工作范圍中是相同的并且 與分別使用的脈沖發(fā)生方法無關，即與 基于平均值的、異步的和/或同步的脈沖發(fā)生， 基于瞬時值的、定子磁通導控的同步的脈沖發(fā)生，包括全阻 斷工況，無關。在此，除脈沖波形發(fā)生裝置(裝置B)外所述同一調(diào)節(jié)結構被 用于所有的脈沖發(fā)生方法。這不僅適合于專門的、這里所描述的構型， 而且在本發(fā)明的其它構型上情況也可如此?？赡茉诟鶕?jù)現(xiàn)有技術的其 它所述的調(diào)節(jié)方法中取消具有與其相關的不同調(diào)節(jié)結構之間的接替 現(xiàn)象的、所需的結構轉(zhuǎn)換。在脈沖波形發(fā)生器B中進行用于單個逆變器相的接通時刻和關斷時間(t(^和/或tOTF)的計算以及進行采樣時刻t!NTO的控制。在此所述的具體實施例中，由共同的調(diào)節(jié)部分(轉(zhuǎn)差頻率調(diào)節(jié)器，裝置3)出發(fā)可產(chǎn)生三種不同的脈沖波形類型。變流器總是僅以這些 類型之一的脈沖波形工作，其中可用簡單的方法轉(zhuǎn)換到一種另外的類 型。在變流器阻斷之后電機磁化過程開始時產(chǎn)生第一種類型的脈沖波 形(圖1中單元L產(chǎn)生該脈沖波形，其中既可實現(xiàn)完全去磁的電機的 磁化過程也可實現(xiàn)部分去磁的電機的磁化過程)。異步的和同步的基 于平均值的脈沖發(fā)生屬于所謂的基于平均值的脈沖波形的第二種類 型(圖1中單元J)。除了在這里所述的構型中的脈沖波形，其它的基 于平均值的脈沖波形也是可能的，例如(7倍、5倍、3倍的脈沖發(fā) 生節(jié)拍或者阻斷脈沖發(fā)生節(jié)拍，參照Stanke， G.和Horstmann， D.所 著的"Die stromrichternahe Antriebsregelung des SteuergerStes ftir Bahnautomatisierungssystem SIBAS32", eb - Elektrische Bahnen， 第 90巻，(1992，第11期，第344-350頁或者Richter S所著的"Analyse und Bewertung von' Steuerverfahren fiir pulsumrichtergespeiste Asynchronmaschinen"，博士論文，1996年，德國工程師協(xié)會(VDI) 進展報告，第21刊，第207號)。磁通軌跡導控的、基于瞬時值的脈 沖波形(第三種類型)由圖1中的單元M生成。圖12示出用于控制變流器的開關器件的結構。該結構具有一個 控制和/或調(diào)節(jié)裝置11，該裝置的有利的實施形式已在上面借助圖2 進行了示范地說明。一個用于計算相開關時刻的開關時刻計算單元13 (參見圖1或 圖2中的單元B)是裝置11的組成部分，該開關時刻計算單元分別 在相繼的計算周期中基于當前的采樣值計算開關時刻，所述開關時刻 在下一采樣時刻被寫入與處理器無關的寄存器14 (所謂的比較捕獲 單元)中。如在此所述的實施例中，寄存器14可以是一個與處理器無關的 可編程邏輯單元15的一部分，該邏輯單元例如在FPGA中實現(xiàn)。在 該邏輯單元內(nèi)，相應的寄存器內(nèi)容與一個周期地進行改變的值(計數(shù) 器)17比較。如果對于各個開關瞬間的寄存器中的值中的一個與該 周期地進行改變的值相一致，那么在所屬的開關瞬間(k， k+l)上自動地執(zhí)行對應于該寄存器的開關動作(ON/OFF)。該邏輯單元輸出一 個相應的信號，該信號被傳輸給開關器件控制裝置(閉鎖裝置)18, 該開關器件控制裝置控制開關器件的相應的開關動作，尤其在考慮閉 鎖時間和最小開關時間的情況下控制變流器的開關器件的開關。脈沖波形發(fā)生器B在周期地運行的微處理器或信號處理程序內(nèi) 優(yōu)選地實現(xiàn)為每個脈沖波形類型各具有一個主狀態(tài)以及每個脈沖波 形類型具有不同的子狀態(tài)的狀態(tài)機。這借助各個脈沖發(fā)生方法的附圖 14、 15和16被示范地示出。圖'3至5示出基于平均值類型的脈沖波形(圖5表示專門的PWM 脈沖波形)和基于瞬時值類型的脈沖波形(圖3和圖4)。在所有三 個圖中示出了相應類型的多個不同的脈沖波形。這些圖分別以表格形 式構成，其中在第一列中給出脈沖波形的名稱或縮寫，其中在第二列 中示出了單個相的定子電壓的原則上的時間變化波形，其中定子電壓 可在它的瞬時最大值+UDc/2與它的瞬時最小值-UDc/2之間來回地轉(zhuǎn) 換，其中在第三列中示出了以定子的坐標系為參考的定子磁通軌跡， 并且其中在第四列中給出在一個周期中(即在定子磁通圖上定子磁通矢量的頂端在逆時針方向上轉(zhuǎn)一圈)被轉(zhuǎn)換到零電壓的數(shù)目。在此情 況下定子磁通矢量繞坐標系原點轉(zhuǎn)動并且零電壓在定子磁通圖上通 過小黑圓圈表示，即當定子磁通矢量的頂端達到該圓圈時，轉(zhuǎn)換到零 電壓。只要開關操作的自由度允許，相應的、同步的脈沖發(fā)生的開關角 可根據(jù)不同的優(yōu)化標準，如根據(jù)諧波電流的最小有效值或最小擺動力 矩或?qū)﹄娋W(wǎng)的最小反作用被離線地優(yōu)化。例如分別以表格形式存儲的 開關角(參見圖14和15)作為磁通導控的調(diào)制器的基礎。圖14示出在同步的7倍脈沖發(fā)生的情況下、具有折入角的磁通 軌跡的一個扇區(qū)(主狀態(tài)EP7)的所述狀態(tài)機的子狀態(tài)以及它們與數(shù) 學上正的轉(zhuǎn)動方向的定子磁通軌跡的相應的部分區(qū)段的對應關系。圖15示出在同步的5倍脈沖發(fā)生的情況下、不具有折入角的磁 通軌跡的一個扇區(qū)(主狀態(tài)CP5)的所述狀態(tài)機的子狀態(tài)以及它們與 數(shù)學上正的轉(zhuǎn)動方向的定子磁通軌跡的相應的部分區(qū)段的對應關系。圖16以具有折入角的、同步的7倍脈沖發(fā)生的例子表示包括進 入或者離開直接相鄰的脈沖發(fā)生方法的變換狀態(tài)在內(nèi)的狀態(tài)過渡圖。每個子狀態(tài)可借助本發(fā)明的其它的、隨后被描述的特征(見圖 10)計算到四個將來的開關操作。本發(fā)明的上述有利的實施形式能夠一方面實現(xiàn)實時系統(tǒng)中的計 算時間優(yōu)化的處理以及另一方面實現(xiàn)簡單的可擴展性。在該方法的一個另外的有利的實施形式中，例如在中間回路電壓 和/或轉(zhuǎn)速的高動態(tài)的改變時為了避免瞬時電流關斷而盡可能快地為 轉(zhuǎn)換動態(tài)零電壓起見以簡單的方式轉(zhuǎn)換到公知的DSR方法或帶有折 入角的DSR方法(即定子磁通軌跡不是如圖4中的六角形，而是在 DSR方法中出現(xiàn)角的位置上由六角形的棱直線地向內(nèi)然后再直線地 向外直到六角形的棱，見圖3)?；谒矔r值的、同步的脈沖發(fā)生通過一個根據(jù)預給定的開關角所 計算的給定定子磁通軌跡與一個通過磁通觀測器所求得的定子磁通 軌跡的已調(diào)整的實際值的比較來實現(xiàn)。為此，可有利地使用在圖17中所示的定子磁通軌跡的投影，以 致根據(jù)本發(fā)明的磁通比較(定子磁通導控的脈沖發(fā)生的基礎)在狀態(tài) 機內(nèi)僅需對一個扇區(qū)進行編程。在其它的方法(例如見WO 2005/018086)中所需的和部分地耗 費的虛擬端子磁通的計算通過下面所述的與負載和電阻相關的定子 磁通轉(zhuǎn)向的補償來避免。圖6表示轉(zhuǎn)向的磁通圖，該磁通圖在逆時針方向上相對于通過補 償被校正的磁通圖轉(zhuǎn)動了角度&定子磁通空間矢量的實際值在根據(jù) 下列方程式[4]投影到圖17中所示的具有校正角(這里例如為正的轉(zhuǎn) 動方向)的投影軸前回轉(zhuǎn)到坐標原點。磁通導控的開關時間計算將使用下列用于各個所述的基本開關操作的方程式來進行現(xiàn)在來描述用于計算至開關一個有效的電壓(所謂外部電壓)的時間間隔的例子，參見圖17sw_code=1...6。以下所述的算法被用于 開關時間的計算，如-至扇區(qū)更換的時間(CP方法，例如見圖4)-至角折入的時間(EP方法，例如見圖3)-至角折出的時間(EP方法，例如見圖3)v^一", ="^_",."" |) ; w=1，2V相應的P磁通閾值對于每個脈沖波形作為給定控制量和相應的 開關操作(扇區(qū)轉(zhuǎn)換或角調(diào)制)的函數(shù)以表格的形式被存儲。用于瞬 時磁通矢量(Ll， L2， L3， NL1， NL2， NL3)的變換(見圖17)與 定子磁通的當前扇區(qū)和旋轉(zhuǎn)方向相關。根據(jù)上述方程式，變量S—^[4]cos(。 = cos( y - e〃 ) = sin^ )=sin(。 = sin(--& ) = cos(^;)=必及=+卵s娜&-及及柳3卵&-p新&-卵；31 ws表示感應電機的瞬時最大磁化電壓。以下說明零電壓的計算。如從圖17中可看到的，開關事件"零 電壓開"(在圖中表示為點或小圓圈)通過a磁通閾值來確定。與每 個脈沖波形的零矢量的數(shù)目相關地使用不同的磁通閾值。表1表示脈 沖波形和零矢量的開關角與每個扇區(qū)零矢量的數(shù)目的對應關系。表l每個扇區(qū)的零矢量的數(shù)目脈沖波形所使用的零矢量角1CP3， EP5零2CP5， EP7a1; -a!3CP7， EP9零；-ai所謂的內(nèi)a磁通閾值ci2 (見圖17)不能通過在有利的實施形式 中示范地給出的脈沖發(fā)生(見圖3和圖4)使用或者取很小的值0， 因為在脈沖波形CPx (x = 3， 5， 7)或EPy (y = 3， 5， 7， 9)的情況下每個扇區(qū)的零電壓的最大數(shù)目小于等于3。內(nèi)磁通閾值(X2在一個另外的、未詳細說明的實施形式例如脈沖波形CP9中可用于圖4中 表達的進一步邏輯推導。以下算法被用于計算至下個事件"零電壓開"的開關時間。該 算法適用于兩個相近地實施的脈沖發(fā)生方法CP (center pulsing:中心 脈沖發(fā)生)以及EP (edgepulsing:邊緣脈沖發(fā)生)"/."w(卜"/1) ; W = l，2 <* = 一2~^~~(y。w/—V^,) ; JC = ￡l,￡2，Z3，W￡l,A^2,A^3 [6]相應的a磁通閾值對于每個脈沖波形作為期望控制量和相應的 開關操作(相應的零電壓的序號)的函數(shù)以表格的形式被存儲。用于瞬時磁通矢量(Ll， L2， L3， NL1， NL2， NL3)的變換與定子磁通 的當前扇區(qū)和旋轉(zhuǎn)方向相關。根據(jù)上述方程，變量k' Ux表示感應 電機的當前最大磁化電壓?，F(xiàn)在描述用于"零電壓關"的時間的計算。以下用于計算至下 個事件"零電壓關"的開關時間&的規(guī)定可在兩個脈沖發(fā)生方法 CP禾口EP上使用[7
"/所使用的零電壓角^r對于每個脈沖波形作為期望控制量和相應 的開關操作(相應的零電壓序號)的函數(shù)以表格的形式被存儲。分別在表格中存儲的、上述開關角可以離線地、根據(jù)不同的優(yōu)化 標準，例如諧波電流的最小有效值或最小擺動力矩或?qū)﹄娋W(wǎng)的最小反 作用來計算，并且由于所選擇的脈沖波形發(fā)生器的結構可以簡單地由 另外的組替代。以下借助圖10和圖11所描述的實施例涉及本發(fā)明的兩個方面，根據(jù)它們預先計算和存儲多個開關操作或者開關操作之間的較長時 間間隔被用于采樣的重復及開關時刻的計算。這些方面特別適用于變 流器的基于瞬時值的控制情況下根據(jù)預給定的定子磁通軌跡的脈沖 波形。通過以下所述的方法可在逆變器的同時的、最大的電壓利用的 情況下選擇大于逆變器相的最小開關時間的調(diào)節(jié)裝置的采樣時間。以 下的實施例涉及一種這樣的情況。圖10中用小寫t表示從左向右延伸的時間軸。兩個長的從上向下延伸的、與該時間軸交叉的線確定了兩個采樣時刻ti和t2，它們直接地彼此相隨，即在這兩個時刻之間不發(fā)生其它的采樣和計算。在時 刻h之前所執(zhí)行的計算周期中計算了用于開關變流器的同一相的兩 個開關周期(每個周期各具有兩個開關動作)并且在時刻tl將其寫入到相應的寄存器中。圖10中所示的兩個采樣時刻之間的時間間隔用T^^e表示。在該采樣時間間隔內(nèi)僅可執(zhí)行用于計算時刻t2后的開關時刻的唯一的新的計算周期。因此兩個在先計算的開關周期在該采樣時間間隔期間來執(zhí)行。圖io僅涉及三個相中的一個。對于其它兩個相可用相應的方式計算開關周期。此外用所述的方法同樣可以實現(xiàn)從一個已接通的相開始的兩個開關周期。圖10僅示范地表示在采樣時間開始時由關斷的相出發(fā)的 一個序列。圖10中每個開關周期由一個矩形信號來確定，其中矩形信號的 開始的時刻分別在采樣時間間隔開始后的一個時間距離Tc^處。在 此，第一開關周期由附加的下標k而第二開關周期由附加的下標k+l 來表示。因此，在該實施例中在時刻t,對于總共四個開關動作的每一 個將一個對應于該相應的時刻的值加載到寄存器中。在時刻T0N(k) 該相例如從中間回路的低電位轉(zhuǎn)換到中間回路的高電位上。在時刻ToFF(k)該相則重新被轉(zhuǎn)換回到低電位上，以此類推。在圖10中所示 的、如同時間的函數(shù)的矩形狀態(tài)曲線的較高的值P2對應于高電位。較低的值P,對應于低電位。為了執(zhí)行開關動作，例如在時刻ToN(k)使該相的電路的兩個開關器件的串聯(lián)支路的第一開關器件轉(zhuǎn)換。同一串聯(lián)支路的第二開關器 件則在以后根據(jù)閉鎖時間轉(zhuǎn)換。也可與圖IO中不同地，在釆樣時間間隔內(nèi)不完整地執(zhí)行一個開 關周期。圖11同樣表示控制變流器時的時間過程圖。時間軸還用t來表 示。在時間軸的上面，多個采樣時刻分別通過一個垂直的粗線來標記。 總共表示出9個采樣時刻^至t9。此外，在時間軸的下面表示出三相 逆變器的所有三個相的開關狀態(tài)。這些相用Ll、 L2和L3表示。但 在所示的時間區(qū)間中僅發(fā)生相Ll和L2的轉(zhuǎn)換。此外還用較長的、從上向下延伸的虛線來標記這些時刻，在這些 時刻上進行開關操作?？偣?個所示的開關時刻S,至S4分別與采樣 時刻tl至t9中的一個重疊，即與采樣時刻t,(開關時刻S》、t3 (開 關時刻S2)、 t7 (開關時刻S3)和t9 (開關時刻S4)重疊。因此這些 開關時刻是在上述意義上的所謂的共同時刻。也可不同于圖11中所示的情況地出現(xiàn)在兩個共同時刻之間具有一個另外的開關時刻，例如在根據(jù)圖10的實施例中就是這種情況。根據(jù)這里所述的實施例，在控制變流器時對于兩個共同時刻之間的時間間隔總要檢驗該時間間隔是否大于或等于最小采樣時間間隔 Tsampkmin的長度的兩倍。當情況是肯定時，隨后的采樣時刻在由兩個 共同的時刻確定的時間間隔開始后被固定在最小采樣時間間隔的終 點上，該最小采樣時間間隔在共同時刻的時間間隔的開始處開始。在 圖11的情況下，對于所有三個所示的時間間隔情況就是這樣。在共 同時刻Si至S4之間沒有一個時間間隔小于最小采樣時間間隔。在第 一最小采樣時間間隔期間執(zhí)行用于計算將來的、位于隨后的采樣時刻 之后的開關時刻的計算周期。共同時刻之間的時間間隔內(nèi)的這些第一 計算周期在圖11的情況下發(fā)生在時刻t,與12之間、時刻t3與t4之間 和時刻t7與ts之間。在這些第一最小采樣時間間隔的終點，即在時刻 t2、 t4和t8對下個計算周期所需的測量信號進行重新采樣，剛剛計算 的開關時刻例如被寫入到比較捕獲單元(見上述)的寄存器中然后開 始一個新的計算周期。在時間間隔S,至S2和&至S4的情況下這是最 后的計算周期，因為在該相應的間隔中不能裝入多于一個另外的最小 采樣時間間隔。但在間隔S2至S3的情況下在該間隔中還可直接相連 地相繼裝入三個另外的最小采樣時間間隔，以至還可進行另外的計算 周期以及分別在最小采樣時間間隔的終點進行采樣。因此，在間隔 S2至S3內(nèi)的第二計算周期開始于時刻t4，第三計算周期開始于t5。在 時刻t6之后直至共同時刻S3留下不多于一個另外的最小采樣時間間 隔，從而不執(zhí)行其它的計算周期。如果在一個釆樣時刻(這里t2、 te和ts)之后的時間間隔中不能 再裝入兩個其它的最小采樣時間間隔，那么僅再執(zhí)行一個計算周期， 直到達到確定該時間間隔終點的共同時刻S2、 S3或S4為止。因此最 后采樣吋間間隔的長度通常大于最小采樣時間間隔的長度。應當指出，在圖11中所示的情況不是從一開始，即時刻ti便確 定的。而是在圖11中所示的單個采樣時間間隔的序列以及共同時刻 S,至S4的序列是具體執(zhí)行的計算周期的序列的后果。在每個計算周 期中才確定哪個在隨后的采樣時刻之后的開關操作被執(zhí)行。由此開關時間的整個控制是實時的并且總是基于計算周期開始時所得到的 采樣值。圖9表示具有基于平均值的脈沖波形發(fā)生和定子磁通調(diào)節(jié)的最 少拍特性的上述調(diào)節(jié)方法的給定電壓計算的一個特別的、有利的實施 形式的示意性信號流程圖。根據(jù)本發(fā)明，所示結構既可被用于異步的也可被用于同步的不同 循環(huán)數(shù)的、基于平均值的脈沖發(fā)生方法。在進一步描述的有利的實施 形式中僅考慮具有循環(huán)數(shù)15和9的異步的和同步的脈沖發(fā)生。但在 一個不進一步說明的、另外的有利實施形式中該結構也可被用于較小 循環(huán)數(shù)的(包括阻斷脈沖發(fā)生節(jié)拍的7倍、5倍、3倍的脈沖發(fā)生節(jié) 拍)與較高循環(huán)數(shù)的(例如21倍脈沖發(fā)生節(jié)拍)基于平均值的脈沖 發(fā)生。以下將進一步描述的最少拍磁通調(diào)節(jié)的優(yōu)點也適合于所有所述 的脈沖發(fā)生。圖9中所示的流程圖具有一個上支路，該支路接收調(diào)節(jié)裝置的定 子磁通給定值Vs,ef與磁場削弱系數(shù)Y的乘積作為其輸入量。該標量的 給定值與在當前脈沖周期終點上預計的定子磁通空間矢量的方向空 間矢量相乘(框91)。所述相乘的結果在框92中與用于待調(diào)節(jié)的定 子磁通矢量的角度差的另一支路的結果相乘。通過與預計的定子磁通 空間矢量的減法運算93得到一個中間結果，該中間結果在框94中被 下個采樣周期(下個脈沖周期)的持續(xù)時間Tp來除。接下來所述相 除的結果通過一個加法器95被加到定子電阻Rs與定子電流is的乘積 (框96)上。相加的結果在框97中除以被濾波的中間回路電壓f/zx;y7，從而作 為結果得到控制度矢量&,e/。該矢量或其分量例如可以是裝置4 (圖2)的調(diào)節(jié)輸出量，所述調(diào)節(jié)輸出量被傳輸給脈沖波形發(fā)生裝置B。 但框97(圖9)中的乘法運算也可由脈沖波形發(fā)生裝置B來實現(xiàn)，從 而待調(diào)節(jié)的定子電壓給定值矢量處,^或其分量也可以是裝置4的調(diào)節(jié) 輸出量。在該實施例中，該流程圖的下支路具有三個輸入量，其中兩個輸 入量可交替地使用。在第一種情況下所示框101、 104、 106的開關單元如圖9中所示地處于下面的位置上。這種情況涉及使用基于平均值 的脈沖波形的、相對于定子基頻異步的運行。下支路的輸入量在此情 況下為定子頻率cos和脈沖周期Tp,，的倒數(shù)。由該倒數(shù)通過重新的倒 數(shù)運算(框102)以及接著的與定子頻率的相乘(框103)計算出用 于計算新的定子磁通矢量的角位置的差。該角度差在框105中以該矢 量的當前位置為參考并被輸送給框105。此外，脈沖周期TP，asyn的倒 數(shù)通過開關單元106被輸送給框94。
在相應于在同步PMW情況下工作的第二種情況中，不同于圖9 所示地，開關單元101、 104、 106取得其上面的開關位置。在此情況 下輸入量是調(diào)節(jié)周期上的定子磁通矢量的角位置的差值，或替代地為 定子磁通矢量在調(diào)節(jié)周期的終點、下個采樣時刻上應取得的新的給定 角位置，以及還有定子旋轉(zhuǎn)頻率。通過在框102中角位置差值的倒數(shù) 運算和接著在框103中與定子旋轉(zhuǎn)頻率的相乘構成用于同步情況的 采樣周期的持續(xù)時間的倒數(shù)，并且通過開關單元106將其輸送給框 94。此外，該角位置差值通過開關單元104再次被輸送給框105，該 框105的結果被輸送給框92。
圖9中所示的結構尤其以軟件來實施，從而所述框、加法器、減 法器、除法器以及開關單元不必在硬件中存在。
根據(jù)本發(fā)明的在圖9中所示的最少拍磁通調(diào)節(jié)的優(yōu)點借助圖7 和圖8中兩個示意性的假想實驗來說明。
圖7表示當中間回路電壓跳變式地升高時，在弱磁運行中基于平 均值的異步脈沖發(fā)生的情況下在一個位置固定的、以定子為參考的坐 標系中的定子磁通空間矢量的特性。在該圖中定子磁通i(/a， x^，kw等 分別通過一個從該坐標系原點出發(fā)的箭頭來表示。在此情況下總是涉 及在調(diào)節(jié)周期開始時的采樣時刻上是有效的定子磁通。在第k個調(diào)節(jié) 周期開始時定子磁通被表示為在500V的中間回路電壓t/M的情況 下。在該周期開始的采樣時測量該中間電壓。因此在第k個調(diào)節(jié)周期 期間定子矢量在其大小上不改變而僅僅該矢量的旋轉(zhuǎn)量Aii/S，k被調(diào)節(jié) 了角度差J《,&。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施形式，在此定子磁通空間 矢量的角位置^^和/或角度差zLYa可以是預給定的，例如被存放在一個表格中。以這樣的方式可以以簡單的方式達到定子磁通矢量的旋 轉(zhuǎn)與基頻的同步。
但在一定的情況下也可能有例外，定子磁通空間矢量可被調(diào)節(jié)到 一個偏離預給定的角位置的位置上或被旋轉(zhuǎn)一個不同于預給定的角
度差的量。 一個這樣的例外被表示在圖7和圖8中。
在第k個調(diào)節(jié)周期期間中間回路電壓跳變式地從500V改變到 692V。因此在第k+l個調(diào)節(jié)周期開始時的采樣時刻測量該中間電壓。 對于所述調(diào)節(jié)結構這意味著磁場削弱系數(shù)y也跳變式地改變。
借助常規(guī)的P調(diào)節(jié)器在多個計算周期(脈沖周期)之后才結束 將給定值偏差調(diào)節(jié)到近似為零。在此，由于P調(diào)節(jié)器的工作方式，電 機運行在電壓調(diào)節(jié)區(qū)域中，而非如通常的弱磁情況那樣具有恒定的、 最大的控制量。這是由這樣的事實產(chǎn)生的，即定子磁通的改變和由此 給定電壓的大小以及由此最后的控制量不能根據(jù)在其值上控制量為 最大來調(diào)節(jié)，而是根據(jù)轉(zhuǎn)差調(diào)節(jié)器和磁通調(diào)節(jié)器的預給定值來調(diào)節(jié)。
附加地，在不可調(diào)節(jié)減小的控制量的一個脈沖波形(例如阻斷脈 沖發(fā)生)中定子磁通強制地超出其所需的角位置，由此在第k+l個調(diào) 節(jié)周期的終點導致定子磁通空間矢量的一個角誤差，轉(zhuǎn)差頻率調(diào)節(jié)器 又對該角誤差做出反應。最終由此導致上述可控制性的損失。
相反地，根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)結構由于其最少拍特性在跳變后的第 一個調(diào)節(jié)周期(第k+l調(diào)節(jié)周期)中要求定子磁通改變和由此的額定 電壓，其大于或(最佳地)等于定子磁通的最大可能的改變和由此的 給定電壓?；谶@個事實以及給定電壓在其被輸送給基于平均值的脈 沖波形發(fā)生裝置以前被角度正確地限定的事實，電機在所述情況下不 工作在電壓調(diào)節(jié)區(qū)域中，而是(如弱磁時通常地)具有恒定的、最大 的控制量。上述的傳統(tǒng)的P調(diào)節(jié)器與電壓調(diào)節(jié)區(qū)域相結合的缺點被消 除。但由于給定電壓被角度正確地限定，導致了在第k+l個調(diào)節(jié)周期 的終點定子磁通空間矢量的角誤差。但通過根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)結構該 誤差也可以在最小數(shù)目的調(diào)節(jié)周期(圖7中為一個調(diào)節(jié)周期)中被調(diào) 節(jié)掉。
圖7中示出對于中間回路電壓未改變的假定情況的定子磁通矢量III;對于不可達到的情況，即預給定的角位置立即以所期望的定 子磁通的大小來達到的情況的定子磁通矢量I;以及在第k+1個調(diào)節(jié)
周期的終點實際上被調(diào)節(jié)的矢量n。
在隨后的第k+2個調(diào)節(jié)周期中，中間回路電壓的跳變被完全地 調(diào)節(jié)掉并且定子磁通的大小達到一個與新的中間回路電壓U=692V 相應的值。所述調(diào)節(jié)保持穩(wěn)定，因為轉(zhuǎn)差頻率調(diào)節(jié)器起作用，其方式 是它使轉(zhuǎn)矩保持恒定。在第k+2個調(diào)節(jié)周期的終點，又可維持矢量角 位置或角度差的預給定值(通過兩個周期)。
如上所述，該關系也適用于異步、基于平均值的脈沖波形工作。 在同步的、基于平均值的脈沖波形工作中實際情況是類似的，僅是未 出現(xiàn)以上所述的在第k+1個調(diào)節(jié)周期的終點上的定子磁通矢量的角 誤差。這是因為以下事實脈沖周期不是如在異步工作的情況下那樣 被預給定的，而是可以由定子頻率和第k+l個調(diào)節(jié)周期中的定子磁通 空間矢量AXs,k+1的角度差根據(jù)以下方程式對于每個調(diào)節(jié)周期重新計 算(參見圖9):
、"，
問
因此去掉一個附加的同步調(diào)節(jié)器起到三重有利的作用首先使調(diào) 節(jié)結構的復雜性減小，其次不介入與轉(zhuǎn)差頻率調(diào)節(jié)器競爭定子磁通空 間矢量的角位置的其它的調(diào)節(jié)器，不然也會導致調(diào)節(jié)的不穩(wěn)定，以及 第三可實現(xiàn)與基頻非常精確的同步，其中僅在動態(tài)變化時出現(xiàn)例外， 但這可在下個調(diào)節(jié)周期中重新被調(diào)節(jié)好。
圖8也表示在弱磁運行中異步的、基于平均值的脈沖發(fā)生的情況 下在一個位置固定的、以定子為參考的坐標系中的定子磁通空間矢量
的特性，但其中在第k個調(diào)節(jié)周期中發(fā)生電機的轉(zhuǎn)速從600到433 rad/s的跳變。
這種情況類似于圖7，僅是具有和不具有電機轉(zhuǎn)速變化的定子磁通空間矢量的角位置(在調(diào)節(jié)后)不再彼此重疊，而在圖7中當中間 回路電壓改變時其為重疊。
圖13表示與圖11類似的控制變流器時的一個時間順序圖，但借 助基于平均值的脈沖波形。時間軸也用t來表示。在時間軸的上面分 ;別通過垂直的粗線表示多個采樣時刻?？偣脖硎境?個采樣時刻t, 至t9。此外在時間軸的下面表示該變流器的所有三個相的開關狀態(tài)。 這些相用L1， L2和L3表示。
此外在圖13中表示出兩個脈沖周期Tppj， TPP—2，其中第一脈沖
周期從采樣時刻t,到采樣時刻t6而第二脈沖周期緊接著延伸到采樣時
i亥Ut9。每個相在兩個脈沖周期上被接通一次和關斷一次(如圖所示)。 替代地，三個相在兩個脈沖周期上分別首先被關斷然后被接通。在每 種情況中在脈沖周期的起點和終點上，即在采樣時刻t" t6、 19上開 關零電壓。
根據(jù)這里所述的實施形式預給定了最小采樣時間間隔，該最小采 ;樣時間間隔相應于圖11中所示的Tsample_min。相應的異步或同步的基 于平均值的脈沖發(fā)生的當前脈沖周期以整數(shù)倍被劃分(但至少三個分 別具有最小Tsamplemin的采樣間隔)。
脈沖周期內(nèi)的最后的時間間隔被用于計算任務或運算，它們被直 接地執(zhí)行用于基于平均值的脈沖波形(例如PWM脈沖波形)的計算。 i在所示的情況中它們?yōu)椴蓸訒r刻t5與t6或t8與t9之間的時間間隔。這 些時間間隔在圖13中用"ISC_A_PWM"來表示。
該方案的優(yōu)點在于，脈沖波形可以分別基于當前的采樣值尤其中 間回路電壓值來計算。
在位于時間間隔ISC_A_PWM緊前面的時間間隔ISC_A_CRTL中 ;進行非直接用于脈沖波形計算的計算任務及運算。這些任務例如為根 據(jù)圖9的給定電壓計算。
在所示的第三時間間隔ISC—A—CRTL—WAIT中通常進行不必在倒 數(shù)第二的和最后的采樣周期中直接進行的計算，例如在當前脈沖周期 終點上的當前的定子磁通空間矢量的預測，通過過去的脈沖周期的測 ,量值的平均值形成。
權利要求
1. 用于運行一異步電機(K)的控制和/或調(diào)節(jié)裝置，該異步電機由一三相變流器(G)供電，其特征在于一控制和/或調(diào)節(jié)結構(簡稱結構)(1，2，3，4，5，C，F(xiàn))，該控制和/或調(diào)節(jié)結構具有一定子磁通調(diào)節(jié)器(R)和一用于產(chǎn)生基于平均值的脈沖信號的脈沖波形發(fā)生器(P)，其中該定子磁通調(diào)節(jié)器(R)的一輸出端與該脈沖波形發(fā)生器(P)的一輸入端相連接，以致該脈沖波形發(fā)生器(P)可根據(jù)一由該定子磁通調(diào)節(jié)器(R)產(chǎn)生的調(diào)節(jié)量來產(chǎn)生所述脈沖信號，其中該定子磁通調(diào)節(jié)器(R)被構造用于根據(jù)該異步電機(K)的定子磁通的給定值以及根據(jù)該異步電機(K)的轉(zhuǎn)矩的給定值產(chǎn)生所述調(diào)節(jié)量，并且其中該定子磁通調(diào)節(jié)器(R)具有一最少拍調(diào)節(jié)特性。
2. 根據(jù)權利要求1的裝置，其特征在于，用于借助所述基于平均值 的脈沖信號控制所述變流器(G)的所述定子磁通調(diào)節(jié)器(R)輸出 所述異步電機(K)的一控制量作為所述調(diào)節(jié)量，其中該控制量通過 所述變流器(G)的一平均輸出電壓與所述變流器(G)的一輸入電 壓(最大可能的輸出電壓)的關系來定義，或者輸出所述異步電機(K) 的一給定電壓作為所述調(diào)節(jié)量。
3. 根據(jù)以上權利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，由所述定 子磁通調(diào)節(jié)器(R)產(chǎn)生的調(diào)節(jié)量在所述異步電機(K)工作時既被 用于電壓調(diào)節(jié)區(qū)域中也被用于弱磁場區(qū)域中。
4. 根據(jù)以上權利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，與所述用 于產(chǎn)生基于平均值的脈沖信號的脈沖波形發(fā)生器(P)并聯(lián)地連接了 一第二脈沖波形發(fā)生器(M)，該第二脈沖波形發(fā)生器與一定子磁通 觀測器(F)的輸出端相連接，以便在所述異步電機工作時借助定子 磁通軌跡導控的、基于瞬時值的脈沖波形與所述定子磁通的給定值以 及由所述定子磁通觀測器(F)求出的相應的實際值直接相關地生成脈沖波形。
5. 根據(jù)權利要求4的裝置，其特征在于，由所述定子磁通觀測器(F) 和所述第二脈沖波形發(fā)生器(M)形成的調(diào)節(jié)顯示最少拍調(diào)節(jié)特性。
6. 根據(jù)以上權利要求中任一項的裝置，其特征在于，在所述定子磁 通調(diào)節(jié)器(R)的前面連接有一轉(zhuǎn)差頻率調(diào)節(jié)器(3)。
7. 根據(jù)權利要求6的裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)差頻率調(diào)節(jié)器(3) 與所述定子磁通調(diào)節(jié)器(R)共同地在借助所述基于平均值的脈沖信 號(第一工作方式)控制所述變流器(G)時滿足在PLL (鎖相環(huán)) 意義上的同步調(diào)節(jié)器的功能，該同步調(diào)節(jié)器使所述變流器(G)的零 電壓的開關與定子磁通空間矢量的旋轉(zhuǎn)的基頻同步。
8. 根據(jù)以上兩個權利要求中任一項的裝置，其特征在于，所述結構 (1, 2， 3， 4， 5， C， F)在所述變流器(G)以同步的脈沖發(fā)生工作時與是否基于平均值或基于瞬時值的脈沖信號被產(chǎn)生無關地除所 述定子磁通調(diào)節(jié)器(R)以及所述轉(zhuǎn)差頻率調(diào)節(jié)器(3)外不具有使所 述變流器(G)的零電壓的開關與所述定子磁通空間矢量的旋轉(zhuǎn)的基 頻同步的同步調(diào)節(jié)器。
9. 根據(jù)權利要求8的裝置，其特征在于，所述結構(1， 2， 3， 4， 5， C， F)被這樣地構成，即為了借助所述基于平均值的脈沖信號(第 一工作方式)控制所述變流器(G)在每個工作節(jié)拍(脈沖周期)中 基于一用于所述定子磁通空間矢量的角度的預給定值由所述定子磁 通調(diào)節(jié)器(R)計算待由其輸出的調(diào)節(jié)量，以致在所述預給定的角度 上開關下個待開關的零電壓。
10. 根據(jù)以上權利要求中任一項的裝置，其特征在于，所述變流器(G) 具有多個電子開關器件，尤其是IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)，所述 開關器件根據(jù)由所述脈沖波形發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖信號被導通和被關 斷，其中所述裝置具有一用于控制所述變流器(G)的控制裝置(11) 并且其中 所述控制裝置(11)具有一用于計算相開關時刻的計算單元(13)， 所述控制裝置(11)與寄存器(14)相組合，在所述寄存器中可分別寫入一個與一個相開關時刻相應的數(shù)據(jù)值， 設有一比較裝置，該比較裝置被構造用于檢驗 一個隨前進的時間周期地改變的數(shù)據(jù)值是否與所述寄存器(14)中的一個數(shù)據(jù)值相一致，并且-當情況為肯定時-觸發(fā)一配置給所述相應的寄存器(14)的開關動作， 對于至少一個開關動作，尤其對于所有6個可能的開關動作設有至少一另外的寄存器(14)，以致可多重地觸發(fā)所述開關動作而不在所述寄存器(14)中重新寫入數(shù)據(jù)值。
11. 根據(jù)以上權利要求中任一項的裝置，其特征在于，所述計算單元 (13)被構造用于確定采樣時刻，在所述采樣時刻上應采樣對于計算所述相幵關時刻所需的測量信號，并且所述計算單元被構造用于在隨 后相繼的計算周期中重復地計算所述相開關時刻，并且其中所述控制 裝置(11)被構造用于將在所述計算周期之一中已被計算的、與所述 相開關時刻相應的數(shù)據(jù)值在隨后的下個采樣時刻上寫入到所述寄存 器(14)中。
12. 根據(jù)以上權利要求中任一項的裝置，其特征在于，所述變流器(G) 具有多個電子開關器件，尤其是IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)，所述 開關器件為了所述變流器的工作被重復地導通和關斷，其中所述結構(1， 2， 3， 4， 5， C， F)具有一用于控制所述變流器(G)的控制 裝置并且其中 所述控制裝置具有一用于計算相開關時刻的計算單元， 所述計算單元被構造用于確定采樣時刻，在所述采樣時刻上應采 樣對于計算所述相開關時刻所需的測量信號， 所述計算單元被構造用于將所述相開關時刻的至少一部分和所述 采樣吋刻的至少一部分確定在共同時刻上，在這些共同時刻上分 別一個采樣時刻與至少一個相開關時刻重疊， 所述計算單元被構造用于在一個時間間隔-該時間間隔的始點 和該時間間隔的終點分別由所述共同時刻的一個確定- 中確定至 少一個附加的采樣時刻，如果該時間間隔足夠用于多于一個用于 計算新的相開關時刻的計算周期，并且在所述附加的采樣時刻之 后基于在所述附加的采樣時刻上采樣的值執(zhí)行所述計算周期。
13. 用于運行異步電機(K)的控制和/或調(diào)節(jié)方法，該異步電機由一 三相變流器(G)供電，其特征在于，為了在借助基于平均值的脈沖 信號控制所述變流器時的控制和/或調(diào)節(jié)，使用一具有最少拍特性的 定子磁通調(diào)節(jié)器(R)，其中該定子磁通調(diào)節(jié)器(R)根據(jù)所述異步電 機(K)的定子磁通的給定值以及根據(jù)所述異步電機(K)的轉(zhuǎn)矩的 給定值來輸出一調(diào)節(jié)量，在使用該調(diào)節(jié)量的情況下產(chǎn)生所述基于平均 值的脈沖信號。
14. 根據(jù)權利要求13的方法，其特征在于，所述用于借助所述基于 平均值的脈沖信號控制所述變流器(G)的定子磁通調(diào)節(jié)器(R)輸 出所述異步電機(K)的一控制量作為調(diào)節(jié)量，其中該控制量通過所 述變流器(G)的一平均輸出電壓與所述變流器(G)的一輸入電壓(最大可能的輸出電壓)的關系來定義，或者所述定子磁通調(diào)節(jié)器(R) 輸出所述異步電機(K)的一給定電壓作為調(diào)節(jié)量。
15. 根據(jù)以上權利要求中任一項的方法，其特征在于，由所述定子磁 通調(diào)節(jié)器(R)所調(diào)節(jié)的量(調(diào)節(jié)量)在所述異步電機(K)工作時 既被用于電壓調(diào)節(jié)區(qū)域中也被用于弱磁場區(qū)域中。
16. 根據(jù)以上權利要求中任一項的方法，其特征在于， 一轉(zhuǎn)差頻率調(diào) 節(jié)器(3)的輸出信號被輸送給所述定子磁通調(diào)節(jié)器(R)作為輸入信 號。
17. 根據(jù)權利要求16的方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)差頻率調(diào)節(jié)器(3) 與所述定子磁通調(diào)節(jié)器(R)共同地在借助所述基于平均值的脈沖信 號(第一工作方式)控制所述變流器(G)時滿足在PLL (鎖相環(huán)) 的意義上的同步調(diào)節(jié)器的功能，該同步調(diào)節(jié)器使所述變流器(G)的 零電壓的開關與所述定子磁通空間矢量的旋轉(zhuǎn)的基頻同步。
18. 根據(jù)以上兩個權利要求中任一項的方法，其特征在于，在所述變 流器(G)以同步的脈沖發(fā)生工作時與是否基于平均值的脈沖信號或 基于瞬時值的脈沖信號被產(chǎn)生無關地除所述定子磁通調(diào)節(jié)器(R)以 及所述轉(zhuǎn)差頻率調(diào)節(jié)器(3)外不使用使所述變流器(G)的零電壓 的開關與所述定子磁通空間矢量的旋轉(zhuǎn)的基頻同步的同步調(diào)節(jié)器。
19. 根據(jù)以上權利要求中任一項的方法，其特征在于，對用于產(chǎn)生基 于平均值的脈沖信號的所述脈沖波形發(fā)生器(P)附加地使用一第二 脈沖波形發(fā)生器(M)，對該第二脈沖波形發(fā)生器作為其輸入量輸入 定子磁通的一給定值，以便在所述異步電機工作時借助定子磁通軌跡 導控的、基于瞬時值的脈沖波形與所述定子磁通的給定值和實際值直 接相關地生成脈沖波形。
20. 根據(jù)權利要求19的方法，其特征在于，所述變流器在電壓類型 點的上面，即在弱磁場區(qū)域中無電壓調(diào)節(jié)備用地工作并且其中隨時可 以進行脈沖波形更換。
21. 根據(jù)以上權利要求中任一項的方法，其特征在于，向所述定子磁 通調(diào)節(jié)器(R)輸送所述定子磁通空間矢量的角度的一值作為其輸入量并且其中所述定子磁通調(diào)節(jié)器(R)這樣地計算一待由其輸出的調(diào) 節(jié)量，以致在所述角度上開關下個待開關的零電壓。
22. 根據(jù)以上權利要求中任一項的方法，其特征在于， 計算一些相開關時刻，在這些相開關時刻上應執(zhí)行涉及所述變流器(G)的一個相的開關動作， 分別將一個與所述相開關時刻相應的數(shù)據(jù)值寫入一寄存器(14)中， 檢驗 一個隨前進的時間周期地改變的數(shù)據(jù)值是否與所述寄存器(14)中的一個數(shù)據(jù)值相一致，以及-當情況為肯定時-觸發(fā) 一配置給相應的寄存器(14)的開關動作， 對于至少一個開關動作，尤其對于所有6個可能的開關動作預先計算多于一個的相開關時刻并且將所述相開關時刻寫入到寄存器 (14)中，以致可以不在所述寄存器(14)中重新寫入數(shù)據(jù)值地 多重地觸發(fā)所述開關動作。
23. 根據(jù)權利要求22的方法，其特征在于，確定一些采樣時刻，在 這些采樣時刻上應采樣對于計算所述相開關時刻所需的測量信號，其 中在隨后相繼的計算周期中重復地計算所述相開關時刻，并且其中在 所述計算周期的一個中已被計算的相開關時刻在隨后的下個采樣時 刻上被加載到所述寄存器中。
24. 根據(jù)權利要求23的方法，其特征在于，在所述隨后的下個采樣 時刻上在為了觸發(fā)開關動作可被檢驗的所有寄存器(14)中寫入新的 數(shù)據(jù)值。
25. 根據(jù)以上權利要求中任一項的方法，其特征在于， 計算相開關時刻， 確定一些采樣時刻，在這些采樣時刻上應采樣對于計算所述相開 關時刻所需的測量信號， 所述相開關時刻的至少一部分和所述采樣時刻的至少一部分被確 定在一些共同時刻上，在這些共同時刻上分別是一個采樣時刻與 至少一個相開關時刻重疊， 在一個時間間隔-該時間間隔的始點和該時間間隔的終點分別 由所述共同時刻的一個來確定-中確定至少一個附加的采樣時 亥IJ，如果該時間間隔足夠用于多于一個用于計算新的相開關時刻 的計算周期，并且在該附加的采樣時刻之后基于在該附加的采樣 時刻上釆樣的值執(zhí)行所述計算周期。
26. 根據(jù)以上權利要求中任一項的方法，其特征在于，對于從第一脈沖波形更換到第二脈沖波形檢驗在所述兩個脈沖波形的哪個上所述 變流器具有一個較小的最大可能的控制量， 如果所述變流器在所述第一脈沖波形時具有一個較小的最大可能 控制量，不改變所述控制量地執(zhí)行至所述第二脈沖波形的轉(zhuǎn)換并 且所述變流器在所述轉(zhuǎn)換之后至少暫時地工作在弱磁場區(qū)域中， 并且 如果所述變流器在所述第二脈沖波形時具有一個較小的最大可能 控制量，如果需要的話，這樣程度地減小所述控制量，以致所述 控制量處于在以所述第二脈沖波形工作的情況下的最大可能控制 量之下，并且接著執(zhí)行至所述第二脈沖波形的所述轉(zhuǎn)換。
27. 具有程序代碼的計算機程序，當該計算機程序在計算機上運行時 用于執(zhí)行根據(jù)上述權利要求中任一項的方法。
28. 數(shù)據(jù)載體，其中在該數(shù)據(jù)載體上存儲了一數(shù)據(jù)結構，該數(shù)據(jù)結構 被構造用于當計算機訪問該數(shù)據(jù)結構時將促使該計算機執(zhí)行根據(jù)以 上權利要求中任一項的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于運行一異步電機(K)的控制和/或調(diào)節(jié)裝置，該異步電機由一三相變流器(G)供電。一控制和/或調(diào)節(jié)結構(簡稱結構)(1，2，3，4，5，C，F(xiàn))具有一定子磁通調(diào)節(jié)器(R)和一用于產(chǎn)生基于平均值的脈沖信號的脈沖波形發(fā)生器(P)，其中該定子磁通調(diào)節(jié)器(R)的一輸出端與該脈沖波形發(fā)生器(P)的一輸入端相連接，以致該脈沖波形發(fā)生器(P)可根據(jù)一由該定子磁通調(diào)節(jié)器(R)產(chǎn)生的調(diào)節(jié)量來產(chǎn)生所述脈沖信號，其中該定子磁通調(diào)節(jié)器(R)被構造用于根據(jù)該異步電機(K)的定子磁通的給定值以及根據(jù)該異步電機(K)的轉(zhuǎn)矩的給定值產(chǎn)生所述調(diào)節(jié)量，并且其中該定子磁通調(diào)節(jié)器(R)具有最少拍調(diào)節(jié)特性。
文檔編號H02P21/00GK101536302SQ200780040699
公開日2009年9月16日 申請日期2007年10月19日 優(yōu)先權日2006年10月30日
發(fā)明者M·蘭佩, P·克拉夫卡, R·貝爾克 申請人:邦巴爾迪爾運輸有限公司