專利名稱：將控制設(shè)備接入到無旋轉(zhuǎn)編碼器運(yùn)行的異步電機(jī)上的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的方法用于將逆變器或者變頻器(作為控制設(shè)備)接入或者接通到靜止的 或旋轉(zhuǎn)的異步電機(jī)上。一般而言，控制設(shè)備與機(jī)器不同步。所述方法用于異步電機(jī)，其中， 轉(zhuǎn)速不反饋至逆變器或者變頻器(無編碼器的運(yùn)行)，從而在接入時(shí)刻或接通時(shí)刻不存在 關(guān)于異步電機(jī)的當(dāng)前機(jī)械轉(zhuǎn)速(作為實(shí)際轉(zhuǎn)速)的任何信息。
背景技術(shù)：
控制設(shè)備必須接入到轉(zhuǎn)動(dòng)的或者靜止的異步電機(jī)(ASM或DSM)上并且與其同步。在無編碼器運(yùn)行的異步電機(jī)中，機(jī)械轉(zhuǎn)速或同步的旋轉(zhuǎn)場頻率的識(shí)別過程在文獻(xiàn) 中稱作“捕獲運(yùn)行(Fangbetrieb) ”，參見例如Witt&Sohn，變頻器的調(diào)節(jié)，IGW風(fēng)機(jī)?？梢?在避免電流峰值和轉(zhuǎn)矩峰值的情況下實(shí)現(xiàn)這種接入的所屬電路具有技術(shù)名稱“捕獲電路 (Fangschaltung)，，。捕獲電路在例如由于驅(qū)動(dòng)裝置的較大慣性而無法避免變頻器接入到仍然滾動(dòng)的 驅(qū)動(dòng)裝置上的應(yīng)用中是必需的。在風(fēng)機(jī)技術(shù)范圍內(nèi)還存在其他的應(yīng)用領(lǐng)域，其中，在接入時(shí) 刻驅(qū)動(dòng)裝置的當(dāng)前轉(zhuǎn)速可能是未知的并且出于經(jīng)濟(jì)原因也是不可測量的。變頻器接入到旋轉(zhuǎn)的異步電機(jī)上可能由于剩磁、轉(zhuǎn)差和所施加的電壓導(dǎo)致大電流 和轉(zhuǎn)矩脈沖，所述大電流和轉(zhuǎn)矩脈沖應(yīng)當(dāng)避免。在若干專利文獻(xiàn)中公開了用于在具有靜止的或旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子的情況中起動(dòng)異步電 機(jī)的方法。在此介紹一些。在DE 38 20 125 C2 (1988年)中提出了一種用于起動(dòng)一個(gè)逆 變器饋電的、無編碼器的異步電動(dòng)機(jī)的方法，所述方法能夠在機(jī)器中不存在剩余磁通的情 況下捕獲轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置。所述方法基于ASM在轉(zhuǎn)子磁場坐標(biāo)系中的等效電路圖，其中，由 端電流的測量重建轉(zhuǎn)差頻率。由所計(jì)算或者所估計(jì)的轉(zhuǎn)差頻率和所施加的定子頻率為控制 電壓求得同步的旋轉(zhuǎn)頻率。在此，形成轉(zhuǎn)矩的電流分量的時(shí)間變化作為動(dòng)態(tài)校正值加到電 動(dòng)機(jī)頻率上。所述方法以驅(qū)動(dòng)裝置的同步旋轉(zhuǎn)頻率收斂并且能夠以此方式實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)速的 識(shí)別。在DE 195 32 477 Al中所描述的用于起動(dòng)無編碼器的異步電機(jī)的方法使用所形 成的轉(zhuǎn)矩的置零(Nullimg)，所述方法既在ASM中存在剩余磁通的情況下起作用也在ASM中 不存在剩余磁通的情況下起作用。在所述方法中，測量定子電流相量并且估計(jì)或者確定由 電壓生成的定子磁通相量。由這些參量計(jì)算出在電動(dòng)機(jī)上所產(chǎn)生的力矩并且借助于調(diào)節(jié)器 將所述力矩調(diào)節(jié)至零。激勵(lì)使系統(tǒng)遭受一個(gè)電流脈沖，由此導(dǎo)致，在機(jī)器可能旋轉(zhuǎn)時(shí)形成力 矩，所述力矩可由調(diào)節(jié)系統(tǒng)按照期望進(jìn)行調(diào)節(jié)。以上所述兩種方法的本質(zhì)特征在于，由所施加的電壓和所測量的電流計(jì)算出轉(zhuǎn) 矩，借助調(diào)節(jié)將所述轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)至零。與這種方案不同，在DE 19503 658 Al中提出了一種方 法，所述方法利用轉(zhuǎn)子磁通的剩磁和在定子繞組中感應(yīng)出的電壓。在不存在剩余轉(zhuǎn)子磁通 時(shí)同樣可以使用這種方法，其方式是，借助電壓脈沖進(jìn)行激勵(lì)。由感應(yīng)電壓相量的旋轉(zhuǎn)場頻率——其由在不同時(shí)刻測量到的電壓相量的角度差求得一導(dǎo)出轉(zhuǎn)子的機(jī)械旋 轉(zhuǎn)場頻率的估計(jì)值。在EP 469 177 Al中描述了一種方法，所述方法同樣在充分利用剩磁效應(yīng)的情況 下確定異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在此，必須通過用于電壓測量的附加電路裝置進(jìn)行由轉(zhuǎn)子剩磁感 應(yīng)出的端電壓的分析處理，因?yàn)樵跍y量過程期間不通過變頻器施加電壓并且阻斷末級(jí)。DE 35 43 941 Al的方法以類似的方式利用系統(tǒng)的剩磁。根據(jù)所測量的感應(yīng)電壓 生成相位和頻率相同的方波信號(hào)，所述方波信號(hào)用于識(shí)別機(jī)械轉(zhuǎn)速或同步的旋轉(zhuǎn)場頻率。在DE 35 43 983 Al中提出了一種方法，所述方法適合于將變頻器接通到仍然轉(zhuǎn) 動(dòng)的、未激勵(lì)的電機(jī)上。所述方法涉及搜索方法(Suchverfahren)，其中，以恒定的目標(biāo)電流 Is遍歷旋轉(zhuǎn)頻率范圍。根據(jù)在此所施加的電壓的變化(dU/dt)來匹配搜索速度以及對(duì)于較 大的電壓變化降低搜索速度。根據(jù)磁通在同步工作點(diǎn)范圍內(nèi)的增大來識(shí)別機(jī)械轉(zhuǎn)速。所述 搜索方法的缺點(diǎn)是機(jī)械轉(zhuǎn)速識(shí)別的時(shí)間需求和由于磁化產(chǎn)生的所施加的轉(zhuǎn)矩。DE 199 19 752 Cl解釋了一種方法，所述方法不同于以上方法，其省去了轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn) 子磁通或者力矩電流或磁化電流的計(jì)算。此外，所述方法不要求轉(zhuǎn)子的剩磁。在所述方法 中，定子電流相量的目標(biāo)值直接由定子磁通相量確定，其中，電流相量的方向選擇為基本上 平行于磁通相量的方向。所述方法能夠使用在很多情形中存在的電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)(面向現(xiàn) 場的控制)并且可以具有最小耗費(fèi)。其僅以用于計(jì)算定子磁通相量的擴(kuò)展為前提，所述定 子磁通相量借助于所施加的電壓和所測量的電流確定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于，在無高電流和無轉(zhuǎn)矩脈沖的情況下將控制設(shè)備接入到異步電 機(jī)上，并且不使機(jī)器系統(tǒng)和控制系統(tǒng)超載。所述方法應(yīng)能夠不依賴于剩磁工作并且用于無 編碼器運(yùn)行的異步電機(jī)。提出一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法和一種根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置以及根 據(jù)權(quán)利要求24所述的另一種方法。在此所提出的發(fā)明能夠?qū)⒆鳛槟孀兤骰蜃冾l器的控制設(shè)備接入到轉(zhuǎn)動(dòng)的或靜止 的——無編碼器的——異步電機(jī)上，而為此不需要計(jì)算轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)子磁通或定子磁通、機(jī)械轉(zhuǎn) 差或機(jī)器的磁化電流。缺少的編碼器(無編碼器的)涉及不存在的轉(zhuǎn)速編碼器或相應(yīng)的傳 感器?？刂圃O(shè)備(或其控制裝置)求得同步的旋轉(zhuǎn)場頻率并且與旋轉(zhuǎn)的或靜止的異步電 機(jī)同步。在接入期間避免不必要的電流峰值和轉(zhuǎn)矩峰值。所述方法不以剩磁或剩余轉(zhuǎn)子磁通為前提，并且既在具有剩余轉(zhuǎn)子磁通的驅(qū)動(dòng)中 起作用也在不具有剩余轉(zhuǎn)子磁通的驅(qū)動(dòng)中起作用。不需要附加硬件，例如用于檢測控制設(shè) 備的端電壓的附加硬件。仍然可以有利地使用機(jī)器的剩磁(權(quán)利要求13)。由根據(jù)本發(fā)明所使用的小的(少的)所施加的(待施加的)電流決定地，在異步 電機(jī)的機(jī)械軸上不建立值得一提的轉(zhuǎn)矩。通過根據(jù)本發(fā)明的方法，既不值得一提地加速異 步電機(jī)，也不制動(dòng)異步電機(jī)，也不使異步電機(jī)遭受突然的轉(zhuǎn)矩脈沖。現(xiàn)在可以通過電流調(diào)節(jié) 器避免不期望的電流峰值的出現(xiàn)(權(quán)利要求6)。以下應(yīng)首先解釋作為所要求保護(hù)的方法的基礎(chǔ)的物理效應(yīng)。所述方法使用一個(gè)機(jī) 器模型(權(quán)利要求1，特征(b))，例如圖1中所示的異步電機(jī)的等效電路圖。捕獲方法的目的是識(shí)別同步的旋轉(zhuǎn)場頻率以及將控制設(shè)備接入到異步電機(jī)上。對(duì)于同步工作點(diǎn)而言不存 在轉(zhuǎn)差(S基本上是零)。轉(zhuǎn)子電流空間相量i由于缺少轉(zhuǎn)差在同步點(diǎn)處長度為零，參見圖 2。因此定子電流空間相量或定子電流矢量L在所述工作點(diǎn)處等于磁化電流相量 μ對(duì)于定子電流矢量在同步工作點(diǎn)中有 μ = is (1)可以在知道定子電阻和在必要時(shí)知道變頻器或逆變器誤差的情況下由所施加的 定子電壓矢量和所測量的定子電流矢量計(jì)算出定子磁通變化矢量(權(quán)利要求1、20，特征 (a))Us=Rsis+^-iFs(2)
at對(duì)于同步工作點(diǎn)，定子電流矢量相對(duì)于定子磁通變化矢量具有90°角。定子磁通 變化矢量和定子電流矢量相互垂直。
f d λT = ^ Is-X^s
I dt(3)
=A^iis =90°
I dt J I dt ,與同步點(diǎn)不同，角度Y在正的旋轉(zhuǎn)場方向下對(duì)于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行而言小于90°而對(duì) 于發(fā)電機(jī)運(yùn)行而言大于90°。因此，本發(fā)明設(shè)有一個(gè)調(diào)節(jié)器(權(quán)利要求1，特征(C)和(d))，所述調(diào)節(jié)器在正的 旋轉(zhuǎn)場方向下將角度Y調(diào)節(jié)到90°。與角度調(diào)節(jié)并行地或者與角度調(diào)節(jié)一起，定子電流矢 量的振幅被調(diào)節(jié)到電流目標(biāo)值，以避免過電流和電流峰值(權(quán)利要求1，特征(e)，權(quán)利要求 6)。定子旋轉(zhuǎn)場頻率在本發(fā)明的示例中是狀態(tài)參量，其在方法開始時(shí)可借助作為頻率 的起始值進(jìn)行初始化，實(shí)際上應(yīng)當(dāng)如此(權(quán)利要求19、22、23)。作為初始化值(第一頻率)，根據(jù)應(yīng)用提供不同的頻率。例如可以使用異步電機(jī) 的最后已知的(機(jī)械的)實(shí)際頻率或者一個(gè)恒定的起始值。也可以——根據(jù)異步電機(jī)的剩 磁——使用頻率ω的預(yù)控制。角度信號(hào)作為用于角度差的調(diào)節(jié)器的輸出可以由預(yù)控制影響(權(quán)利要求13、14和 15)。在此，優(yōu)選地，補(bǔ)充地使用機(jī)器的剩磁，所述機(jī)器以機(jī)械的旋轉(zhuǎn)頻率旋轉(zhuǎn)并且與所施加 的定子電壓矢量的頻率相差轉(zhuǎn)差頻率。對(duì)于預(yù)控制，可以在具有剩磁的機(jī)器中求得轉(zhuǎn)差頻 率并且隨后將所述轉(zhuǎn)差頻率接入到用于角度差的調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)上。例如可以根據(jù)定子磁通變化矢量在時(shí)間上變化的取向求得具有轉(zhuǎn)差頻率的旋轉(zhuǎn) 分量。所述預(yù)控制確定——至少部分確定——角度調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)(權(quán)利要求14)。 優(yōu)選地，所述預(yù)控制不僅僅是一個(gè)起始值，而是持續(xù)施加的影響(權(quán)利要求15)?？梢酝ㄟ^所述方式顯著縮短直到實(shí)現(xiàn)實(shí)際的機(jī)械轉(zhuǎn)速和作為逆變器或變頻器的 控制設(shè)備的所施加或待施加的頻率之間的同步的時(shí)間。



根據(jù)實(shí)施例解釋和補(bǔ)充本發(fā)明，其中指出，以下示圖涉及本發(fā)明的優(yōu)選示例的描 述。圖1是異步電機(jī)的可能的等效電路圖100。圖2示出同步點(diǎn)(S = 0)的電流空間相量、電壓空間相量和磁通變化空間相量的 相量圖。圖3示出作為變頻器10的控制設(shè)備的結(jié)構(gòu)，具有饋電網(wǎng)、整流器、逆變器、2相或3 相電流檢測裝置、異步電機(jī)5和其他組件。圖4是具有用于捕獲電路的調(diào)節(jié)器50的第一角差調(diào)節(jié)的示圖。圖5是具有調(diào)節(jié)器51和用于控制設(shè)備的脈沖形成單元的電流調(diào)節(jié)。圖6是d、q系統(tǒng)中的電流調(diào)節(jié)以及用于控制設(shè)備的脈沖形成單元。圖7是用于解釋剩磁分析的矢量圖。圖7a是用于圖8中的預(yù)控制的剩磁分析的功能52。圖7b是圖7a中的功能的示圖。圖8是具有圖7、7a和7b的剩磁影響和圖4中的調(diào)節(jié)器50的替代角差調(diào)節(jié)的示 圖。
具體實(shí)施例方式圖3以原理性方式示出用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法的示例的裝置。其中，由整流器2將電網(wǎng)電壓1整流成直流電壓Ud，所述直流電壓Ud作為中間電 路電壓提供給逆變器或變頻器3。所述逆變器或變頻器3是用于異步電機(jī)的功率控制設(shè)備。 異步電機(jī)5 (DAM或ASM)與逆變器的輸出端連接。用于DAM 5的控制設(shè)備10包含調(diào)節(jié)裝置 7，所述調(diào)節(jié)裝置7由電流測量裝置4饋給。通過一個(gè)控制電路控制變頻器或逆變器3的功率半導(dǎo)體開關(guān)，所述控制電路由調(diào) 節(jié)器控制。檢測三個(gè)電動(dòng)機(jī)相電流中的至少兩個(gè)(編碼器4以及耦合裝置6)并且將其提供 給調(diào)節(jié)系統(tǒng)7。在調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)，由所檢測的電動(dòng)機(jī)電流確定定子電流矢量。定子電壓矢量可 以測量技術(shù)地通過逆變器3的輸出端上的電壓的測量求得或者由所檢測的中間電路電壓Ud 和逆變器的開關(guān)狀態(tài)重建。為此，可以測量技術(shù)地檢測或估計(jì)中間電路電壓。在圖4中示出示例性的調(diào)節(jié)系統(tǒng)7。由定子電壓矢量蟲和定子電流矢量is以及定子電阻Rs根據(jù)方程(2)計(jì)算出定子 磁通變化矢量dWs/dt。隨后，由定子電流矢量和定子磁通變化矢量之間的角度差求得角度 Y (gamma)。在一個(gè)例如積分的角度調(diào)節(jié)器50中，取決于旋轉(zhuǎn)方向地將所述角度在當(dāng)前旋轉(zhuǎn) 場頻率的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)檎龝r(shí)調(diào)節(jié)到90°的角度目標(biāo)值并且在當(dāng)前旋轉(zhuǎn)場頻率的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)?負(fù)時(shí)調(diào)節(jié)到-90°的角度目標(biāo)值。在從90°到-90°和從-90°到90°的過渡點(diǎn)中(即在旋轉(zhuǎn)場頻率接近于零時(shí)) 可以使用遲滯(Hysterese)。在此，為了最優(yōu)化運(yùn)行特性，可以在考慮當(dāng)前定子頻率的情況下自適應(yīng)地匹 配(積分的)角度調(diào)節(jié)器50的增益。角度調(diào)節(jié)器的輸出是待施加的定子旋轉(zhuǎn)場頻率ω (omega)。 與角度調(diào)節(jié)器50并行地(或與角度調(diào)節(jié)器50 —起)，通過電流調(diào)節(jié)器51將定子 電流矢量尨的振幅調(diào)節(jié)到給定的目標(biāo)值。在此，調(diào)節(jié)器51在輸入端上接收由目標(biāo)值和實(shí) 際值形成的調(diào)差51a。目標(biāo)值例如可被恒定地調(diào)整到DAM 5的磁化電流的一部分或者所控 制的機(jī)器的標(biāo)稱電流的一部分，或者位于作為控制設(shè)備的變頻器的標(biāo)稱電流的5%至20% 之間?？梢酝ㄟ^已知的方式實(shí)現(xiàn)電流調(diào)節(jié)器51，例如實(shí)現(xiàn)為根據(jù)圖5的簡單的PI調(diào)節(jié)器 或者根據(jù)圖6的并行的d、q PI調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)。在后一種情況中需注意，橫向電流調(diào)節(jié)器60 的橫向電流目標(biāo)值應(yīng)選擇為零，并且縱向電流應(yīng)調(diào)節(jié)到一個(gè)大于零的目標(biāo)值——優(yōu)選在變 頻器10的標(biāo)稱電流的5%和20%之間。兩個(gè)調(diào)節(jié)器設(shè)置用于變頻器10中的逆變器3的脈 沖形成單元70。此外，在直至達(dá)到同步點(diǎn)的捕獲期間變換到面向現(xiàn)場的坐標(biāo)系系統(tǒng)可能是有缺陷 的，因?yàn)檗D(zhuǎn)子磁通的正確位置在捕獲期間是未知的。但這對(duì)捕獲方法不起作用，因此在此示 例中應(yīng)忽略。在另一示例中，在捕獲期間的時(shí)間間隔中由橫向電流調(diào)節(jié)器60生成的橫向電壓 可以用作另外的校正信號(hào)，所述橫向電壓正比于感應(yīng)電壓。電流調(diào)節(jié)器確保既在退磁的異步電機(jī)中也在具有剩磁的異步電機(jī)中進(jìn)行電流振 幅的主動(dòng)調(diào)節(jié)，并且防止不期望的電流峰值或過電流。電流調(diào)節(jié)器51在其輸出端上產(chǎn)生用 于定子電壓矢量的長度的調(diào)節(jié)值，所述長度通過脈沖圖形70調(diào)節(jié)。角度和電流調(diào)節(jié)器的輸出(待施加的定子旋轉(zhuǎn)場頻率以及定子電壓矢量的長度) 過渡到脈沖形成單元70，所述脈沖形成單元70在知道中間電路電壓的情況下求得用于末 級(jí)的開關(guān)的控制信號(hào)。可以根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)脈沖形成，例如通過雙開關(guān)調(diào)制、空間相量調(diào)制或正 弦-三角調(diào)制。為了使性能最優(yōu)化，在計(jì)算控制系數(shù)時(shí)考慮逆變器誤差特性曲線。在本發(fā)明的示例中，定子旋轉(zhuǎn)場頻率是狀態(tài)參量，所述狀態(tài)參量可以在方法開始 時(shí)借助作為頻率的起始值進(jìn)行初始化，實(shí)際上應(yīng)當(dāng)如此。作為初始化值，根據(jù)應(yīng)用提供不同的頻率。例如可以使用異步電機(jī)的最后已知的 (機(jī)械的)實(shí)際頻率或者一個(gè)恒定的起始值。在針對(duì)圖4的另一個(gè)示例中，使用根據(jù)機(jī)器5的剩磁的頻率ω的預(yù)控制。圖8示 出此示例。為了改進(jìn)一個(gè)例如滾動(dòng)的機(jī)器的捕獲，可以使用預(yù)控制。這在圖4的輸出調(diào)節(jié)器 50的起始值和所接通或所接入的機(jī)器的機(jī)械旋轉(zhuǎn)頻率之間的偏差較大時(shí)證實(shí)是特別有益 的。異步電機(jī)5的剩磁的物理原因可追溯到轉(zhuǎn)子中元磁體的取向。在異步電機(jī)的正常 運(yùn)行期間由磁化電流施加一個(gè)場，所述場此外導(dǎo)致轉(zhuǎn)子中元磁體的取向。所述取向在變頻 器關(guān)斷之后也可保持在一個(gè)限定的范圍內(nèi)。由此產(chǎn)生剩余場強(qiáng)，所述剩余場強(qiáng)被稱作剩磁 (restliche Remanenz或者Restremanenz)，所述剩余場強(qiáng)在旋轉(zhuǎn)的異步電機(jī)中導(dǎo)致低的感 應(yīng)電壓(由轉(zhuǎn)子向外)。如果使捕獲特性遵循盡可能低的電流，則不可以確保轉(zhuǎn)子的已取向的元磁體的完全再定向，即磁場不 可以被再磁化。由此，剩磁仍然具有影響并且產(chǎn)生在模型的系統(tǒng)中作為 感應(yīng)電壓出現(xiàn)的電壓。它在那里作為干擾參量。在對(duì)于捕獲電路而言典型的低目標(biāo)電流下，在捕獲期間，通過剩磁引起的場不被 再磁化，從而出現(xiàn)以機(jī)械的旋轉(zhuǎn)場頻率旋轉(zhuǎn)的電壓分量，所述電壓分量對(duì)于電流調(diào)節(jié)器而 言表現(xiàn)為干擾參量。由于電流調(diào)節(jié)器的高度動(dòng)態(tài)性，所述干擾參量可在定子電流矢量的恒定振幅時(shí)在 很大程度上被補(bǔ)償。但所述干擾參量或者導(dǎo)致電流調(diào)節(jié)器的輸出電壓的旋轉(zhuǎn)或者導(dǎo)致角度 差Y的變化。根據(jù)圖7的d-q相量圖說明所述物理效應(yīng)。電壓分量U1 (或者作為瞬時(shí)值U1)表 示無由剩磁引起的干擾參量的定子電壓矢量。由剩磁引起的干擾以電壓分量Uind補(bǔ)償。在此，分量Uind以機(jī)器的轉(zhuǎn)差頻率旋轉(zhuǎn)并且形成旋轉(zhuǎn)分量。它的頻率——在所述 范圍內(nèi)——與轉(zhuǎn)差頻率成正比。其可被調(diào)節(jié)器用作實(shí)際的機(jī)械旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的標(biāo)志或標(biāo)記。因 為磁通變化矢量直接由定子的歐姆電阻Rs上近似于恒定的電壓降和由變化的定子電壓矢 量壓形成，所以所述變化矢量也具有作為旋轉(zhuǎn)分量的旋轉(zhuǎn)的分量。在此作為功能單元52分析圖7a的情形，其中，感應(yīng)電壓Mind比電壓分量U1小得多， 從而電壓矢量不旋轉(zhuǎn)，但是角度差的波動(dòng)可用于求得角度調(diào)節(jié)器50的經(jīng)改進(jìn)的起始值，如 圖8通過預(yù)控制《add所說明的那樣。根據(jù)旋轉(zhuǎn)的分量求得的轉(zhuǎn)差頻率可以作為附加的頻率《add連接到角度差調(diào)節(jié)器 的輸出端上。確定所述轉(zhuǎn)差頻率所使用的算法以下稱為用于預(yù)控制的功能。所述具有ω add的預(yù)控制可以用作起始值，但其也可用于整個(gè)控制，其中，預(yù)控制負(fù) 責(zé)調(diào)節(jié)偏差的一部分，而調(diào)節(jié)器50僅仍須補(bǔ)償剩余偏差。為此，圖8是在角度調(diào)節(jié)器的輸 出端上補(bǔ)充有預(yù)控制的圖4的電路，所述預(yù)控制受旋轉(zhuǎn)分量影響并且由功能單元52檢測并 且作為coadd影響所調(diào)節(jié)的角度的輸出量，尤其是在此被相加地添加。在一個(gè)特別的實(shí)施方式中可以使用一個(gè)持續(xù)時(shí)間，在所述持續(xù)時(shí)間內(nèi)首先不接通 預(yù)控制，以便在若干毫秒之后、例如多于IOms至20ms之后接通預(yù)控制。由此可以避免電流 調(diào)節(jié)器的正常的暫態(tài)過程與通過預(yù)控制的暫態(tài)過程混合。建議捕獲方法的接通的開始作為 阻斷時(shí)間的持續(xù)過程的開始。應(yīng)根據(jù)圖7b來解釋圖7a的功能52，其表示邏輯設(shè)計(jì)圖，借助所述邏輯設(shè)計(jì)圖可以 確定角度差的波動(dòng)，所述波動(dòng)用于圖8中的預(yù)控制?；诟袘?yīng)電壓的振幅比定子電壓山的主分量小得多。應(yīng)求得旋轉(zhuǎn)方向和頻率。為此，首先定義角度范圍Δφ，角度差應(yīng)在電流調(diào)節(jié)器50的瞬態(tài)振蕩之后停留在 所述角度范圍內(nèi)。在示例中，所述角度范圍可選擇在90°周圍，即絕對(duì)大小為60°，或者 90° 士30°，如在圖7b中所示。如果現(xiàn)在角度差超出所定義的范圍，則其離開所繪出的平 面(1)或(2)中的一個(gè)或另一個(gè)。檢測進(jìn)入/離開平面(1)或平面(2)的時(shí)刻、。同樣以 時(shí)刻、記錄磁通變化矢量的縱向分量dtl和橫向分量qtl。同樣記錄所進(jìn)入/所離開的區(qū)域 (1)或區(qū)域(2)。借助這些可以由過程控制記錄的值可以得出實(shí)現(xiàn)感應(yīng)分量Hind的至少一 個(gè)完整旋轉(zhuǎn)的頻率。對(duì)于圖7a而言，這些符號(hào)化的定義作為輸入?yún)⒘俊?時(shí)刻)、dtl (縱向分量)、 qtl (橫向分量)和所進(jìn)入/所離開的區(qū)域(1)或(2)給出。這些值除所定義的角度范圍外也進(jìn)入功能52，并且——在感應(yīng)分量Hind的至少一個(gè)完整旋轉(zhuǎn)之后——得出待添加的頻率 值，所述頻率值在圖8的預(yù)控制中在(用于角度差的)調(diào)節(jié)器50后面添加到、尤其是加到 調(diào)節(jié)器50的輸出值ω上。根據(jù)進(jìn)入/離開相應(yīng)的區(qū)域(1)或(2)時(shí)的縱向分量和橫向分量得出旋轉(zhuǎn)方向。附例
圖1 異步電機(jī)的等效電路2 同步點(diǎn)(S = 0)的電流空間相量、電壓空間相量和磁通變化空間矢量的相量 3 變頻器的原理性結(jié)構(gòu)，包括1 饋電網(wǎng)，2 整流器，3 逆變器，4 :2相或3相電 流檢測裝置，5 異步電機(jī)，6 測量信號(hào)預(yù)處理裝置和必要時(shí)的轉(zhuǎn)換裝置，7 調(diào)節(jié)裝置。圖4 角度差調(diào)節(jié)圖5 具有脈沖形成的電流調(diào)節(jié)圖6 :d、q系統(tǒng)中的電流調(diào)節(jié)以及脈沖形成。
權(quán)利要求
用于將一作為逆變器或變頻器的控制設(shè)備接入到一無編碼器運(yùn)行的異步電機(jī)(5)上的方法，所述異步電機(jī)具有定子繞組，所述異步電機(jī)可以一機(jī)械轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，其中，通過所述控制設(shè)備調(diào)節(jié)所述異步電機(jī)，所述方法具有以下步驟(a)由所述異步電機(jī)(5)的定子繞組的被測量的電流以及一定子電壓矢量(uS)求得一定子電流矢量(iS)，或者，求得一定子電壓矢量(uS)；(b)根據(jù)一電機(jī)模型(100)由所述定子電流矢量(iS)、所述定子電壓矢量(uS)和一定子電阻(RS)計(jì)算一定子磁通變化矢量(dΨS/dt)；(c)計(jì)算所述定子電流矢量(iS)和定子磁通變化矢量(dΨS/dt)之間的角度差(γ)；(d)將所計(jì)算的角度差(γ)調(diào)節(jié)到一+90°或 90°的目標(biāo)值上，其中，一從屬的調(diào)節(jié)器(50)的輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)于所述定子電壓矢量的一待施加的旋轉(zhuǎn)場頻率(ω)；(e)通過一電流調(diào)節(jié)器(51)調(diào)節(jié)所述定子電壓矢量的振幅，在輸入端上將由一電流目標(biāo)值和一對(duì)應(yīng)于所述定子電流的振幅的參量構(gòu)成的差作為調(diào)節(jié)差(51a)提供給所述電流調(diào)節(jié)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，根據(jù)一定子旋轉(zhuǎn)場頻率的旋轉(zhuǎn)方向?qū)⒆鳛榻嵌?差調(diào)節(jié)器(50)的所述從屬的調(diào)節(jié)器的目標(biāo)值預(yù)先給定為90°或-90°，其中，尤其是在定 子旋轉(zhuǎn)場頻率為零的區(qū)域中實(shí)現(xiàn)具有遲滯的轉(zhuǎn)換。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，向用于角度差調(diào)節(jié)的所述從屬的調(diào)節(jié)器 (50)預(yù)先給定由所測量的或者由所估計(jì)的電流、電壓和磁通或者它們的導(dǎo)數(shù)組成的輸入?yún)?量，以便求得用于所述定子旋轉(zhuǎn)場頻率或定子電壓頻率的值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其中，借助所述電機(jī)模型(100)或者通過 估計(jì)由經(jīng)變換或未經(jīng)變換的參量、即定子電流矢量和定子電壓矢量形成一定子磁通變化矢 量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其中，通過所述電機(jī)模型或估計(jì)來形成所 述定子電流矢量和定子電感上的電壓降或所述磁通的一變化矢量之間的角度差，并且將所 述角度差用作用于所述旋轉(zhuǎn)場頻率的受控制或受調(diào)節(jié)的變化的值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述電流調(diào)節(jié)器(51)以面向現(xiàn)場 的形式構(gòu)造和工作，并且在所述角度差的調(diào)節(jié)(50)中或者在用于所述接入的方法的其他 范圍中使用所述電流調(diào)節(jié)器的q調(diào)節(jié)器的調(diào)整值作為校正信號(hào)。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，在電機(jī)和控制設(shè)備(10)的不同頻率 下將所述控制設(shè)備(10)接入到所述異步電機(jī)(5)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的方法，其中，所述異步電機(jī)(5)以一機(jī)械轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，所述 機(jī)械轉(zhuǎn)速對(duì)于所述控制設(shè)備(10)而言是未知的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，由所述異步電機(jī)(5)的定子繞組的被測量的電流 以及所施加的定子電壓矢量(Iis)并且在考慮逆變器誤差或者逆變器誤差特性曲線的情況 下求得所述定子電流矢量(W。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，根據(jù)所述電機(jī)模型(100)并且在考慮以下方程 的情況下計(jì)算所述定子磁通變化矢量
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，調(diào)節(jié)所述角度差(8)的大小(無符號(hào)的“大 小”)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或11所述的方法，其中，以經(jīng)變換的或者未經(jīng)變換的形式進(jìn)行所述 角度差的調(diào)節(jié)(50)。
13.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，由用于所述角度差的調(diào)節(jié)器(50) 使用所述異步電機(jī)(5)的剩磁，其方式是，檢測一作為旋轉(zhuǎn)分量的電壓(Uind)的頻率，所述 頻率對(duì)應(yīng)于所述異步電機(jī)(5)的實(shí)際的轉(zhuǎn)差頻率。
14.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，進(jìn)行用于所述角度差的調(diào)節(jié)器 (50)的預(yù)控制，其方式是，感應(yīng)電壓(Uind)的頻率至少在開始時(shí)至少參與確定所述調(diào)節(jié)器 (50)的輸出信號(hào)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述感應(yīng)電壓(Uind)具有轉(zhuǎn)差頻率并且持續(xù)地 參與確定用于所述角度差的調(diào)節(jié)器(50)的輸出信號(hào)。
16.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述接入是將所述控制設(shè)備接通到 所述異步電機(jī)上。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述異步電機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)速基本上是零。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，預(yù)先給定或者施加定子電壓Ois)的以一第一速度轉(zhuǎn) 動(dòng)的矢量，用于由所述定子繞組的被測量的電流以及所述定子電壓矢量(Ils)求得所述定子 電流矢量(Is)。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，施加所述定子電壓矢量(Ms)，作為所述定子電 壓(M5)的以一第一速度轉(zhuǎn)動(dòng)的矢量。
20.用于將一作為逆變器或變頻器的控制設(shè)備接入到或接通到一可無旋轉(zhuǎn)編碼器運(yùn)行 的異步電機(jī)(5)上的裝置，所述異步電機(jī)能夠以一機(jī)械轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，其中，所述異步電機(jī)可由 所述控制設(shè)備調(diào)節(jié)，所述裝置具有(a)一用于由所述異步電機(jī)(5)的定子繞組的被測量的電流以及一以一頻率轉(zhuǎn)動(dòng)的定 子電壓矢量(M5)求得一定子電流矢量(Is)的裝置；(b)一具有一電機(jī)模型(100)的裝置，用于由所述定子電流矢量(is)、所述定子電壓矢 量(M5)和一定子電阻(Rs)計(jì)算一定子磁通變化矢量(Hs/dt)；(c)一用于計(jì)算所述定子電流矢量(Is)和所述定子磁通變化矢量(d/dt)之間的一 角度差(Y)的裝置；(d)一第一調(diào)節(jié)器(50)，以便將所計(jì)算的角度差(Y)調(diào)節(jié)到一+90°或-90°的目標(biāo) 值上，其中，所述第一調(diào)節(jié)器(50)的輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)于所述異步電機(jī)的定子的電壓矢量的一 待施加的旋轉(zhuǎn)場頻率(ω)；(e)一電流調(diào)節(jié)器(51)，用于調(diào)節(jié)所述定子電壓矢量的振幅，其中，由一電流目標(biāo)值和 一信號(hào)構(gòu)成的差可在輸入端上作為調(diào)節(jié)差(51a)提供給所述電流調(diào)節(jié)器，所述信號(hào)對(duì)應(yīng)于 所述定子電流的振幅。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法或根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其中，所述定子電壓矢量是一被施加的矢量，至少在開始時(shí)是。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法或根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其中，所述定子電壓矢 量被施加或者在開始時(shí)被預(yù)先給定。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法或根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其中，根據(jù)特征(a)的 所述定子電壓矢量被以一作為頻率的起始值初始化，以便被施加。
24.用于將一控制設(shè)備(作為逆變器或變頻器)接入到或接通到一無編碼器運(yùn)行的異 步電機(jī)(5)上的方法，所述異步電機(jī)以一機(jī)械轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，其中，通過所述控制設(shè)備調(diào)節(jié)所述 異步電機(jī)，所述方法具有以下步驟(a)由所述異步電機(jī)(5)的定子繞組的被測量的電流求得一定子電流矢量(h)，以及 求得所施加的定子電壓矢量(壓)；(b)根據(jù)一電機(jī)模型(100)由所述定子電流矢量(is)、所述定子電壓矢量(壓)和一定 子電阻(Rs)計(jì)算一定子磁通變化矢量(&/dt)；(c)計(jì)算所述定子電流矢量(L)和定子磁通變化矢量(&/dt)之間的角度差(Y)；(d)將所計(jì)算的角度差(Y)調(diào)節(jié)(50)到一90°或-90°的目標(biāo)值上，其中，調(diào)節(jié)器的 輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)于所述定子的電壓矢量的一待施加的旋轉(zhuǎn)場頻率(ω)；(e)通過一電流調(diào)節(jié)器(51)調(diào)節(jié)所述定子電壓矢量的振幅，作為調(diào)節(jié)差(51a)在輸入 端上向所述電流調(diào)節(jié)器提供由一電流目標(biāo)值和一對(duì)應(yīng)于所述定子電流的振幅的參量構(gòu)成 的差。
全文摘要
本發(fā)明的任務(wù)在于，在無高電流和無轉(zhuǎn)矩脈沖的情況下將變頻器接通到或接入到無編碼器運(yùn)行的、旋轉(zhuǎn)的異步電機(jī)上。不應(yīng)使機(jī)器系統(tǒng)和控制系統(tǒng)超載。所述方法應(yīng)能夠不依賴于剩磁工作。作為使用逆變器或變頻器的控制設(shè)備提出一種方法，以便向以機(jī)械轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的異步電機(jī)(5)饋電。所述異步電機(jī)由控制設(shè)備調(diào)節(jié)。由異步電機(jī)(5)的定子繞組的被測量的電流以及旋轉(zhuǎn)的定子電壓矢量(uS)求得定子電流矢量(iS)。根據(jù)電機(jī)模型(100)由定子電流矢量(iS)、定子電壓矢量(uS)和定子電阻(RS)計(jì)算定子磁通變化矢量。計(jì)算定子電流矢量(iS)和定子磁通變化矢量之間的角度差(γ)。將角度差(γ)調(diào)節(jié)到+90°或-90°的目標(biāo)值上，其中，調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)于定子電壓矢量的待施加的旋轉(zhuǎn)場頻率(ω)。通過電流調(diào)節(jié)器(51)調(diào)節(jié)定子電壓矢量的振幅，在輸入端上將由電流目標(biāo)值和對(duì)應(yīng)于定子電流的振幅的參量構(gòu)成的差作為調(diào)節(jié)差(51a)提供給電流調(diào)節(jié)器。
文檔編號(hào)H02P21/00GK101971482SQ200880126169
公開日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2008年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月4日
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