專利名稱：識(shí)別交流同步電動(dòng)機(jī)磁力機(jī)械特性參數(shù)的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明以一種用于無旋轉(zhuǎn)編碼器地識(shí)別交流同步電動(dòng)機(jī)的磁力機(jī)械特性參數(shù)尤其是轉(zhuǎn)子的慣性矩J和在轉(zhuǎn)子與定子之間的永磁磁通ΨΡΜ的方法、裝置、設(shè)備和方法應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)。磁力機(jī)械特性參數(shù)使得交流電動(dòng)機(jī)關(guān)于在定子與轉(zhuǎn)子之間的磁性相互作用和機(jī)械的動(dòng)態(tài)特性的表征成為可能，從而使得不僅電動(dòng)機(jī)的磁性特性而且電動(dòng)機(jī)的機(jī)械回轉(zhuǎn)特性也可在運(yùn)行中得到表征。
背景技術(shù)：
由現(xiàn)有技術(shù)公知各種方法，以便于確定交流電動(dòng)機(jī)的磁性的和機(jī)械的特性。為了確定磁性特性，通常評(píng)估位置指示器、轉(zhuǎn)角指示器或轉(zhuǎn)速指示器的傳感器數(shù)據(jù)，且在考慮交
流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的情形下確定轉(zhuǎn)子的慣性矩J V= P"(F)#，其中，P⑺為
與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線間距為r的容積V內(nèi)的質(zhì)量密度。然而，現(xiàn)代的無旋轉(zhuǎn)編碼器地調(diào)節(jié)的電氣驅(qū)動(dòng)不可能依靠傳感器數(shù)據(jù)，從而不能在正常的運(yùn)行中探明機(jī)械的特性參數(shù)。慣性矩J說明了轉(zhuǎn)子在改變轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)的阻力，且由此描述了電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)性能。由該旋轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)性能可借助于M = = 計(jì)算轉(zhuǎn)矩M。為了確定在定子與轉(zhuǎn)動(dòng)體之間的磁通量ΨΡΜ可使用磁場傳感器，例如霍爾傳感器、AMR傳感器或類似物，以便于測量磁通密度B的大小。磁通的大小提供了關(guān)于最大待達(dá)到的轉(zhuǎn)矩的信息，該轉(zhuǎn)矩由洛倫茲力F = /.『χ月得出。交流同步電動(dòng)機(jī)包括帶有至少三個(gè)定子線圈的定子和帶有永久磁化的轉(zhuǎn)子，所述永久磁化或者由永磁體引起或者由以直流電流流經(jīng)的、由電刷供電的線圈產(chǎn)生。典型地，為了簡化地表征同步電動(dòng)機(jī)的電特性而使用等效電路圖，如其在圖4d中示出的那樣，在該等效電路圖中定子線圈借助于歐姆電阻札和電感L1以及用于考慮感應(yīng)的電壓的電壓源Up來模仿。為了確定磁力機(jī)械參數(shù)，電的參數(shù)的獲悉可能是有利的。在三相系統(tǒng)中，在Y型或Δ型接線中通過兩相的饋入，在缺乏星形中性點(diǎn)接地的情形中根據(jù)定律Iu+Iv+Iw = 0相應(yīng)地得出第三相的電流。出于該原因，三相系統(tǒng)同樣可借助于兩個(gè)坐標(biāo)來描述，其中，為了描述總電流可考慮在復(fù)平面中的坐標(biāo)系，在復(fù)平面中實(shí)部和虛部兩個(gè)坐標(biāo)可稱為關(guān)于定子磁場的固位的取向的α坐標(biāo)和β坐標(biāo)。α/β坐標(biāo)系例如描述了電流的方向或在交流電動(dòng)機(jī)的定子的靜止的參考系中的轉(zhuǎn)子磁通軸線。關(guān)于轉(zhuǎn)動(dòng)體可引入旋轉(zhuǎn)的第二坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系的軸線稱為轉(zhuǎn)子的d軸線和q軸線，如其在圖2中示出的那樣。d軸線標(biāo)明了轉(zhuǎn)動(dòng)體的主磁通方向，而q軸線標(biāo)明了對(duì)此呈直角的橫向磁通軸線。定子磁場在轉(zhuǎn)子的d軸線的方向上的取向在一定程度上引起轉(zhuǎn)子的止位，而在轉(zhuǎn)子的 q軸線的方向上的定子磁場取向引起到轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩。α/β定子坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)的d/q轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系的變換可通過在定子的相位U的繞組軸線和轉(zhuǎn)子磁場的縱軸線之間的轉(zhuǎn)角β k來產(chǎn)生。就此而言，總電動(dòng)機(jī)電流I或者該總電動(dòng)機(jī)電流的三個(gè)相電流1 、、和Iw可在定子固定的α/β坐標(biāo)系中或在與轉(zhuǎn)動(dòng)體一起旋轉(zhuǎn)的d/q坐標(biāo)系中研究。關(guān)于交流同步電動(dòng)機(jī)的線電流到α/β坐標(biāo)系中的換算適用下面的關(guān)系式
權(quán)利要求
1.用于無旋轉(zhuǎn)編碼器地識(shí)別交流同步電動(dòng)機(jī)(09)的磁力機(jī)械特性參數(shù)(79)、尤其是慣性矩J和在轉(zhuǎn)子(11)與定子(1 之間的永磁磁通ψΡΜ的方法，至少包括如下步驟-通過輸入直流電流Ild= Idc在所述轉(zhuǎn)子(11)的d磁通軸線方向上饋入恒定電壓Uld; -在所述轉(zhuǎn)子(1 的q橫向軸線方向上饋入測試信號(hào)電壓仏,，其中，所述d磁通軸線方向保持直流通電；-測量所述q橫向磁通軸線方向的測量信號(hào)電流Iltl ；-基于所述測試信號(hào)電壓Ultl和所述測量信號(hào)電流Iltl識(shí)別所述同步電動(dòng)機(jī)(09)的磁力機(jī)械特性參數(shù)(79)；其中，到所述同步電動(dòng)機(jī)(09)中的測試信號(hào)饋入以如下方式進(jìn)行，即，所述轉(zhuǎn)子(11) 能由于所述測試信號(hào)饋入而實(shí)施帶有能預(yù)先限定的最大幅度的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(75)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法， 其特征在于，在知道d/q轉(zhuǎn)子軸線方向相對(duì)α/β定子軸線方向的位置的情形下進(jìn)行相應(yīng)的Ula、 U10饋入，從而使得能在d磁通軸線方向上實(shí)現(xiàn)恒定的定子磁場且能在q橫向磁通軸線方向上執(zhí)行測試信號(hào)饋入。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法， 其特征在于，在所述定子(13)的α軸線方向上的恒定電壓饋入Ra通過輸入直流電流Ila =、引起所述轉(zhuǎn)子(11)的d磁通軸線關(guān)于所述定子(13)的α軸線的對(duì)齊；且-在β軸線方向上進(jìn)行測試信號(hào)電壓饋入，其中，所述α軸線方向保持直流通電； 從而使得-能測量所述β軸線方向的測量信號(hào)電流測量I10。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于，恒定電壓Uld相對(duì)測試信號(hào)電壓Ulq的比例能如此優(yōu)化地選擇，以便于在一定高度上達(dá)到所述偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(7 的最大幅度，從而使得能調(diào)整的彈簧質(zhì)量系統(tǒng)(77)的磁力機(jī)械特性參數(shù)(79)能以能預(yù)先確定的精度探明。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于，為了識(shí)別所述磁力機(jī)械特性參數(shù)(79)而考慮或同樣識(shí)別所述同步電動(dòng)機(jī)(09)的其它特性參數(shù)，尤其是等效電路圖特性參數(shù)1^1(03.05.1 以及機(jī)械的結(jié)構(gòu)參數(shù)如極對(duì)數(shù)ρ和 /或電的測量參數(shù)如Ila、I10，尤其是Ila = Idco
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于，所述測試信號(hào)是偽噪聲二進(jìn)制信號(hào)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于，所述磁力機(jī)械特性參數(shù)(79)的識(shí)別包括根據(jù)Welch方法進(jìn)行時(shí)間離散信號(hào)的傅里葉變換。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于，所述磁力機(jī)械特性參數(shù)(79)的識(shí)別包括尤其根據(jù)Levenberg-Marquardt算法的傳遞函數(shù)-參量確定。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于，將已識(shí)別的磁力機(jī)械特性參數(shù)(79)使用在逆變器控制參量的調(diào)整和/或優(yōu)化中，和/ 或使用于電動(dòng)機(jī)監(jiān)控。
10.用于無旋轉(zhuǎn)編碼器地識(shí)別交流同步電動(dòng)機(jī)(09)的磁力機(jī)械特性參數(shù)(79)、尤其是轉(zhuǎn)子(11)的慣性矩J和在轉(zhuǎn)子(11)與定子(13)之間的永磁磁通ΨρΜ的識(shí)別裝置(39)， 所述識(shí)別裝置適用于執(zhí)行根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，所述識(shí)別裝置包括逆變器接口單元(39)，所述逆變器接口單元為了控制的通訊且為了轉(zhuǎn)子位置確定而能與逆變器控制裝置(37)連接， 其特征在于，所述識(shí)別裝置(39)此外包括用于產(chǎn)生d/q測試信號(hào)的測試信號(hào)發(fā)生裝置(51)、用于將所述d/q測試信號(hào)變換成U/V/W控制測試信號(hào)的U/V/W變換單元、用于將測得的U/V/ W測量信號(hào)電流變換成d/q測量信號(hào)電流的d/q變換單元和用于識(shí)別所述磁力機(jī)械特性參數(shù)(79)的參量識(shí)別單元(67)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置， 其特征在于，所述參量識(shí)別單元(67)包括傅里葉變換器件GO和參量確定器件(47)，所述傅里葉變換器件尤其是用于將非連續(xù)的d/q信號(hào)值根據(jù)Welch方法進(jìn)行傅里葉變換的FFT/DFT器件，所述參量確定器件尤其是Levenberg-Marquardt傳遞函數(shù)-參量確定器件。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11中任一項(xiàng)所述的裝置， 其特征在于，此外包括監(jiān)控和優(yōu)化單元(49)，所述監(jiān)控和優(yōu)化單元安置為基于已識(shí)別的磁力機(jī)械特性參數(shù)(79)來確定、優(yōu)化和/或監(jiān)控逆變器控制裝置(37)的控制參量。
13.用于無旋轉(zhuǎn)編碼器地控制交流同步電動(dòng)機(jī)(09)的電動(dòng)機(jī)控制設(shè)備(35)， 其特征在于，包括用于無旋轉(zhuǎn)編碼器地識(shí)別交流同步電動(dòng)機(jī)(09)的磁力機(jī)械特性參數(shù)(79)的根據(jù)前述權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)所述的識(shí)別裝置(39)，其中，已識(shí)別的特性參數(shù)(79)能用于確定、優(yōu)化和監(jiān)控所述電動(dòng)機(jī)(09)和/或電動(dòng)機(jī)控制。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備， 其特征在于，所述設(shè)備以如下方式安置，即，至少能在最初調(diào)試時(shí)、優(yōu)選能多次在運(yùn)行壽命期間進(jìn)行所述磁力機(jī)械特性參數(shù)(79)的自動(dòng)化的識(shí)別，其中，在所述磁力機(jī)械特性參數(shù)(79)與事先確定的、存儲(chǔ)的和/或關(guān)于模型的特性參數(shù)(79)有能預(yù)調(diào)設(shè)的偏差時(shí)，能觸發(fā)故障信號(hào)發(fā)送。
15.根據(jù)前述方法權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法的用于確定、優(yōu)化和監(jiān)控用于控制電氣驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)器參量的應(yīng)用，尤其是用于調(diào)整電動(dòng)機(jī)控制設(shè)備(3 的調(diào)節(jié)參量的應(yīng)用。
全文摘要
識(shí)別交流同步電動(dòng)機(jī)磁力機(jī)械特性參數(shù)的設(shè)備和方法。該方法用于無旋轉(zhuǎn)編碼器地識(shí)別所述特性參數(shù)，尤其是慣性矩J和在轉(zhuǎn)子與定子間的永磁磁通ΨPM，其至少包括如下步驟-在d磁通軸線方向上饋入恒定電壓U1d；-在q橫向磁通軸線方向上饋入測試信號(hào)電壓U1q；-測量q橫向磁通軸線方向的測量信號(hào)電流I1q；-基于測試信號(hào)電壓U1q與測量信號(hào)電流I1q識(shí)別同步電動(dòng)機(jī)磁力機(jī)械特性參數(shù)；其中，轉(zhuǎn)子能實(shí)施帶有可預(yù)先限定的最大幅度的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。所述設(shè)備涉及用于確定同步電動(dòng)機(jī)磁力機(jī)械特性參數(shù)的識(shí)別裝置以及包括識(shí)別裝置的電動(dòng)機(jī)控制設(shè)備，其中，已識(shí)別的特性參數(shù)可用于確定、優(yōu)化和監(jiān)控電動(dòng)機(jī)控制。最后，提出將該識(shí)別方法用于控制電氣驅(qū)動(dòng)。
文檔編號(hào)H02P6/06GK102375119SQ20111025134
公開日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2011年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月16日
發(fā)明者塞巴斯蒂安·維爾沃克, ?？啤ぴ衅鏍?申請(qǐng)人:包米勒公司