用于運(yùn)行同步電機(jī)的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)行同步電機(jī)的方法和裝置。用于借助連接到三相電網(wǎng)上的三相功率控制器來(lái)運(yùn)行同步電機(jī)的方法具有下述步驟：-確定同步電機(jī)的磁極輪電壓和三相電網(wǎng)的電網(wǎng)電壓之間的相位差，-確定同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，-確定三相電網(wǎng)的相位，-根據(jù)存儲(chǔ)的和預(yù)先計(jì)算的數(shù)據(jù)表來(lái)確定判定特征數(shù)，由相位差、相位和轉(zhuǎn)速構(gòu)成的值三元組對(duì)應(yīng)于判定特征數(shù)，-根據(jù)判定特征數(shù)來(lái)確定至少一個(gè)通斷時(shí)間。
【專利說明】用于運(yùn)行同步電機(jī)的方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)行同步電機(jī)的裝置以及一種用于借助三相功率控制器運(yùn)行同步電機(jī)的相應(yīng)的方法，該三相功率控制器連接到三相電網(wǎng)上并且包括至少兩個(gè)半導(dǎo)體調(diào)節(jié)器、例如反并聯(lián)的晶閘管。在此特別是涉及同步電機(jī)的起動(dòng)。
【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)起動(dòng)轉(zhuǎn)子的三相同步電機(jī)由原理?xiàng)l件決定地與供電的三相電網(wǎng)的頻率有關(guān)。因此起動(dòng)，也就是這種電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)直接在電網(wǎng)中是不可能的。更確切地說在三相電網(wǎng)和同步電機(jī)之間需要一個(gè)裝置，該裝置才能實(shí)現(xiàn)這種起動(dòng)。為此通常使用變頻器。變頻器由整流器、中間電路(中間電容器)和變流器構(gòu)成。這用于產(chǎn)生具有能調(diào)節(jié)的頻率的三相電流。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于，給出一種方法和一種裝置，利用其在工業(yè)電子元件的極小的損耗下實(shí)現(xiàn)同步電機(jī)在三相電網(wǎng)上的運(yùn)行。在此特別是也要實(shí)現(xiàn)同步電機(jī)的起動(dòng)。
[0004]該目的通過具有權(quán)利要求1的特征的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。另一個(gè)解決方案在于根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置。本發(fā)明的改進(jìn)方案在從屬權(quán)利要求中給出。
[0005]在根據(jù)本發(fā)明的用于借助連接到三相電網(wǎng)上的三相功率控制器來(lái)運(yùn)行同步電機(jī)的方法中進(jìn)行下述步驟。這實(shí)現(xiàn)了對(duì)以同步電機(jī)的磁極輪電壓和三相電網(wǎng)的電網(wǎng)電壓之間的相位差的形式的第一參數(shù)的確定。這可以例如通過對(duì)三相電網(wǎng)電壓和磁極輪電壓的測(cè)量以及相應(yīng)的比較來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外實(shí)現(xiàn)對(duì)于作為第二參數(shù)的同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速的確定。三相電網(wǎng)的相位被確定作為第三參數(shù)。換句話說可以測(cè)定，此時(shí)的時(shí)間點(diǎn)距上次電壓過零時(shí)多長(zhǎng)時(shí)間。
[0006]從三個(gè)參數(shù)出發(fā)，根據(jù)存儲(chǔ)的和預(yù)先計(jì)算的數(shù)據(jù)表來(lái)確定判定特征數(shù)。在此數(shù)據(jù)表使由相位差、相位和轉(zhuǎn)速構(gòu)成的值三元組對(duì)應(yīng)于判定特征數(shù)。根據(jù)判定特征數(shù)來(lái)確定至少一個(gè)接通時(shí)間點(diǎn)，其中在該接通時(shí)間點(diǎn)上接通半導(dǎo)體調(diào)節(jié)器。
[0007]在此有利地達(dá)到了，即只在這個(gè)接通時(shí)間點(diǎn)上對(duì)半導(dǎo)體調(diào)節(jié)器進(jìn)行接通，在此正轉(zhuǎn)矩是被期望的。在此正轉(zhuǎn)矩指的是，對(duì)于起動(dòng)過程的僅僅指向兩個(gè)可能的方向中的一個(gè)的轉(zhuǎn)矩。換句話說，僅僅產(chǎn)生加速的轉(zhuǎn)矩，而避免制動(dòng)的轉(zhuǎn)矩。然而在此就不需要使用變頻器，而是僅僅使用功率控制器。
[0008]在此根據(jù)本發(fā)明的有利的設(shè)計(jì)方案根據(jù)判定特征數(shù)來(lái)測(cè)定，此時(shí)的時(shí)間點(diǎn)是否用作接通時(shí)間點(diǎn)。換句話說，根據(jù)測(cè)定的參數(shù)持續(xù)不斷地對(duì)此時(shí)的時(shí)間點(diǎn)、即此時(shí)做出判定，是否接通半導(dǎo)體調(diào)節(jié)器。則這種方法有效地規(guī)律地在盡可能短的時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行。
[0009]在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中測(cè)定，三相功率控制器的開關(guān)是否是斷開的，并且只有在這種情況下，此時(shí)的時(shí)間點(diǎn)可能用作接通時(shí)間點(diǎn)。換句話說，當(dāng)半導(dǎo)體調(diào)節(jié)器此時(shí)斷開時(shí)，則僅僅考慮接通半導(dǎo)體調(diào)節(jié)器。這種預(yù)先設(shè)定是有效的，因?yàn)閿?shù)據(jù)表在沒有電流流過的前提下建立。如果接通半導(dǎo)體調(diào)節(jié)器，那么就有電流流過并且數(shù)據(jù)表為此時(shí)的時(shí)間點(diǎn)提供錯(cuò)誤的判定特征數(shù)。
[0010]在本發(fā)明的一個(gè)有利的實(shí)施方案和改進(jìn)方案中，將判定特征數(shù)與能確定的閾值進(jìn)行比較，以便測(cè)定接通時(shí)間點(diǎn)。判定特征數(shù)可替換地也能夠以真值的形式存儲(chǔ)，這省下了與數(shù)值的比較。
[0011]數(shù)據(jù)表的判定特征數(shù)優(yōu)選地由得出的、同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩變化曲線來(lái)計(jì)算，在接通三相功率控制器時(shí)由相位差、相位和轉(zhuǎn)速構(gòu)成的值三元組得出轉(zhuǎn)矩變化曲線。如果晶閘管使用在三相電流控制器中，那么在晶閘管點(diǎn)燃之后出現(xiàn)自動(dòng)的再斷開和進(jìn)而總是出現(xiàn)最終的接通時(shí)間，為此計(jì)算轉(zhuǎn)矩變化曲線。
[0012]在此數(shù)據(jù)表的判定特征數(shù)能夠考慮例如產(chǎn)生的最大電流，在接通三相功率控制器時(shí)由相位差、相位和轉(zhuǎn)速構(gòu)成的值三元組得出最大電流?？商鎿Q地或附加地可能的是，不僅考慮在能確定的接通時(shí)間內(nèi)的平均轉(zhuǎn)矩，而且考慮在接通時(shí)間內(nèi)的有效轉(zhuǎn)矩。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的用于運(yùn)行同步電機(jī)的裝置設(shè)計(jì)用于進(jìn)行所述的方法。該裝置包括能連接到三相電網(wǎng)上的三相功率控制器和用于該三相電網(wǎng)的相位的至少兩個(gè)半導(dǎo)體調(diào)節(jié)器。此外，該裝置包括:
[0014]-用于確定同步電機(jī)的磁極輪電壓和三相電網(wǎng)的電網(wǎng)電壓之間的相位差的裝置，
[0015]-用于確定同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速的裝置，
[0016]-用于確定三相電網(wǎng)的相位的裝置，
[0017]-存儲(chǔ)裝置和用于在存儲(chǔ)裝置中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)表，相位差、相位和轉(zhuǎn)速的數(shù)值屬于判定特征數(shù)，以及
[0018]-控制裝置，設(shè)計(jì)用于由相位差、相位和轉(zhuǎn)速的測(cè)定的數(shù)值測(cè)定判定特征數(shù)和由判定特征數(shù)測(cè)定至少一個(gè)接通時(shí)間點(diǎn)，在該接通時(shí)間點(diǎn)上接通半導(dǎo)體調(diào)節(jié)器。
[0019]三相功率控制器包括至少兩個(gè)半導(dǎo)體調(diào)節(jié)器、有效地包括三個(gè)半導(dǎo)體調(diào)節(jié)器，每個(gè)相位對(duì)應(yīng)一個(gè)半導(dǎo)體調(diào)節(jié)器。兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件可以是交流調(diào)節(jié)器。交流調(diào)節(jié)器可以例如實(shí)現(xiàn)為一對(duì)反并聯(lián)的晶閘管或者實(shí)現(xiàn)為雙向晶閘管。然而也可以使用IGBT或其他的類型的半導(dǎo)體開關(guān)。三相功率控制器連接到三相電網(wǎng)上。在此，同步電機(jī)的定子繞組優(yōu)選地在無(wú)零線的情況下連接到星形電路上。交流調(diào)節(jié)器在確定的時(shí)間點(diǎn)上被激活或被觸發(fā)、也就是說被電導(dǎo)通或者被準(zhǔn)備用于導(dǎo)電。
[0020]優(yōu)選地該裝置包括用于測(cè)定所有的半導(dǎo)體開關(guān)元件是否斷開、或者說在晶體管的情況下是否熄滅的裝置。例如為此可以使用用于測(cè)量電流的裝置。
[0021]用于確定同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速的裝置可以例如是用于確定轉(zhuǎn)子的機(jī)械位置角度。機(jī)械位置角度相對(duì)于能確定的空間固定的位置有效地給出轉(zhuǎn)子的位置。在此，位置角度適當(dāng)?shù)匕?°至360°。由位置角度的時(shí)間改變推斷出轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速的其他測(cè)量方式也是可能的。
[0022]此外在定子繞組的相位中的至少一個(gè)上測(cè)定三相電網(wǎng)的相位置。在此也可以使用不同的測(cè)量方法。對(duì)于所述的方法和裝置重要的是，測(cè)定距一個(gè)相位的電壓的上一次過零的時(shí)間上的間隔。這個(gè)間隔可以作為角度或時(shí)間或者以其他的方式來(lái)描述、測(cè)定和使用。
[0023]所述的方法特別是以軟件的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。關(guān)于所述的裝置，該裝置尤其具有構(gòu)造用于轉(zhuǎn)換所述方法的控制單元。因此可以在沒有部件的附加耗費(fèi)的情況下簡(jiǎn)單地在存在的三相功率控制器中執(zhí)行。在此需要檢測(cè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。有利的是，設(shè)置在同步電機(jī)中的、目前有效地實(shí)現(xiàn)為微處理器的控制單元與三相電流調(diào)節(jié)器的控制相符。在這種情況下，例如集成在同步電機(jī)中的位置傳感器的數(shù)據(jù)已經(jīng)自動(dòng)地存在。此外這種同步電機(jī)已經(jīng)包括三相電流調(diào)節(jié)器，也就是說實(shí)現(xiàn)為整體單元，因此該整體單元能夠直接連接到三相電網(wǎng)上。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]現(xiàn)在根據(jù)附圖詳細(xì)地說明一個(gè)優(yōu)選的、然而在任何情況下都不僅限于此的用于本發(fā)明的實(shí)施例。在此，示意性地說明這些特征并且相應(yīng)的特征以相同標(biāo)號(hào)來(lái)標(biāo)出。在此附圖詳細(xì)地示出:
[0025]圖1是與同步電機(jī)連接的三相電流調(diào)節(jié)器的等效電路圖，以及
[0026]圖2和圖3是用于說明觸發(fā)時(shí)間點(diǎn)的示意圖，
[0027]圖4是對(duì)于控制同步電機(jī)而言的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]在圖1中，三相電流同步電機(jī)I通過三相功率控制器4連接到三相電網(wǎng)的相位A，B，C上。每個(gè)相位A，B, C相應(yīng)于由兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管Al，A2，BI，B2, Cl，C2構(gòu)成的一個(gè)半導(dǎo)體調(diào)節(jié)器6，7，8。晶閘管Al，A2，BI，B2，Cl，C2的觸發(fā)電極連接到控制裝置3上，利用該控制裝置提供對(duì)于觸發(fā)晶閘管Al，A2，BI, B2, Cl，C2所需的觸發(fā)信號(hào)。控制裝置3也控制相位截止角?？刂蒲b置3通過微控制器實(shí)現(xiàn)。在電網(wǎng)的兩個(gè)相位A，B，C之間、例如在圖1中的電網(wǎng)的端子A和B之間，接通電壓測(cè)量裝置5，在該電壓測(cè)量裝置5的輸出端提供在這兩個(gè)端子A和B之間產(chǎn)生的電源電壓UAB。對(duì)于其他兩個(gè)相位對(duì)而言同樣存在其他的、未示出的電壓測(cè)量裝置。
[0029]在一個(gè)實(shí)施例變型中，控制裝置3和三相功率控制器4實(shí)現(xiàn)了與三相電流同步電機(jī)I相分離的單元，也就是實(shí)現(xiàn)為單獨(dú)的電機(jī)控制裝置。在第二個(gè)實(shí)施例變型中，控制裝置3和三相功率控制器4是三相電流同步電機(jī)I的一部分。在這種情況下，控制裝置3的功能適當(dāng)?shù)丶稍谌嚯娏魍诫姍C(jī)I中的已存在的微處理器中。在本實(shí)施例中控制裝置3用于處理適用的程序，利用該程序能夠以軟件的方式實(shí)現(xiàn)裝置的運(yùn)行。
[0030]為了使同步電機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)加速，需要使轉(zhuǎn)速加速。為此必要的是，這樣流過定子繞組，即產(chǎn)生正轉(zhuǎn)矩(內(nèi)轉(zhuǎn)矩)，該正轉(zhuǎn)矩不但導(dǎo)致電機(jī)的加速，而且對(duì)負(fù)載的反作用力矩進(jìn)行補(bǔ)償。根據(jù)等式1，這個(gè)內(nèi)轉(zhuǎn)矩除了取決于電流以外還取決于轉(zhuǎn)子位置。
【權(quán)利要求】
1.一種用于借助三相功率控制器(4)運(yùn)行同步電機(jī)(I)的方法，所述三相功率控制器連接至三相電網(wǎng)，所述方法具有下述步驟: -確定所述同步電機(jī)(I)的磁極輪電壓和所述三相電網(wǎng)的電網(wǎng)電壓之間的相位差， -確定所述同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速， -確定所述二相電網(wǎng)的相位， -根據(jù)存儲(chǔ)的并預(yù)先計(jì)算的數(shù)據(jù)表來(lái)確定判定特征數(shù)，由所述相位差、所述相位和所述轉(zhuǎn)速構(gòu)成的值三元組對(duì)應(yīng)于所述判定特征數(shù)， -根據(jù)所述判定特征數(shù)來(lái)確定至少一個(gè)接通時(shí)間點(diǎn)，其中在所述接通時(shí)間點(diǎn)上接通半導(dǎo)體調(diào)節(jié)器(6…8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中根據(jù)所述判定特征數(shù)來(lái)測(cè)定，是否此時(shí)的時(shí)間點(diǎn)用作接通時(shí)間點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中測(cè)定，所述三相功率控制器(6…8)的開關(guān)(Al，A2，B1，B2，C1，C2)是否是斷開的，并且只有在這種情況下，此時(shí)的所述時(shí)間點(diǎn)用作接通時(shí)間點(diǎn)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中將所述判定特征數(shù)與能確定的閾值比較，以便測(cè)定接通時(shí)間點(diǎn)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述數(shù)據(jù)表的所述判定特征數(shù)由得出的、所述同步電機(jī)(I)的轉(zhuǎn)矩變化曲線來(lái)計(jì)算，所述轉(zhuǎn)矩變化曲線在接通所述三相功率控制器出吣8)時(shí)由所述相位差、所述相位和所述轉(zhuǎn)速構(gòu)成的值三元組得出。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述數(shù)據(jù)表的所述判定特征數(shù)考慮出現(xiàn)的最大電流，所述最大電流在接通所述三相功率控制器出吣8)時(shí)由所述相位差、所述相位和所述轉(zhuǎn)速構(gòu)成的值三元組得出。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其中所述數(shù)據(jù)表的所述判定特征數(shù)不僅考慮在能確定的時(shí)間間隔上的平均轉(zhuǎn)矩，而且考慮在所述時(shí)間間隔上的有效轉(zhuǎn)矩，所述平均轉(zhuǎn)矩和所述有效轉(zhuǎn)矩在接通所述三相功率控制器出吣8)時(shí)由所述相位差、所述相位和所述轉(zhuǎn)速構(gòu)成的值三元組得出。
8.一種用于運(yùn)行同步電機(jī)(I)的裝置，所述裝置設(shè)計(jì)用于進(jìn)行根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，所述裝置具有 -三相功率控制器(6…8)，所述三相功率控制器能夠連接到三相電網(wǎng)上并且包括用于所述三相電網(wǎng)的相位(A，B, C)的至少兩個(gè)半導(dǎo)體調(diào)節(jié)器(Al，A2，BI, B2, Cl，C2)， -用于確定所述同步電機(jī)的磁極輪電壓和所述三相電網(wǎng)的電網(wǎng)電壓之間的相位差的裝置， -用于確定所述同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速的裝置， -用于確定所述三相電網(wǎng)的相位的裝置， -存儲(chǔ)裝置， -用于在所述存儲(chǔ)裝置中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)表，所述相位差、所述相位和所述轉(zhuǎn)速的數(shù)值對(duì)應(yīng)于判定特征數(shù)， -控制裝置，設(shè)計(jì)用于由所述相位差、所述相位和所述轉(zhuǎn)速的測(cè)定的所述數(shù)值測(cè)定所述判定特征數(shù)和由所述判定特征數(shù)測(cè)定至少一個(gè)接通時(shí)間點(diǎn)，在所述接通時(shí)間點(diǎn)上接通所述半導(dǎo)體調(diào)節(jié)器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述半導(dǎo)體調(diào)節(jié)器包括晶閘管(A1，A2，B1，B2，C1，C2)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，所述裝置具有用于測(cè)定所有的所述晶閘管(Al，A2，BI，B2，Cl，C2)是否熄滅的裝置。
【文檔編號(hào)】H02P6/22GK103918175SQ201280054510
【公開日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月7日
【發(fā)明者】馬塞爾·貝內(nèi)克 申請(qǐng)人:西門子公司