將變流器接通到磁阻電機上的方法，控制裝置及驅(qū)動裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種用于將變流器接通到旋轉(zhuǎn)的磁阻電機上的方法。此外本發(fā)明設(shè)及 一種用于磁阻電機的變流器的控制裝置。最后，本發(fā)明設(shè)及一種驅(qū)動裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 當前感興趣的是磁阻電機，尤其是沒有減震籠的同步磁阻電機。運種類型的不具 有減震籠的同步磁阻電機，一旦其在變頻器處場指向地運行，則在能提供的高動態(tài)性的同 時特別是在部分負載的區(qū)域中也具有非常良好的效率。與異步電機不同，不存在對動態(tài)磁 通構(gòu)建產(chǎn)生"干擾"的轉(zhuǎn)子時間恒定值，因而同步磁阻電機提供了優(yōu)點，在部分負載區(qū)域中 在磁通量下降時也有極佳的能量效率，但是同時由于高的負載力矩的要求應(yīng)快速地磁化。 磁阻電機首要地通過去除轉(zhuǎn)子損失實現(xiàn)了在效率方面的優(yōu)點，因為其靜態(tài)同步地隨定子旋 轉(zhuǎn)場旋轉(zhuǎn)并且不具有繞組。與永磁激勵的同步電機相比，首先機器的更低廉的制造成本W(wǎng) 及在變流器保護中的可行的成本節(jié)約是具有吸引力的。
[0003] 現(xiàn)今，例如具有有效的信號處理器的控制裝置提供了一種可行性，即對表征磁阻 電機的非線性進行建模并且由此掌握了復(fù)雜的算法。同樣出于該原因，工業(yè)上的當前希望 將同步磁阻電機的優(yōu)點應(yīng)用到合適的應(yīng)用場合中。最優(yōu)選的應(yīng)用領(lǐng)域之一例如是對累或者 通風(fēng)裝置的驅(qū)動。其通常被轉(zhuǎn)速受控地驅(qū)動并且具有擴展的運行時間，由此得到高的節(jié)能 比例。運樣的磁阻電機出于成本的原因在多數(shù)情況中沒有配置能夠測量轉(zhuǎn)速和/或換向位 置的傳感器。特別是通風(fēng)裝置中必要的是，應(yīng)接通到轉(zhuǎn)動的磁阻電機上，在一定程度上"取 回"驅(qū)動裝置并且回溯到預(yù)設(shè)的輸送功率上。在接通到旋轉(zhuǎn)的或者轉(zhuǎn)動的同步磁阻電機時， 變流器必須相對于轉(zhuǎn)子位置轉(zhuǎn)速正確地和相位正確地進行設(shè)定。與永磁激勵的同步電機不 同的是，轉(zhuǎn)子僅僅由鐵（和空氣）構(gòu)成，由此借助測量電動機力來對轉(zhuǎn)速和相位進行的通常 評估是不可能的。
[0004] 為了在沒有轉(zhuǎn)速傳感器和位置傳感器的情況下接通到轉(zhuǎn)動的異步電機上和永磁 激勵的同步電機上，存在不同的方法。在異步電機的情況中，對轉(zhuǎn)速進行識別就足夠了，因 為相位不是電機參數(shù)。為此，例如可W輸入在預(yù)設(shè)的變化的捜索頻率中的電流。該捜索通 常在最大頻率時開始并且向著零運行。電機的待識別的轉(zhuǎn)速處于最大電壓的點上。此外， 能夠使用完整的電機模型，例如W觀察者的形式。當電機被供給真實的電機電壓時，該電機 具有大的覆蓋范圍并起振到電機頻率上。在永磁激勵的同步電機的情況中，其要求確定轉(zhuǎn) 速和相位。為此例如可W測量電機力，其反映了轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和相位。為此能夠使用測試脈 沖方法，其中生成由零矢量和脈沖鎖止構(gòu)成的序列并且對感生的脈沖電流進行評估。
[00化]替代在此描述的方法，在同步磁阻電機的情況中，W下方法也許是可行的：如在異 步電機的情況中也能夠設(shè)想有觀察者，其支配大的覆蓋區(qū)域并且由相位和角度的預(yù)設(shè)的起 始值起振。此外，測試脈沖方法也是可W設(shè)想的，其中，提供了由激活矢量、零矢量和脈沖鎖 止構(gòu)成的序列并且對電流中的脈沖應(yīng)答進行評估。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于，提出一種解決方案，即如何能夠更簡單和可靠地實現(xiàn)一種將 變流器接通到旋轉(zhuǎn)的磁阻電機上的方法。
[0007] 該目的通過一種用于將變流器接通到旋轉(zhuǎn)的磁阻電機上的方法，通過一種控制裝 置W及通過一種驅(qū)動裝置實現(xiàn)。
[000引根據(jù)本發(fā)明的方法用于將變流器接通到旋轉(zhuǎn)的磁阻電機上，其中磁阻電機具有帶 有定子繞組的定子和帶有磁各向異性的轉(zhuǎn)子疊片組的轉(zhuǎn)子。該方法包括將直流電流輸入到 定子繞組中，確定在定子繞組處施加的電壓，該電壓通過由于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)引起磁通量變化 而感生到定子繞組中，并且借助控制裝置根據(jù)確定的感生電壓確定轉(zhuǎn)子頻率（f)和/或轉(zhuǎn) 子角度。
[0009] 該方法用于使變流器、尤其是變頻器轉(zhuǎn)速正確和相位正確地相對于磁阻電機的轉(zhuǎn) 子的位置進行設(shè)定。磁組電機尤其設(shè)計成沒有減震籠的同步磁阻電機。磁阻電機的轉(zhuǎn)子尤 其具有3相交流繞組。轉(zhuǎn)子由磁各向異性的構(gòu)造構(gòu)成，轉(zhuǎn)子尤其能夠具有相應(yīng)的磁通閉鎖 部件，也就是空氣填充的區(qū)域，其如下地布置，即實現(xiàn)了與方向相關(guān)的導(dǎo)磁值。
[0010] 直流電流輸入到定子繞組中。通過該輸入的直流電流和在定子內(nèi)部旋轉(zhuǎn)的其轉(zhuǎn)子 疊片組構(gòu)造成磁各向異性的轉(zhuǎn)子，形成了隨時間變化的磁通量。該隨時間變化的磁通量引 起了，隨時間變化的電壓感生到定子繞組中?；谶\樣的認識，即在存在轉(zhuǎn)子疊片組的磁各 向異性時，相對于轉(zhuǎn)子在圓形軌跡上前進的電流空間矢量通常導(dǎo)致磁通量空間矢量的變形 的、尤其是楠圓形的軌跡。根據(jù)轉(zhuǎn)子疊片組的幾何形狀和/或確定的感生電壓，因此能夠確 定轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率和/或轉(zhuǎn)子角度。根據(jù)該確定的轉(zhuǎn)子頻率和/或確定的轉(zhuǎn)子角度可W實 現(xiàn)將變流器接通到旋轉(zhuǎn)的磁阻電機上。因此，變流器能夠W簡單的和可靠的方式轉(zhuǎn)速正確 地和相位正確地與磁阻電機電連接。
[0011] 優(yōu)選地，在定子繞組處的感生電壓借助電壓傳感器來測量。為此，例如能夠設(shè)置相 應(yīng)的電壓傳感器，該電壓傳感器測量在定子繞組的各兩個導(dǎo)體或者兩個相位之間的電壓。 測量的感生電壓然后可W傳輸?shù)娇刂蒲b置。控制裝置可W例如運樣地設(shè)計，即根據(jù)測量的 感生電壓提供空間矢量信號。因此，感生到定子繞組中的電壓能夠簡單和可靠地確定。
[0012] 在另外的設(shè)計方案中，控制裝置具有電流調(diào)節(jié)器，借助電流調(diào)節(jié)器提供用于變流 器的預(yù)定電流的調(diào)節(jié)參數(shù)。同時，在該設(shè)計方案中能夠在電流調(diào)節(jié)器的輸出端處獲得調(diào)節(jié) 器調(diào)節(jié)參數(shù)形式的感生電壓并且因此能夠放棄用于精確地測量感生電壓的傳感機構(gòu)。由此 在該種情況中僅僅通過測量電流并且由于電流與預(yù)設(shè)的額定值的時間上的偏差產(chǎn)生對感 生電壓的評估。
[0013] 在另外的實施方式中，轉(zhuǎn)子頻率根據(jù)在確定的感生電壓的兩個相鄰最大值之間的 時間間隔來確定。轉(zhuǎn)子頻率尤其可W在對感生電壓的測量之后確定。在此也可W提出，即 確定在過零之間的時間間隔和/或在隨時間變化的電壓的最小值之間的時間間隔。根據(jù)在 感生電壓的兩個相鄰最大值之間的時間間隔和/或轉(zhuǎn)子疊片組的已知的幾何形狀，能夠確 定轉(zhuǎn)子頻率W及因此確定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。
[0014] 此外優(yōu)選地提出，即轉(zhuǎn)子角度根據(jù)轉(zhuǎn)子疊片組的幾何形狀和/或感生電壓的時間 變化曲線來確定。根據(jù)轉(zhuǎn)子疊片組的幾何形狀，即磁通閉鎖部在疊片組中的布置能夠確定 轉(zhuǎn)子的磁極的位置。取決于轉(zhuǎn)子疊片組的幾何形狀也可W確定，通過轉(zhuǎn)子的哪個區(qū)域或者 通過轉(zhuǎn)子的哪些區(qū)域引起了感生電壓中的最大值。根據(jù)該信息能夠W簡單和可靠的方式確 定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子角度。
[0015] 在另外的設(shè)計方案中，控制裝置具有用于調(diào)整感生電壓的相位和頻率的相位調(diào)節(jié) 回路。運種類型的相位調(diào)節(jié)回路也被描述為相位鎖定回路（Phase-Locked Loop P化）。在 相位調(diào)節(jié)回路的輸出端處的高的信號質(zhì)量能夠由此W簡單的方式根據(jù)調(diào)整的感生電壓實 現(xiàn)對轉(zhuǎn)子頻率和/或轉(zhuǎn)子角度的直接確定。
[0016] 在另外的設(shè)計方案中，控制裝置具有電流調(diào)節(jié)器，借助該電流調(diào)節(jié)器提供用于變 流器的電流。運樣的電流調(diào)節(jié)器能夠例如用于根據(jù)在電流額定值和所測量的、穿過定子繞 組流動的交流電流之間的調(diào)節(jié)差來確定感生電壓。電流調(diào)節(jié)器可W提供用于變流器或者變 頻器的電流額定值。根據(jù)該電流額定值，變頻器能夠輸出用于運行磁阻電機的相應(yīng)的電流。
[0017] 在另外的設(shè)計方案中，控制裝置具有至少一個計數(shù)器，借助其確定所確定的感生 電壓的最大值的數(shù)量和/或在所確定的感生電壓的兩個相鄰的最大值之間的時間間隔。相 應(yīng)的計數(shù)器或者計算器也可W用于確定在感生電壓的電壓過零之間的時間。根據(jù)最大值的 時間上的位置能夠例如確定轉(zhuǎn)子角度。根據(jù)在至少兩個相鄰的最大值之間的間隔能夠W簡 單的方式測定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子頻率或者轉(zhuǎn)速。
[0018] 用于磁阻電機的變流器的根據(jù)本發(fā)明的控制裝置設(shè)計用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方 法。運樣的控制裝置例如能夠包括相應(yīng)的信號處理器。在控制裝置上可W引入用于運行的 相應(yīng)的控制編碼。因此能夠W簡單和成本低廉的方式提供用于磁阻電機的變流器的控制裝 置。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動裝置包括磁阻電機、與磁阻電機電連接的變流器，和根據(jù)本發(fā) 明的控制裝置W操控變流器。磁阻電機尤其設(shè)計為沒有減震籠的同步磁阻電機。變流器尤 其可W設(shè)計成變頻器。運樣的驅(qū)動裝置能夠例如用于累或者用于通風(fēng)裝置。
[0020] 基于根據(jù)本發(fā)明的方法提出的優(yōu)選的設(shè)計方案和其優(yōu)點也相應(yīng)地適用于根據(jù)本 發(fā)明的控制裝置W及適用于根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動裝置。
[0021] 本發(fā)明的另外的優(yōu)點由附圖和附圖描述給出。所有當前在說明書中所述的并且特 征組合W及接下來在附圖描述中所提及的和/或在圖中單獨示出的特征和特征組合不僅 僅能W相應(yīng)給出的組合應(yīng)用，而且也能W另外的組合應(yīng)用或者也能單獨應(yīng)用。
【附圖說明】
[0022] 現(xiàn)在根據(jù)優(yōu)選的實施例W及參考附圖進一步描述本發(fā)明。圖中示出：
[0023] 圖1是同步磁阻電機的定子坐標系和轉(zhuǎn)子坐標系；
[0024] 圖2是磁阻電機的轉(zhuǎn)子坐標系，其中示出電流矢量和磁通量矢量W及其軌跡；
[0025] 圖3是定子坐標系，其中示出電流矢量、磁通量矢量和電壓矢量W及其軌跡；
[0026] 圖4是從定子出發(fā)