BR102012003184B1

BR102012003184B1 - Método e aparelho para estimar o ângulo do rotor e a velocidade do rotor de um motor de relutância síncrono durante a partida

Info

Publication number: BR102012003184B1
Application number: BR102012003184-1A
Authority: BR
Inventors: Matti Veijanen
Original assignee: Abb Schweiz Ag
Priority date: 2011-02-22
Filing date: 2012-02-13
Publication date: 2020-12-15
Also published as: EP2493066A9; MY163404A; BR102012003184A2; SG10201405005RA; US9294029B2; EP2493066A1; SG183623A1; US20120212165A1; MX2012002257A; EP2493066B1; CN102647132A; CN102647132B

Abstract

MÉTODO E APARELHO PARA ESTIMAR O ÂNGULO DO ROTOR E A VELOCIDADE DO ROTOR DE UM MOTOR DE RELUTÂNCIA SÍNCRONO DURANTE A PARTIDA. Método para estimar um ângulo do rotor de um motor de relutância síncrono, em que o motor compreende um estator e um rotor. Primeiramente, um fluxo de estator e uma corrente do estator são determinados. Dois componentes de fluxo de estator ortogonal em um quadro de referências do estator são calculados partir do fluxo de estator. Dois componentes de corrente do estator ortogonal no quadro de referência do estator são calculados a partir da corrente do estator. Um vetor de orientação do rotor é, então, calculado com o uso de um componente conhecido de indutância de eixo geométrico de quadratura ou direto do rotor, os componentes de fluxo de estator, e os componentes de corrente do estator. A orientação do rotor é estimada com base no vetor de orientação do rotor.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção se refere a motores síncronos, e para estimar um ângulo do rotor de um motor de relutância síncrono durante a partida.

INFORMAÇÕES DOS ANTECEDENTES

Um motor síncrono é um motor CA compreende um rotor e um estator, distinto pelo rotor estar em rotação de modo síncrono com a frequência do estator. Existem dois tipos principais de motores síncronos: não excitados e excitados por corrente direta. Os motores de relutância pertencem ao primeiro grupo.

Antes da realização da partida de um motor síncrono, um ângulo e uma velocidade inicial de um rotor do motor frequentemente tem que ser conhecidas. O ângulo e a velocidade inicial podem, por exemplo, serem detectada mediante o uso de um sensor de posição. O sensor de posição, no entanto, aumenta os custos e a falta de confiabilidade ao sistema. Portanto, os métodos de controle sem sensores de posição também foram desenvolvidos.

Em um controle sem sensores de posição, a velocidade e o ângulo tipicamente têm que ser detectados em todas as partidas. Tradicionalmente, o ângulo inicial é forçado com a magnetização cc (método de rotação CC) ou, no caso de máquinas de polo saliente, detectadas com um método de injeção por sinal (método de injeção CA). Ambos os métodos podem ser usados em um procedimento de partida de um motor de relutância síncrono (SYRM).

Um problema associado aos métodos acima é que os mesmos podem ser utilizados em um rotor independente estático, embora os métodos de injeção por sinal também tenham sido propostos para detectar a velocidade do rotor e o ângulo de um rotor rotativo. Os métodos de partida projetados para sincronizar com um rotor rotativo de uma máquina síncrona de imã permanente (PMSM) são geralmente baseados na determinação de uma tensão de um fluxo de imã permanente rotativo de EM de fundo, mas não existe tal fluxo no SYRM.

DESCRIÇÃO RESUMIDA

Um objetivo da presente invenção é o de fornecer um método e um aparelho para implantar o método de modo a aliviar os problemas acima. Os objetivos da invenção são atingidos por um dos métodos e um aparelho que é caracterizado pelo que é declarado nas reivindicações independentes. As modalidades preferenciais da invenção são apresentadas nas reivindicações dependentes.

É possível determinar o ângulo e a velocidade do rotor do SYRM mediante o uso de um modelo de motor matemático que utiliza a saliência do rotor. A saliência do rotor tem que ser conhecida anteriormente. O rotor pode estar em rotação ou estático. Quando as indutâncias do eixo geométrico (d) direto e/ou do eixo geométrico de quadratura (q) são conhecidas, a posição do rotor pode ser derivada a partir da tensão computacional e modelos atuais do SYRM, fornecido que haja um fluxo de estator no motor.

Uma vantagem do método e da disposição da apresentação é que apenas um procedimento de partida é requerido para um rotor rotativo ou sem movimento.

Outra vantagem é que o método realiza a partida do motor em um período de tempo significantemente mais curto do que a Injeção CA ou os métodos de rotação CC. Uma duração estimada para que o método proposto detecte o ângulo e a velocidade pode ser menos do que 20 milésimos de segundo. Um método típico de injeção CA requer 100 milésimos de segundo. Um método de rotação CC pode levar segundos para completar.

Após o procedimento de partida, o eixo geométrico dé magnetizado e o controle está em execução. Devido a um fluxo pequeno nas direções outras que a direção do eixo geométrico d, o método não afeta a velocidade de rotação do motor. Portanto, a partida é suave.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A seguir, a revelação será descrita em maiores detalhes através de modalidades preferenciais com referência aos desenhos em anexo, em que as Figuras 1a, 1b, e 1c, ilustram os lugares geométricos dos vetores de orientação do rotor orientados pelo eixo geométrico d e uma corrente do estator como funções de um ângulo do rotor; a Figura 2 ilustra um diagrama simplificado de um PLL adaptado para estimar a velocidade do rotor de um motor de relutância síncrono, e a Figura 3 ilustra uma disposição para a qual um método da apresentação pode ser aplicado.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Nos tipos de máquina como motores de imã permanente e motores de indução, um componente de fluxo do rotor pode não ser determinável de forma não ambígua de uma integral de tensão do estator. Não há fluxo de imã permanente em um SYRM, de modo que o fluxo de estator e a corrente do estator sejam diretamente presas umas às outras mediante uma relação de indutância nas coordenadas de rotor.

A indutância nas coordenadas de rotor é representada por dois componentes: um componente de indutância Ld de um eixo geométrico d e um componente de indutância Lq de eixo geométrico q. A diferença entre esses dois parâmetros é uma base para a operação de um motor de relutância.

Se pelo menos um dos componentes de indutância for conhecido, uma orientação do rotor de um motor de relutância síncrono pode ser estimada, até mesmo durante a partida. Um fluxo inicial de estator é primeiramente induzido.

Os valores do fluxo de estator e uma corrente do estator são então determinados. Uma primeira estimativa da orientação do rotor pode então ser formada com base no fluxo de estator, a corrente do estator, e um componente >de indutância do rotor conhecido. Um vetor de orientação do rotor θd orientado por eixo geométrico direto pode ser calculado a partir da diferença entre o fluxo de estator /s eum produto de um componente de indutância Lq e a corrente do estator is, como se segue: θd = ±(/s -Lqis). (1)

O sinal ± na Equação 1 representa duas orientações diferentes dos rotores relacionados ao mesmo polo. No geral, não há diferença entre essas orientações devido à falta de um fluxo induzido por imã permanente, e portanto, em algumas modalidades os sinais podem ser omitidos.

De modo similar, um vetor de orientação do rotor θq orientado pelo eixo geométrico de quadratura pode ser calculado pelo uso de outro componente de indutância Ld como se segue:

Em algumas modalidades, a primeira estimativa pode ser formada com base no vetor de orientação da Equação 1 ou 2. A orientação do rotor pode então ser determinada com base na primeira estimativa.

A orientação do rotor estimada também pode ser representada na forma de um ângulo. Os vetores das Equações 1 e 2 podem ser usados para estimar uma orientação do ângulo do rotor que pode então ser usada como a primeira estimativa. A primeira estimativa pode ser determinada com base em uma razão entre um componente x e um componente y de um vetor de orientação θd ou θq , por exemplo, conforme a seguir:

em que θesté a orientação estimada do ângulo do rotor, θx e θysão os componentes x e y do vetor de orientação. O sinal ± representa duas orientações diferentes dos ângulos do rotor relacionados a um mesmo polo.

Se ambos os componentes de indutância são conhecidos, também uma segunda estimativa da orientação do rotor pode ser formada com base no fluxo de estator, a corrente do estator, e o outro componente de indutância do rotor conhecido. A segunda estimativa pode ser representada por um vetor de orientação ou um ângulo calculado, por exemplo, pelo uso de uma Equação 3. A orientação do rotor pode ser estimada com base na primeira estimativa e na segunda estimativa. A primeira e segunda estimativa podem ser formadas de modo que as mesmas tenham a mesma orientação, e elas podem ser usadas em conjunto para estimar a orientação do rotor. Por exemplo, pela rotação um vetor orientado pelo eixo geométrico de quadratura da Equação 2 por 90 graus, um vetor orientado pelo eixo geométrico direto pode ser formado. A orientação do rotor pode então ser estimada pelo uso de dois vetores de orientação, por exemplo, mediante a soma dos dois vetores. Alternativamente, uma soma de dois ângulos estimados de orientação pode ser usada.

Uma maneira de implantar o método da apresentação é apresentada a seguir. Após o fluxo de estator e a corrente do estator serem determinadas, dois componentes de fluxo de estator ortogonal em um quadro de referência do estator são calculados a partir do fluxo de estator, e dois componentes de corrente do estator ortogonal no quadro de referência do estator são calculados a partir da corrente do estator. A primeira estimativa da orientação do rotor é então formada na base dos componentes de fluxo de estator, os componentes de corrente do estator, e um componente de indutância do rotor conhecido, e a segunda estimativa da orientação do rotor são formadas com base nos componentes de fluxo de estator, os componentes de corrente do estator, e o outro componente de indutância do rotor conhecido. Por exemplo, mediante o uso das Equações 1 e 2, é possível calcular dois vetores deorientação do rotor: um primeiro vetor de orientação do rotor θd,1e um segundo —vetor de orientação do rotorθd,2conforme a seguir:

Vx e Vysão dois componentes de fluxo de estator ortogonal em um quadro de referência do estator, calculado a partir do fluxo de estator Vs. ix e iy são dois componentes de corrente do estator ortogonal no quadro de referência do estator, calculado a partir da corrente do estator —s. Na Equação 5, o vetor orientado pela quadratura da Equação 2 é girado por 90 graus mediante a troca da parte real e a parte imaginária do vetor, e mediante a multiplicação da nova parte real por -1.

Os dois vetores de orientação do rotor nas Equações4 e 5 são ambos sempre alinhados com o eixo geométrico d do rotor. Isso pode ser visto nas Figuras 1a, 1b, e 1c, que mostram OS lugares geométricos dos vetores de orientação do rotor orientados pelo eixo geométrico d e a corrente do estator como funções de um ângulo do rotor. Conforme o rotor gira em respeito ao fluxo de estator /s, a extremidade do vetor de corrente do estator — é seguida por um círculo A. O círculo A tem o seu centro alinhado com o vetor de fluxo de estator /s. Nas Figuras 1a, 1b, e 1c, o fluxo de estator /s é mantido constante no eixo geométrico x, componente de indutância Ld do eixo geométrico d é 2, e o componente de indutância Lq do eixo geométrico q é de 0,5. A extremidade do vetor de corrente do estator is realiza uma volta completa ao longo do círculo A conforme o rotor gira um ângulo elétrico completo. No caso de um único motor com par de polos, como nas Figuras 1a, 1b, e 1c, isso significa que a extremidade do vetor de corrente do estator — realiza duas voltas completas conforme o rotor gira mecanicamente uma volta completa.

O primeiro vetor de orientação do rotor θd,1orientado pelo eixo geométrico d tem um ponto de comprimento zero em que o fluxo de estator está — alinhado com o eixo geométrico q, e o segundo vetor de orientação do rotor θd,2 orientado pelo eixo geométrico d tem um ponto de comprimento zero quando o fluxo de estator está alinhado com o eixo geométrico d. Um primeiro e um segundo vetor de orientação do rotor alinhado com o eixo geométrico q também pode ser calculado de uma maneira similar.

Na teoria, os estimadores deveriam oferecer estimativas de orientação perfeitas em todas as outras orientações exceto as orientações de comprimento zero. Na prática, os erros de parâmetro relacionados à Ld e Lq podem afetar significantemente a precisão em qualquer lugar próximo às orientações de comprimento zero. Portanto, o primeiro vetor de orientação do rotor θd,1e o segundo vetor de orientação do rotorθd,2podem ser usados em conjunto para estimar a orientação do rotor. Como os componentes de indutância não são iguais, os comprimentos máximos dos vetores de orientação pelo uso de componentes diferentes de indutância não são iguais. O comprimento de um vetor pode ser corrigido pelo uso de um parâmetro de correção. Assim, um terceiro vetor de orientação pode ser formado, por exemplo, como se segue:

em que l é um parâmetro para o qual um valor pode ser determinado, por exemplo, com base em uma razão entre os componentes de indutância do rotor.

Se ambos os estimadores forem usados em conjunto, os sinais corretos podem ter que ser selecionados com a finalidade de ter orientações consistentes em cada quarto das coordenadas de rotor.

Uma orientação do ângulo do rotor pode ser determinada com base em uma razão entre um componente x e um componente y do primeiro, do segundo, ou do terceiro vetor de orientação do rotor. Um ângulo de eixo geométrico direto do rotor pode, por exemplo, ser calculado a partir dos vetores de orientação do rotor d-1, d-2 e r -■-■com os seguintes estimadores de orientação do ângulo do rotor θest,1, θest,2, e θest,soma, respectivamente:

Os numeradores e os denominadores destes estimadores são os componentes y e x dos vetores de orientação do rotor orientados pelo eixo geométrico d θd,1e θd,2. De modo similar a Equação 3, o sinal ± nesta representa duas orientações diferentes dos ângulos do rotor em relação ao mesmo polo.

O estimador de ângulo de orientação do rotor θest,1 pode, por exemplo, ser usados para produzir a primeira estimativa, e o estimador de orientação do ângulo do rotor θest,2 pode então ser usado para produzir a segunda estimativa. Conforme ilustrado nas Figuras 1a, 1b, e 1c o estimador θest,1 é mais preciso quando o fluxo de estator está próximo do eixo geométrico d do rotor. De maneira correspondente, o estimador θest,2 é mais preciso quando o fluxo de estator está próximo ao eixo geométrico q do rotor. O estimador de orientação do ângulo do rotor θest,somaé uma combinação do primeiro e do segundo estimador de orientação do ângulo do rotor. Conforme os vetores de orientação θd,1e θd,2nunca estão em um ponto de comprimento zero ao mesmo tempo, o estimador θest,somaé preciso em qualquer ângulo.

O método de estimativa acima pode ser usado para determinar a orientação do rotor durante a partida. Desde que não existem imãs permanentes no rotor do SYRM, existem dois ângulos iniciais possíveis por polo. Esses ângulos iniciais são iguais e qualquer um desses pode ser usado como uma orientação do rotor para o controle do motor.

Os ângulos iniciais podem ser encontrados de uma seguinte maneira. Primeiramente, um fluxo pequeno de estator é gerado na máquina mediante a injeção de uma tensão CC para o enrolamento do estator. O valor de fluxo pequeno pode ser controlado facilmente para o estator, por exemplo, com um fluxo convencional ou um controlador de corrente. O valor do fluxo pode então ser estimado pelo uso de vários métodos. A quantidade de corrente do estator é determinada. Como o fluxo de estator e a corrente do estator são conhecidos, a orientação do rotor pode ser calculada pelo uso da primeira e da segunda estimativa.

Se o rotor estiver em rotação em uma velocidade que não é conhecida, a velocidade pode ser estimada com base na orientação estimada. Por exemplo, uma estimativa de velocidade pode simplesmente ser calculada a partir de um derivado de tempo da posição do rotor. Um laço travado de fase simples (PLL) também pode ser utilizado para obter uma estimativa de velocidade filtrada a partir do estimador de ângulo de orientação θest, 1, o estimador de ângulo de orientação θest,2, ou uma combinação dos estimadores. Outros métodos também podem ser usados para obter uma estimativa de velocidade a partir da orientação estimada do rotor.

A Figura 2 ilustra um diagrama simplificado de um PLL adaptado para estimar a velocidade do rotor de um motor de relutância síncrono com base na orientação estimada do ângulo do rotor θest.

O PLL calcula uma estimativa West para a velocidade do rotor com base na diferença entre um termo de ângulo de realimentação θPLLe a orientação do ângulo do rotor θest. Um valor para um termo de ângulo de realimentação θPLL é calculado mediante uma integração, pelo uso dos meios de integração 1, o termo de velocidade de realimentação WPLL, para o qual um valor é determinado com base na diferença entre o termo de ângulo de realimentação θPLLe a orientação do ângulo do rotor θest. O valor para um termo de velocidade de realimentação WPLL pode, por exemplo, ser determinado pelo uso de um controlador PI 2, como na Figura 2. Uma parte integrativa I do controlador PI 2 também é usada para produzir a estimativa de velocidade West. quando a velocidade e o ângulo do rotor são conhecidos, um nível de controle mais alto pode ser iniciado.

O rastreamento de velocidade aumenta a duração do procedimento de partida desde que a estimativa PLL precisa de tempo para assentar. Se o rotor é estático, um procedimento de partida pode ser continuado com a magnetização do eixo geométrico d e o controle de torque normal começam diretamente após a detecção da orientação inicial do rotor. Em um procedimento de partida genérico, em que o rotor pode estar em rotação ou estático, a estimativa de velocidade é, no entanto, requerida.

Conforme mostrado nas Figuras 1a, 1b, e 1c, o rastreamento da orientação do rotor em uma posição arbitrária pode requerer a utilização tanto da primeira e da segunda estimativa, e a modificação de sinal correto, se o fluxo de estator é mantido constante. No entanto, é possível rastrear a orientação com apenas a primeira estimativa, se o fluxo de estator for controlado para seguir a orientação do rotor de uma maneira que mantenha um ângulo de fluxo entre o fluxo e um eixo geométrico d de um par de polos de rotor menor do que 90 graus. Isso pode, por exemplo, ser realizado mediante o uso de um controlador de fluxo como o nível de controle mais alto. Um controlador de corrente também pode ser usado. Quando a corrente do estator está na direção de eixo geométrico d, o fluxo de estator está alinhado com isso e o rastreamento de fluxo é obtido. O controle de corrente tem o benefício que o mesmo mantém que a corrente aumente para um valor desnecessariamente alto nos transientes em que o fluxo não está na direção de eixo geométrico d.

O estimador de ângulo de orientação θest,1 pode, por exemplo, ser usado para a primeira estimativa. Frequentemente na operação normal do motor, o eixo geométrico dé magnetizado e o ângulo de fluxo é menor do que 45 graus. Quando o torque é controlado para zero, o ângulo de fluxo é zero e apenas o eixo geométrico dé magnetizado. Quando o fluxo de estator está próximo do eixo geométrico d, em outras palavras, o ângulo de fluxo está próximo à zero, o estimador θest,1 está em sua área mais precisa, e os erros de parâmetro tem apenas uma influência pequena. Isso torna a estimativa muito robusta contra erros no componente de indutância Lq do eixo geométrico q do rotor que tem que ser conhecido antes do método poder ser usado.

Os métodos apresentados acima podem ser usados, em conjunto com o controle do fluxo, para estimar a orientação do rotor em uma partida. Um valor é ajustado para uma referência de controle do estator. A referência de controle do estator pode, por exemplo, representar uma direção e magnitude do fluxo de estator ou corrente do estator desejada. O fluxo de estator é então induzido com base na referência de controle do estator. Inicialmente, o controle de fluxo pode ser iniciado em uma direção arbitrária. Quando o fluxo de estator começa a aumentar na direção controlada, a primeira estimativa pode ser usada para determinar a orientação do rotor. A referência de controle do estator é então atualizada de modo que o fluxo de estator segue a orientação determinada do rotor.

Por exemplo, a primeira estimativa pode ser calculada pelo uso do vetor de orientação θd,1da Equação 4, em cujo caso a orientação calculada representa a direção do eixo geométrico d do rotor. O valor da orientação estimada do rotor pode então ser fornecido como uma entrada para um controlador de fluxo que então inicia o controle do fluxo para alinhar com a direção estimada do eixo geométrico d do rotor. No início a estimativa de orientação pode ser muito imprecisa, mas como um componente de fluxo na direção estimada do eixo geométrico d aumenta, a precisão da estimativa de orientação melhora. No fim do procedimento de partida, o fluxo de estator está em rotação em sincronia e em fase com o eixo geométrico d do rotor.

A estimativa da velocidade com a estrutura PLL pode ser iniciada ao mesmo tempo em que o controle de fluxo. No final da sequência de partida, também a velocidade do rotor é conhecida. Quando a velocidade e a orientação são estabilizadas, o eixo geométrico d pode ser magnetizado para um valor ajustado por um controlador de nível mais alto. Se o procedimento de partida acima for usado, todas as partes do sistema de controle estão ativas no final da sequência de início e não existem transientes desnecessários no começo da operação de controle normal.

O procedimento de partida pode ser implantado de muitas maneiras diferentes mediante o uso das estimativas e dos estimadores descritos —— acima. Uma solução prática é a de usar apenas o vetor de orientação θd,1e controlar a corrente do estator ou o fluxo de estator para alinhar com o eixo geométrico d. Isso torna a estimativa muito robusta contra erros no parâmetro Lq, que tem que ser conhecido antes do método poder ser usado.

O controle de corrente ou de fluxo pode ser usado para transformar o fluxo e a corrente na direção de eixo geométrico d. Não há diferença no resultado, mas as variações de fluxo e de corrente antes de alcançar um fluxo/corrente alinhado de eixo geométrico dsão diferentes. A praticabilidade dessas opções é determinada com base na estrutura de controle geral usada na modalidade que utiliza o procedimento de partida.

A Figura 3 ilustra uma disposição em que um aparelho 21 é conectado entre uma grade de suprimento 22 e um motor de relutância síncrono 23. O motor compreende um estator e um rotor. Um componente de indutância de eixo geométrico de quadratura do rotor Lqé conhecido. O aparelho 21 é capaz de controlar o motor 23, pelo uso de um controlador de motor. Na Figura 3, o aparelho 21 é um conversor de frequência e o controlador de motor é uma ponte de inversão 24. A ponte de inversão 24 é controlada por um controlador de fluxo 25. Da mesma forma, outros controladores, tal como um controlador de corrente, podem ser usados. O controlador de fluxo 25 usa uma orientação estimada do rotor e uma velocidade como parâmetros de entrada. O controlador pode, como na Figura 3, usar também outras entradas, tal como uma corrente do estator, uma tensão de estator ou um fluxo de estator.

Na disposição, o fluxo de estator e a corrente do estator são determinados para estimar a orientação do rotor e da velocidade. Assim, o aparelho compreende uma unidade de medição de tensão de estator 26 e uma unidade de medição de corrente do estator 27. A unidade de medição de corrente do estator 27 também calcula dois componentes de corrente do estator ortogonal e um quadro de referência do estator a partir da corrente do estator.

O fluxo de estator é, então, determinado pelo uso de um modelo de tensão 28 como meios para determinar o fluxo de estator. O modelo de tensão 28 calcula o fluxo como uma integral da tensão de estator menos as perdas resistentes. O modelo de tensão 28 também calcula componentes de corrente no quadro de referência do estator a partir da corrente do estator.

O aparelho 21 compreende um primeiro estimador de orientação do rotor 29. The primeira estimador de orientação do rotor 29 usa os componentes de fluxo de estator, os componentes de corrente do estator, e um dos componentes conhecidos de indutância do rotor como entradas. Isto produz uma primeira estimativa da orientação do rotor. A orientação pode, por exemplo, ser representada por um vetor de orientação ou um ângulo. O primeiro estimador de orientação do rotor 29 pode, por exemplo, calcular um primeiro vetor de orientação do rotor orientado pelo eixo geométrico d mediante o uso do componente conhecido de indutância Lq do eixo geométrico q do rotor, os componentes de fluxo de estator, e os componentes de corrente do estator, conforme definido na Equação 1. O primeiro estimador de orientação do rotor 29 pode, por exemplo, usar o primeiro vetor de orientação do rotor orientado pelo eixo geométrico d da Equação 4 para representar a orientação do rotor, ou calcular um ângulo de orientação do primeiro vetor de orientação do rotor, por exemplo, conforme definido na Equação 7.

O aparelho também compreende um primeiro estimador de velocidade do rotor30, O estimador 30 estima a velocidade do rotor de um motor de relutância síncrono com base na orientação estimada do rotor. O método pode, por exemplo, ser o mesmo que o apresentado na Figura 2 e a descrição relacionada à Figura 2. Um valor inicial é primeiramente ajustado para um termo de velocidade de realimentação. Um valor para um termo de ângulo de realimentação é então calculado mediante a integração do termo de velocidade realimentação. Uma estimativa para a velocidade do rotor é determinada com base na diferença entre o termo de ângulo de realimentação e a orientação do rotor. Um novo valor para o termo de velocidade de realimentação é determinado com base na diferença entre o termo de ângulo de realimentação e da orientação do rotor.

Em uma partida da disposição da Figura 3, a orientação do rotor não é conhecida. Para a partida, o controlador de fluxo 25 pode ser dado como uma referência de fluxo de estator em uma direção arbitrária. A ponte de inversão 24 controla assim o fluxo de estator de modo que o fluxo de estator segue a referência de fluxo de estator. Conforme o fluxo de estator começa a aumentar na direção da referência de fluxo de estator, o primeiro estimador de orientação do rotor 29 fornece uma estimativa da orientação do rotor. A orientação estimada do rotor pode, por exemplo, representar a direção do eixo geométrico d do rotor. A estimativa da velocidade com o estimador de velocidade do rotor30 é iniciada ao mesmo tempo em que o controle de fluxo.

A referência de fluxo de estator é, então, atualizada, na base da orientação do rotor, de modo que o fluxo de estator segue a orientação do rotor. Na disposição da Figura 3, a orientação do rotor aponta na direção do eixo geométrico d do rotor. A direção estimada do eixo geométrico d do rotor é fornecida como uma nova referência de orientação de fluxo de estator para o controlador de fluxo 25. O controlador de fluxo 25 começa a controlar o fluxo para a direção do eixo geométrico d do rotor. Conforme o componente de fluxo aumenta na direção do eixo geométrico d do rotor, a precisão da primeira estimativa aumenta. No final do procedimento de partida, o fluxo de estator está em rotação, em sincronia e em fase com o rotor eixo geométrico d. Devido ao fluxo controlado do eixo geométrico d, o método é robusto contra erros no parâmetro Lq.

Se ambos os componentes de indutância do rotor são conhecidos, o método pode compreender adicionalmente um segundo estimador de orientação do rotor. O segundo estimador de orientação do rotor pode usar os componentes de fluxo de estator, os componentes de corrente do estator, e outros componentes conhecidos de indutância do rotor como entradas. Isso produz uma segunda estimativa da orientação do rotor. O segundo estimador de orientação do rotor pode, por exemplo, calcular um eixo geométrico d orientado pelo segundo vetor de orientação do rotor, pelo uso do componente de indutância do rotor Ld do eixo geométrico d, os componentes de fluxo de estator, e os componentes de corrente do estator, conforme definido na Equação 5. O segundo estimador de orientação do rotor pode então formar uma segunda estimativa diretamente com base no segundo vetor de orientação do rotor orientado pelo eixo geométrico d, ou usar um ângulo de orientação como a segunda estimativa, por exemplo, conforme definido na Equação 8.

O ângulo do rotor é, então, estimado com base na primeira estimativa e na segunda estimativa. Em uma situação de partida, o controlador pode, por exemplo, controlar os meios de controle do motor para injetar uma tensão CC no estator e gerar assim, um fluxo pequeno de estator. O fluxo de estator é mantido constante. O ângulo do rotor em uma posição arbitrária é então rastreado mediante utilização tanto do primeiro quanto do segundo estimador de ângulo do rotor.

O método e o aparelho relacionado são descritos acima com referência as funções respectivas que os mesmos executam de acordo com modalidades exemplificadoras. Deve ser entendido que um ou mais desses elementos e funções pode ser implantado em uma configuração de hardware. Por exemplo, os componentes respectivos podem compreender um processador de computador configurado para executar instruções legíveis por computador (por exemplo, software legível por computador), um meio de gravação legível por computador não volátil, tal como um elemento de memória (por exemplo, ROM, memória rápida, memória óptica, etc.) configurado para armazenar tais instruções legíveis por computador, e um meio de gravação volátil legível por computador (por exemplo, RAM) configurado para ser utilizado pelo processador de computador como memória de trabalho enquanto são executadas as instruções legíveis por computador. Os métodos e os aparelhos relacionados também podem ser configurados para detectar, gerar e/ou operar de acordo com os sinais análogos, sinais digitais e/ou uma combinação de sinais digitais e análogos para transportar ou as funções intencionadas.

Será óbvio para uma pessoa versada na técnica que o conceito inovador pode ser implantado de várias maneiras. A invenção e suas modalidades não se limitam aos exemplos descritos acima, mas podem variar dentro do escopo das reivindicações.

Claims

1. Método para estimar uma orientação do rotor de um motor de relutância síncrono em uma partida, sendo que o motor compreende um estator e um rotor, em que uma indutância do rotor nas coordenadas de rotor é representada por dois componentes de indutância do rotor: um componente de indutância de eixo geométrico de quadratura do rotor (Lq) e um componente de indutância de eixo geométrico direto do rotor (Ld), e pelo menos um dos componentes de indutância do rotor é conhecido, sendo que o método é CARACTERIZADO pelo fato de que compreende as etapas de: induzir um fluxo de estator (^s), determinar o fluxo de estator e uma corrente do estator, formar uma primeira estimativa da orientação do rotor com base no fluxo de estator, na corrente do estator (is), e apenas um componente de indutância do rotor conhecido, determinar a orientação do rotor (θest) com base na primeira estimativa.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o método compreende, adicionalmente ajustar um valor para uma referência de controle do estator, induzir o fluxo de estator com base na referência de controle do estator, atualizar a referência de controle do estator de modo que o fluxo de estator siga a orientação determinada do rotor.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que ambos os componentes de indutância do rotor são conhecidos, e que a determinação da orientação do rotor compreende: formar uma segunda estimativa da orientação do rotor com base no fluxo de estator, na corrente do estator (is), e no outro componente de indutância do rotor conhecido, determinar a orientação do rotor (θest) com base na primeira estimativa e na segunda estimativa.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que determinar a orientação do rotor compreende: determinar um valor para um parâmetro de correção com base em uma razão entre os componentes de indutância do rotor, e usar o parâmetro de correção para corrigir um comprimento de um vetor de orientação.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que formar uma primeira estimativa da orientação do rotor compreende: calcular um primeiro vetor de orientação do rotor a partir de uma diferença entre o fluxo de estator e um produto de um componente de indutância conhecido e a corrente do estator, e formar uma primeira estimativa com base no primeiro vetor de orientação do rotor.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que formar uma primeira estimativa da orientação do rotor compreende: calcular um primeiro vetor de orientação do rotor a partir da diferença entre o fluxo de estator e um produto de um componente de indutância conhecido e a corrente do estator, e formar uma primeira estimativa com base em uma razão entre um componente x e um componente y do primeiro vetor de orientação do rotor.

7. Método, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que formar uma segunda estimativa da orientação do rotor compreende: calcular um segundo vetor de orientação do rotor a partir de uma diferença entre o fluxo de estator e um produto do outro componente de indutância conhecido e a corrente do estator, e formar a segunda estimativa com base no segundo vetor de orientação do rotor.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o método compreende estimar uma velocidade do rotor de um motor de relutância síncrono com base na orientação estimada do rotor.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que o método para estimar a velocidade do rotor compreende as etapas de: ajustar um valor para um termo de velocidade de realimentação, calcular um valor para um termo de ângulo de realimentação mediante a integração do termo de velocidade de realimentação, determinar uma estimativa para a velocidade do rotor com base em uma diferença entre o termo de ângulo de realimentação e o ângulo do rotor, e determinar um novo valor para um termo de velocidade de realimentação com base em uma diferença entre o termo de ângulo de realimentação e o ângulo do rotor.

10. Aparelho (21) adaptado para ser conectado a um motor de relutância síncrono, em que o motor compreende um estator e um rotor, o aparelho sendo capaz de realizar o método conforme descrito na reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o aparelho compreende, adicionalmente: meios (25) para controlar um fluxo de estator, meios (28) para determinar o fluxo de estator e uma corrente de estator, meios para formar uma primeira estimativa de um ângulo do rotor com base em apenas um componente de indutância do rotor conhecido, no fluxo de estator, na corrente do estator, meios para formar uma segunda estimativa da orientação do rotor com base no fluxo de estator, na corrente do estator, e no outro componente de indutância do rotor conhecido, e meios (29) para estimar o ângulo do rotor com base na primeira estimativa ou segunda estimativa.