CN100566131C - 用于操作旋转电机的方法和用于实现该方法的设备 - Google Patents

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Abstract

一种操作旋转电机(1)的方法，该电机具有至少两组定子绕组(A，B)，为每组定子绕组提供一个关联的转换器单元(2)，并且每组定子绕组包括n相绕组，其中n≥3，关联的转换器单元对相应组定子绕组进行馈送。为了以冗余方式并且独立地调节或影响旋转电机的各组定子绕组的电变量，测量每组定子绕组的至少n-1相绕组的电流(iA1、iA2、iA3；iB1、iB2、iB3)，而且为每个转换器单元提供一个关联的调节装置(3)，并且每个转换器单元借助于关联的调节装置的驱动信号(S)、独立于相应的其它转换器单元的调节装置来驱动。另外，根据每组定子绕组的测量电流在相应调节装置中形成所述驱动信号。此外，提供了一种实现该方法的设备。

Description

用于操作旋转电机的方法和用于实现该方法的设备
技术领域
本发明涉及用于旋转电机的操作方法的领域。它基于根据独立权利要求的前序部分的用于操作旋转电机的方法和用于实现该方法的设备。
背景技术
现今越来越多地需要和使用用于操作电机的方法的设备。例如在EP 1521 356 A2中已经公开了一种适宜的设备。这一文献提供了具有两组定子绕组的旋转电机。而且，在每种情况下为每组定子绕组提供一个关联转换器单元，目的在于向它馈送。在每种情况下为每个转换器单元提供一个关联调节装置，目的在于借助于驱动信号来驱动关联转换器单元。此外，提供测量装置，用于测量定子绕组的组的电流，所测量的电流供应给作用为所谓的“主”的关联调节装置，也就是将“主”调节装置的测量电流输入到作用为所谓的“从”的另一调节装置。所测量的电流经由数据线输入。响应于由“主”调节装置输入的电流，“从”调节装置然后将对应的驱动信号发射到它的关联转换器装置，也就是“从”调节装置的驱动信号依赖于表示基准的“主”调节装置的输入。
在EP 1 521 356 A2中，与用于操作旋转电机的方法和用于实现该方法的关联设备相关联的一个问题是如下事实：一个调节装置，具体为“从”调节装置，依赖于另一调节装置，具体为“主”调节装置。因此没有提供调节装置与其关联转换器单元的实际独立和冗余，并因此也没有提供对相应组定子绕组的电变量、尤其是每组定子绕组的电流的分离独立调节或影响。
发明内容
本发明的一个目的因此是提供一种用于操作旋转电机的方法，该方法使得对旋转电机的各组定子绕组的电变量的冗余和独立调节或影响成为可能。此外，需要提供如下的一种设备，该设备可以以很简单和鲁棒的方式并且在电路方面几乎没有复杂性地实现，而且该设备可以用来以特别简单的方式实现所述操作方法。这些目的分别通过权利要求1和6的特征来达到。本发明的有利展开在从属权利要求中提供。
该旋转电机具有至少两组定子绕组，并且每组定子绕组包括n相绕组，其中n≥3，为每组定子绕组提供一个关联的转换器单元，用于对该组定子绕组进行馈送。在根据本发明的操作方法中，关联的转换器单元现在对相应的组定子绕组进行馈送。根据本发明，现在测量每组定子绕组的至少n-1相绕组的电流。而且，为每个转换器单元提供一个关联的调节装置，每个转换器单元借助于关联的调节装置的驱动信号、独立于相应的其它转换器单元的调节装置来驱动。驱动信号根据每组定子绕组的测量电流在相应的调节装置中形成。由于根据本发明的方法的上述测量，相应组定子绕组的电变量，特别是每组定子绕组的电流，可以有利地分离地和独立地加以调节或影响，使得冗余调节或影响成为可能。因此可以有利地增加整个系统的可用性和维护友好性。
根据本发明用于实现操作旋转电机的方法的设备在每种情况下具有出于馈送目的为每组定子绕组提供的一个关联的转换器单元。根据本发明，现在提供测量装置，该测量装置用于测量每组定子绕组的至少n-1相绕组的电流。而且，为每个转换器单元提供一个关联的调节装置，目的在于借助于驱动信号、独立于相应的其它转换器单元的调节装置来驱动关联的转换器单元。为形成驱动信号，每个调节装置被供应每组定子绕组的测量电流。根据本发明的设备因此可以以很简单和鲁棒的方式并且在电路方面几乎没有复杂性地实现，对于根据本发明的方法则有可能使用根据本发明的设备以特别简单的方式来额外实现。由于独立于相应的其它转换器单元的调节装置来驱动关联的转换器单元的相应的调节装置，根据本发明的设备是冗余设计的，其结果是可以实现整个系统的高可用性和高度维护友好性。
在与附图相结合的本发明优选实施例的以下具体描述中，将公开本发明的这些和其它目的、优点及特征。
附图说明
在附图中：
图1示出了根据本发明的设备的第一实施例，该设备用于实现根据本发明的方法，该方法用于操作旋转电机，特别是同步机形式的旋转电机，
图2示出了图1中所示设备的调节装置的实施例，
图3示出了根据本发明的设备的第二实施例，该设备用于实现根据本发明的方法，该方法用于操作旋转电机，特别是异步机形式的旋转电机，以及
图4示出了图3中所示设备的调节装置的实施例。
在标号列表中摘要性地列出了附图中所用标号及其意义。大体上，同样的部分在图中提供有相同的标号。所述实施例通过举例来呈现本发明的主题并且不具有限制性作用。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的设备的第一实施例，该设备用于实现根据本发明的方法，该方法用于操作旋转电机1，尤其是同步机形式的旋转电机1。此外，图3示出了根据本发明的设备的第二实施例，该设备用于实现根据本发明的方法，该方法用于操作旋转电机1，尤其是异步机形式的旋转电机1。机器1具有至少两组定子绕组A、B，也就是多于两组定子绕组A、B也是可以设想的。每组定子绕组A、B典型地包括n相绕组，其中n≥3。在图1和3中所示的实施例中，示出了两组定子绕组A、B，每组定子绕组具有n＝3相绕组。如图1和图3中所示，在每种情况下，为每组定子绕组A、B提供一个关联转换器单元2。相应组定子绕组A、B由关联转换器单元2馈送。
在根据本发明的方法中，现在测量每组定子绕组A、B的至少n-1相绕组的电流iA1、iA2、iA3；iB1、iB2、iB3。在图1和图3中，测量每组定子绕组A、B的n＝3相绕组的电流iA1、iA2、iA3；iB1、iB2、iB3，但是仅测量n-1个电流iA1、iA2、iA3；iB1、iB2、iB3一般是足够的，这有利地导致了简化。此外，如图1和图3中所示，在每种情况下，为每个转换器单元2提供一个关联调节装置3，并且每个转换器单元2借助于关联调节装置3的驱动信号S、独立于相应的其它转换器单元2的调节装置3来驱动。此外，驱动信号S根据每组定子绕组A、B的测量电流iA1、iA2、iA3；iB1、iB2、iB3在相应调节装置3中形成。如图1和图3所示，为形成驱动信号S，每个调节装置3被供应每组定子绕组A、B的n＝3个测量电流iA1、iA2、iA3；iB1、iB2、iB3。然而，一般来说，为形成驱动信号S，每个调节装置3被供应每组定子绕组A、B的至少n-1个测量电流iA1、iA2、iA3；iB1、iB2、iB3。
由于根据本发明的方法的上述测量，相应组定子绕组A、B的电变量，尤其是每组定子绕组A、B的电流iA1、iA2、iA3；iB1、iB2、iB3和/或转换器单元2的相输出电压，可以有利地分离地和独立地加以调节或影响。对这些电流iA1、iA2、iA3；iB1、iB2、iB3或转换器单元2的相输出电压的冗余调节或影响因此成为可能。结果，可以有利地增加整个系统的可用性和维护友好性。此外，根据本发明的方法和根据本发明的设备使得对相应转换器单元2的所谓四象限操作成为可能。
而且，根据本发明的设备可以以很简单和鲁棒的方式并且在电路方面几乎没有复杂性地实现，对于根据本发明的方法则有可能使用根据本发明的设备以特别简化的方式来额外实现。由于独立于相应的其它转换器单元2的调节装置3来驱动关联转换器单元2的相应调节装置3，根据本发明的设备是冗余设计的，其结果是可实现整个系统的高可用性和高度维护友好性。此外，利用根据本发明的设备的根据本发明的方法使得对相应转换器单元2的所谓四象限操作成为可能。
如图1和图2中所示，电容性能量存储器8连接到相应转换器单元2。这有利地具有如下结果：每个转换器单元2例如可经由关联电容性能量存储器8从单独的DC电压系统来馈送，由此增大了冗余。可替选地，每个转换器单元2也可在每种情况下经由关联电容性能量存储器8和连接到相应电容性能量存储器8的整流器从单独的AC电压系统来馈送，这同样增大了冗余。此外，例如在电源系统中发生故障时，转换器单元2可利用来自旋转电机1的电能来馈送关联电容性能量存储器8，因此至少部分地补偿了连接到电容性能量存储器8的电源系统上的故障，而经由其关联电容性能量存储器8从单独的电源系统来馈送的另一转换器单元2对旋转电机1进行馈送并且因此继续驱动。当然也可以设想将各个电容性能量存储器8相互连接，或者使电容性能量存储器8以单个公共电容性能量存储器8的形式，然后转换器单元2连接于它。一般来说，根据本发明的设备和根据本发明的方法的上述冗余设计使得有可能例如出于维护目的而将转换器单元2断开并且在维护工作之后将其重新连接，而另一转换单元2连续操作并连续对旋转电机1进行馈送。
在同步机形式的旋转电机1的情况下，一般来说当前转矩值Mact和当前定子通量值Φact根据每组定子绕组A、B的测量电流iA1、iA2、iA3；iB1、iB2、iB3、根据连接到相应转换器单元2的电容性能量存储器8的DC电压UDC以及根据转子位置
Figure C20061008109000091
在相应调节装置3中形成。不需要场绕组并且因此也不需要场电流iF的这种同步机通常是永磁机。另一方面，如果在同步机中提供场绕组，则这对于根据本发明的方法意味着，除了上述物理变量之外，当前转矩值Mact和当前定子通量值Φact还根据同步机的场绕组的场电流iF来形成。关于这一点，图2示出了用于具有场绕组的同步机的图1中所示设备的调节装置3的一个实施例。在该图(图2)中，每个调节装置3具有计算单元5，用于根据每组定子绕组A、B的测量电流iA1、iA2、iA3；iB1、iB2、iB3、根据电容性能量存储器8的DC电压UDC、根据转子位置
Figure C20061008109000092
以及根据场电流iF来形成当前转矩值Mact和当前定子通量值Φact。如图2中所示，上述变量提供给计算单元5。将提及如下事实：转子位置
Figure C20061008109000093
可测量或者是计算出的变量。场电流iF和电容性能量存储器8的DC电压UDC在每种情况下是测量出的变量。正如已经提到的，有利的是，一般来说仅有必要测量每组定子绕组A、B的n-1个电流iA1、iA2、iA3；iB1、iB2、iB3。每组定子绕组A、B的相应未测量电流iA1、iA2、iA3；iB1、iB2、iB3可有利地根据测量电流iA1、iA2、iA3；iB1、iB2、iB3在计算单元5中计算。因此可为每组定子绕组A、B省去一个变流器，该变流器对于测量电流通常是需要的，但是昂贵、占空间而且也易受到故障影响。
根据该方法，驱动信号S通过将当前转矩值Mact调整到预定的基准转矩值Mref，以及通过将当前定子通量值Φact调整到预定的基准定子通量值Φref来产生。将提及如下事实：对于驱动信号S有可能借助于脉宽调制方法、借助于直接转矩控制方法(DTC)或者借助于使用经优化的脉冲图形的方法通过上述调节来产生。如图2中所示，出于这一目的，每个调节装置3具有调节单元6，用于将当前转矩值Mact调整到预定的基准转矩值Mref，以及用于将当前定子通量值Φact调整到预定的基准定子通量值Φref，通过该调节而产生的驱动信号S出现在调节单元6的输出。根据所产生的驱动信号S，每个转换器单元2因此遵循它的关联基准转矩值Mref和基准定子通量值Φref，因此有利地仅遵循它的分别关联的调节装置3的输入。
在异步机形式的旋转电机1的情况下，当前转矩值Mact和当前定子通量值Φact根据每组定子绕组A、B的测量电流iA1、iA2、iA3；iB1、iB2、iB3、根据连接到相应转换器单元2的电容性能量存储器8的DC电压UDC以及根据转子速度V在相应调节装置3中形成。关于这一点，图4示出了图3中所示设备的调节装置3的一个实施例。在该图(图4)中，每个调节装置3具有计算单元5，用于根据每组定子绕组A、B的测量电流iA1、iA2、iA3；iB1、iB2、iB3、根据电容性能量存储器8的DC电压UDC以及根据转子速度V来形成当前转矩值Mact和当前定子通量值Φact。如图4中所示，上述变量提供给计算单元5。将提及如下事实：转子速度V可测量且因此是测量出的变量。电容性能量存储器8的DC电压UDC同样是测量出的变量。正如针对同步机已经提到的，有利的是，一般来说仅有必要测量每组定子绕组A、B的n-1个电流iA1、iA2、iA3；iB1、iB2、iB3。每组定子绕组A、B的相应未测量电流iA1、iA2、iA3；iB1、iB2、iB3可有利地根据测量电流iA1、iA2、iA3；iB1、iB2、iB3在计算单元5中计算。因此可为每组定子绕组A、B省去一个变流器，该变流器对于测量电流通常是需要的，但是昂贵、占空间而且也易受到故障影响。
参照根据本发明的方法，驱动信号S通过将当前转矩值Mact调整到预定的基准转矩值Mref，以及通过将当前定子通量值Φact调整到预定的基准定子通量值Φref来产生，正如针对同步机在上面也提及的。将提及如下事实：对于驱动信号S有可能借助于脉宽调制方法、借助于直接转矩控制方法(DTC)或者借助于使用经优化的脉冲图形的方法通过上述调节来产生。如图4中所示，出于这一目的，每个调节装置3具有调节单元6，用于将当前转矩值Mact调整到预定的基准转矩值Mref，以及用于将当前定子通量值Φact调整到预定的基准定子通量值Φref，产生的驱动信号S由于该调节而出现在调节单元6的输出。根据所产生的驱动信号S，每个转换器单元2因此遵循它的关联基准转矩值Mref和基准定子通量值Φref，因此有利地也在异步机形式的旋转电机1的情况下仅遵循它的分别关联的调节装置3的输入。
标号列表
1    旋转电机
2    转换器单元
3    调节装置
4    测量装置
5    计算单元
6    调节单元
8    电容性能量存储器
A，B 旋转电机的定子绕组的组。

Claims (10)

1.一种用于操作旋转电机(1)的方法，该旋转电机(1)具有至少两组定子绕组(A，B)，并且每组定子绕组(A，B)包括n相绕组，其中n≥3，为每组定子绕组(A，B)提供一个关联的转换器单元(2)，
其中所述关联的转换器单元(2)对相应组定子绕组(A，B)进行馈送，
其特征在于：
测量每组定子绕组(A，B)的至少n-1相绕组的电流(iA1、iA2、iA3；iB1、iB2、iB3)，
为每个转换器单元(2)提供一个关联的调节装置(3)，并且每个转换器单元(2)借助于关联的调节装置(3)的驱动信号(S)、独立于相应的其它转换器单元(2)的调节装置(3)来驱动，以及
根据每组定子绕组(A，B)的测量电流(iA1、iA2、iA3；iB1、iB2、iB3)在相应的调节装置(3)中形成所述驱动信号(S)。
2.如权利要求1中所述的方法，其特征在于：在同步机形式的旋转电机(1)的情况下，根据每组定子绕组(A，B)的测量电流(iA1、iA2、iA3；iB1、iB2、iB3)、根据连接到相应的转换器单元(2)的电容性能量存储器(8)的DC电压(UDC)以及根据转子位置
Figure C2006100810900002C1
在相应的调节装置(3)中形成当前转矩值(Mact)和当前定子通量值(Φact)。
3.如权利要求2中所述的方法，其特征在于：还根据场电流(iF)来形成当前转矩值(Mact)和当前定子通量值(Φact)。
4.如权利要求1中所述的方法，其特征在于：在异步机形式的旋转电机(1)的情况下，根据每组定子绕组(A，B)的测量电流(iA1、iA2、iA3；iB1、iB2、iB3)、根据连接到相应的转换器单元(2)的电容性能量存储器(8)的DC电压(UDC)以及根据转子速度(V)，在相应的调节装置(3)中形成当前转矩值(Mact)和当前定子通量值(Φact)。
5.如权利要求2、3或4中的一个所述的方法，其特征在于：通过将当前转矩值(Mact)调整到预定的基准转矩值(Mref)，以及通过将当前定子通量值(Φact)调整到预定的基准定子通量值(Φref)来产生所述驱动信号(S)。
6.一种用于实现操作旋转电机(1)的方法的设备，该旋转电机(1)具有至少两组定子绕组(A，B)，并且每组定子绕组(A，B)包括n相绕组，其中n≥3，而且
具有出于馈送目的为每组定子绕组(A，B)提供的一个关联的转换器单元(2)，
其特征在于：
提供测量装置(4)，用于测量每组定子绕组(A，B)的至少n-1相绕组的电流(iA1、iA2、iA3；iB1、iB2、iB3)，
为每个转换器单元(2)提供一个关联的调节装置(3)，目的在于借助于驱动信号(S)、独立于相应的其它转换器单元(2)的调节装置(3)来驱动关联的转换器单元(2)，以及
为形成所述驱动信号(S)，每个调节装置(3)被供应每组定子绕组(A，B)的测量电流(iA1、iA2、iA3；iB1、iB2、iB3)。
7.如权利要求6中所述的设备，其特征在于：在同步机形式的旋转电机(1)的情况下，每个调节装置(3)具有计算单元(5)，该计算单元(5)用于根据每组定子绕组(A，B)的测量电流(iA1、iA2、iA3；iB1、iB2、iB3)、根据连接到相应的转换器单元(2)的电容性能量存储器(8)的DC电压(UDC)以及根据转子位置
Figure C2006100810900003C1
形成当前转矩值(Mact)和当前定子通量值(Φact)。
8.如权利要求7中所述的设备，其特征在于：用于形成当前转矩值(Mact)和当前定子通量值(Φact)的计算单元(5)还被供应场电流(iF)。
9.如权利要求6中所述的设备，其特征在于：在异步机形式的旋转电机(1)的情况下，每个调节装置(3)具有计算单元(5)，该计算单元(5)用于根据每组定子绕组(A，B)的测量电流(iA1、iA2、iA3；iB1、iB2、iB3)、根据连接到相应的转换器单元(2)的电容性能量存储器(8)的DC电压(UDC)以及根据转子速度(V)，形成当前转矩值(Mact)和当前定子通量值(Φact)。
10.如权利要求7、8或9中的一个所述的设备，其特征在于：每个调节装置(3)具有调节单元(6)，该调节单元(6)用于将当前转矩值(Mact)调整到预定的基准转矩值(Mref)，以及用于将当前定子通量值(Φact)调整到预定的基准定子通量值(Φref)，从所述调节单元(6)输出所述驱动信号(S)。
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