CN101320956B - 用于运行三相旋转电机的方法及实施该方法的设备 - Google Patents

用于运行三相旋转电机的方法及实施该方法的设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于运行三相旋转电机的方法及实施该方法的设备。具体地,本发明涉及一种用于运行三相旋转电机的方法,该电机具有至少两个定子绕组,且各定子绕组包括三个呈星形连接的相位线圈,且对于各定子绕组分别设有相关的逆变器单元,并且对于各逆变器单元分别设有相关的调节装置并通过相关调节装置的控制信号不依赖于其它逆变器单元的调节装置而控制各逆变器单元。在调节装置中通过将实际扭矩值调节到可预给出的基准扭矩值并将实际定子通量值调节到总基准定子通量值产生控制信号,并且由可预给出的基准定子通量值和差值定子通量值形成总基准定子通量值,由第一定子通量值和第二定子通量值计算差值定子通量值。并由此给出实施本发明方法的设备。

Description

用于运行三相旋转电机的方法及实施该方法的设备
技术领域
本发明涉及三相旋转电机的运行方法领域。其涉及用于运行三相旋转电机的方法以及用于实施根据本发明的方法的设备。
背景技术
现今,越来越需要和广泛地应用用于运行三相旋转电机的方法的设备。在例如EP1521356A2中公开了一种合适的设备。其中公开了具有两个定子绕组(Statorwicklungssatz)的旋转电机。此外,为了各定子绕组的供能,分别设有相关(zugehoerig)逆变器单元(Umrichtereinheit)。对于逆变器单元,设有通过控制信号(Ansteuersignal)而用于控制相关逆变器单元的相关调节装置(Regelungseinrichtung)。此外,设有用于测量定子绕组电流的测量器件,相关调节装置的被测电流导入其中,其中该调节装置用作所谓的“主机”,也就是说,被测电流导入其它(用作所谓的“从”调节装置的)调节装置的主调节装置。预定量,即被测电流,通过数据引线而实现。在由主调节装置预先给出的电流上,从调节装置将相应的控制信号给到相关的逆变器设备,也就是说从调节装置的控制信号依赖于主调节装置的预定量,该预定量就是基准。
在EP1732204A1中给出了一种方法用于运行旋转电机的方法,在该方法中各定子绕组由相关的逆变器单元供能。为了可以实现冗余和独立地调节和作用旋转电机各定子绕组的电参数测量各定子绕组的至少n-1相相位线圈(Phasenwicklung)电流。对于各逆变器单元分别设有相关的调节装置,并且通过相关调节装置的控制信号不依赖于其它逆变器单元的调节装置地控制各逆变器单元。此外,在各调节装置中的控制信号由各定子绕组的被测电流形成。
进一步地,在EP1521356A2和EP1732204A1中的旋转电机的定子绕组典型地分别以星形的形式连接,其中定子绕组的星形电路相互具有30度的电相位位移(附图:YY30)。在这种旋转电机中的出现的一种不希望的现象是,在这两个定子绕组中出现相对于定子电流基波5次和7次定子电流谐波,通常的相对于定子电流基波的k次定子电流谐波,其中k=6n+/-1并且n=1,3,5,...。该定子电流谐波其消极作用,并因此不能接受该谐波。
发明内容
本发明的目的在于,给出一种用于运行三相旋转电机的方法,该方法减少在旋转电机的这两个定子绕组中的相对于定子电流基波的k次定子电流谐波,其中k=6n+/-1,并且n=1,3,5,...。此外,给出了一种设备,这种设备可以简单、坚固耐用并仅利用较少的电路耗费来实现,并且利用该设备可以简单地实施运行本发明的方法。
三相旋转电机具有两个定子绕组,其中各定子绕组包括三个呈星形连接(in Sternschaltung geschaltet)的相位线圈,并且定子绕组的星形电路(Stern-schaltungen)相互具有30度的电相延迟,而且对于各定子绕组分别设有相关的逆变器单元。在根据本发明的方法中,各定子绕组由相关的逆变器单元供能,其中对于各逆变器单元,分别设有相关的调节装置,而且通过相关的调节装置的控制信号不依赖于其它逆变器单元的调节单元地来控制各逆变器单元。根据本发明,对于各调节装置,通过调节将实际扭矩值调节到预给出的基准扭矩值(Referenzdrehmomentwert)并且通过将实际的定子通量值调节到总基准定子通量值(Gesamtreferenzstatorflusswert)在调节装置中产生控制信号,并且对于各相关的调节装置,由可预给出的基准定子通量值(Referenzstatorflusswert)和差值定子通量值来形成总基准定子通量值,其中由第一定子通量值和第二定子通量值的差值来计算差值定子通量值(Differenzstatorflusswert)。通过本发明方法的上述措施可以减小在旋转电机的两个定子绕组中的相对于定子电流基波的k次定子电流谐波,其中k=6n+/-1,并且n=1,3,5,...。
根据本发明用于实施运行三相旋转电机的方法的设备具有为了给各定子绕组供能而设置的相关逆变器单元,并且分别具有为了各逆变器单元而设置的调节装置,其用于通过其控制信号而不依赖于其它逆变器单元的调节装置地来控制相关逆变器单元。根据本发明,各调节装置具有调节器单元,其用于将相关实际扭矩值调节到可预给出的基准扭矩值并且将相关实际定子通量值调节到可预给出的基准定子通量值,其中,在调节器单元的出口存在有控制信号。各调节装置还具有第一计算单元,其用于由可预给出的基准定子通量值和差值定子通量值来形成相关的总基准定子通量值。此外,各调节装置具有差值形成器,其用于由第一定子通量值和第二定子通量值来计算相关的差值定子通量值。因此,可以简单、牢固耐用并且利用较少电路耗费地实现本发明的设备,其中利用根据本发明的设备可以尤其简单地实施根据本发明的方法。通过各调节装置,其用于不依赖于各其它逆变器单元的调节装置地来控制相关的逆变器单元,根据本发明的设备冗余地形成,由此可以使整个系统达到较高的可用性和较好的可维护性。此外,用于实施根据本发明方法的根据本发明设备通过调节装置减小在旋转电机的两个定子绕组中的相对于定子电流基波的k次定子电流谐波,其中k=6n+/-1,并且n=1,3,5,...。
由对本发明优选实施例的详细说明并参考附图可以看出本发明的这些的和其它的目的、优点和特征。
附图说明
其中:
图1显示了用于实施本发明方法的本发明设备的第一实施例,该方法用于运行旋转电机,尤其用于作为同步电机而实现的旋转电机,
图2显示了对于一个定子绕组的根据图1的设备的调节装置的实施例,而
图3显示了对于其它定子绕组的根据图1的设备的调节装置的实施例,
在附图中应用的参考标号和其意义在参考标号列表中总结列出。在图中相同的部分基本上设有相同的参考标号。所述实施例是本发明内容的示例性说明,而不是起到限制本发明的作用。
参考标记列表:
1      三相旋转电机
2,13  逆变器单元
3A,3B  调节装置
4A,4B  测量器件
5     第二计算单元
6     第三计算单元
7     差值形成器
8     第一计算单元
9     第四计算单元
10    第五计算单元
11    调节器单元
12,14容性能量存储器
A,B  旋转电机的定子绕组
具体实施方式
图1显示了用于实施本发明方法的本发明设备的第一实施例,该方法用于运行旋转电机,尤其用于运行作为同步电机而实现的旋转电机。电机1具有两个定子绕组A,B,其中每个定子绕组A,B包括三个呈星形连接的相位线圈,并且定子绕组A,B的星形电路相互具有30度的电相位位移,并且对于每个定子绕组A,B都分别设有相关的逆变器单元2,13。各定子绕组A,B由相关的逆变器单元2,13供能。根据本方法对于各逆变器单元2,13分别设有相关的调节装置3A,3B,其中通过相关调节装置3A,3B的控制信号SA,SB不依赖于其它逆变器单元2,13的调节装置3A,3B地来控制各逆变器单元2,13。
根据本发明,对于调节装置3A,3B,通过将实际扭矩值MistA,MistB调节到可预给出的基准扭矩值MrefA,MrefB并且通过将实际定子通量值ψistA,ψistB调节到总基准定子通量值ψref,gesA,ψref,gesB来在调节装置3A,3B中产生控制信号SA,SB,并且再次对于调节装置3A,3B,总基准定子通量值ψref,gesA,ψref,gesB由可预给出的基准定子通量值ψrefA,ψrefB和差值定子通量值ψεA,ψεB形成,其中,差值定子通量值ψεA,ψεB由第一定子通量值ψ1A,ψ1B和第二定子通量值ψ2A,ψ2B的差值而计算出。通过本发明方法的上述措施可以有利地减小在旋转电机的定子绕组A,B中的相对于定子电流基波的k次定子电流谐波,其中,k=6n+/-1并且n=1,3,5,...。
根据本发明的方法,对于调节装置3A,3B,第一定子通量值ψ1A,ψ1B有利地由与各相关逆变器单元2,13连接的根据图1的容性能量存储器12,14的直流电压UDCA,UDCB、各相关定子绕组A,B的第一定子电流i1A,i1B和各相关定子绕组A,B的第二定子电流i2A,i2B(尤其根据电压模式)来形成。而且,对于调节装置3A,3B第二定子通量值ψ2A,ψ2B由各定子绕组A,B的第一定子电流i1A,i1B和各定子绕组A,B的第二定子电流i2A,i2B(尤其根据电流模式)而形成。
各定子绕组A,B的三相位线圈的电流i1A,i1B,i2A,i2B根据图1通过测量器件4A,4B测量。通过这样形成的定子通量值ψ1A,ψ1B,ψ2A,ψ2B和由此形成的差值定子通量值ψεA,ψεB可以在旋转电机机1的定子绕组A,B中而以简单的方式减小上述相对于定子电流基波的定子电流谐波。
在作为同步电机而实现的旋转电机1中,对于各调节装置3A,3B,第二定子通量值ψ2A,ψ2B还由转子位置
Figure GSB00000553812300051
(极角位置)和励磁电流iE形成。如果像在永磁励磁同步电机中那样没有励磁线圈存在,则不需要用于形成第二定子通量值ψ2的励磁电流iE。值得一提的是,可以测量或者计算转子位置
Figure GSB00000553812300061
励磁电流iE和各容性能量存储器12,14的直流电压UDCA,UDCB都是测量量。
此外,在作为同步电机而实现的旋转电机1中,对于各调节装置3A,3B,总基准定子通量值ψref,gesA,ψref,gesB还由修正值WA,WB形成,其中,修正值WA,WB依赖于可预给出的基准定子通量值ψrefA,ψrefB、可预给出的基准扭矩值MrefA,MrefB、转子频率ω或定子频率ω。
修正值WA,WB通常——也就是说,并未指出关于调节装置3A,3B的应用参量——根据下式形成:
W ( &omega; , M ref , &psi; ref ) = ( 1 - &omega; &omega; nom ) 2 &CenterDot; ( 1 + M ref M max ) &omega; < p &CenterDot; &omega; nom ( 1 - p &CenterDot; &omega; nom &omega; nom ) 2 &CenterDot; ( 1 + M ref M max ) p &CenterDot; &omega; nom < &omega; < &omega; nom ( 1 - p &CenterDot; &omega; nom &omega; nom ) 2 &CenterDot; ( 1 + M ref M max ) &CenterDot; ( &psi; nom &psi; ref ) k 2 &omega; > &omega; nom
其中,ω是转子频率或者是定子频率,ωnom是相关的额定转子频率或者是额定定子频率,MMAX是最大允许的扭矩值,Ψnom是额定定子通量值,p是第一可调整权重参数,k2是第二可调整权重参数。那么,根据下式来形成总基准定子通量值ψref,ges(同样并未指出关于调节装置3A,3B的应用参量):
Ψref,ges=(Ψε·(1-W))+Ψref
对于各调节装置3A,3B,实际定子通量值ψistA,ψistB由第一定子通量值ψ1A,ψ1B、第二定子通量值ψ2A,ψ2B、差值定子通量值ψεA,ψεB和修正值WA,WB形成。此外,对于各调节装置3A,3B,实际扭矩值MistA,MistB由实际定子通量值ψistA,ψistB、各相关定子绕组A,B的第一定子电流i1A,i1B和各相关定子绕组A,B的第二定子电流i2A,i2B形成。
根据图1,用于实施上面详细说明的本发明方法的本发明设备分别包括用于供能各定子绕组A,B而设置的相关的逆变器单元2,13、为各逆变器单元2,13设有的相关的调节装置3A,3B,其用于通过控制信号SA,SB以不依赖于其它各逆变器单元2,13的调节装置3A,3B的方式来控制相关的逆变器单元2,13。根据本发明,各调节装置3A,3B——根据在图2和图3中显示的调节装置3A,3B,尤其参考根据图1的设备的相关定子绕组A,B——而具有调节器单元11,其用于将相关的实际扭矩值MistA,MistB调节到可预给出的基准扭矩值MrefA,MrefB上,并且将相关的实际定子通量值ψistA,ψistB调节到可预给出的总基准定子通量值ψref,gesA,ψref,gesB上,其中在调节器单元11的出口处的是控制信号SA,SB。此外,各调节装置3A,3B具有计算单元8,其用于由可预给出的基准定子通量值ψrefA,ψrefB和差值定子通量值ψεA,ψεB形成相关的总基准定子通量值ψref,gesA,ψref,gesB,其中,各调节装置3A,3B还具有差值形成器7,其用于由第一定子通量值ψ1A,ψ1B和第二定子通量值ψ2A,ψ2B计算相关的差值定子通量值ψεA,ψεB。因此,本发明的设备可以简单地构造并实现,并且非常牢固耐用,其中,本发明的方法可以利用本发明的设备而尤其简单地实施。通过各调节装置3A,3B——其用于以不依赖于其它各逆变器单元2,13的调节装置3A,3B的方式来控制各相关逆变器单元2,13——而冗余地来形成本发明设备,由此得到整个系统的较高的可用性和较好的易于维护性。此外,用于实施本发明方法的本发明设备可以通过调节装置3A,3B减小在旋转电机的定子绕组A,B中的相对于定子电流基波的k次n定子电流谐波,其中,k=6n+/-1并且n=1,3,5,...。
根据图2和图3各定子绕组A,B有利地具有第二计算单元5,其用于由与各相关的逆变器单元2,13连接的容性能量存储器12,14的直流电压UDCA,UDCB、各相关定子绕组A,B的第一定子电流i1A,i1B和各相关定子绕组A,B的第二定子电流i2A,i2B来形成相关的第一定子通量值ψ1A,ψ1B。进一步地,各调节装置3A,3B根据图2和图3有利地具有第三计算单元6,其用于由各定子绕组A,B的第一定子电流i1A,i1B和各定子绕组A,B的第二定子电流i2A,i2B来形成相关的第二定子通量值ψ2A,ψ2B
在作为同步电机来形成的三相旋转电机1中,对于各调节装置3A,3B,第三计算单元6还由转子位置和励磁电流iE来形成第二定子通量值ψ2A,ψ2B,其中转子位置和励磁电流iE引入第三计算单元6,尤其如图2和图3显示的那样。
此外,在作为同步电机来形成的三相旋转电机1中,对于各调节装置3A,3B,第一计算单元8还由修正值WA,WB形成总基准定子通量值ψref,gesA,ψref,gesB,其中,修正值WA,WB依赖于可预给出的基准定子通量值ψrefA,ψrefB、可预给出的基准扭矩值MrefA,MrefB、转子频率ω或定子频率ω,并且可预给出的基准定子通量值ψrefA,ψrefB、可预给出的基准扭矩值MrefA,MrefB和转子频率ω或定子频率ω引入第一计算单元8。在第一计算单元8中根据对于修正值W普遍适用的上述公式有利地形成各修正值WA,WB并根据对于总基准定子通量值ψref,ges普遍适用的上述公式形成各总基准定子通量值ψref,gesA,ψref,gesB
根据图2和图3,各调节装置3A,3B具有第四计算单元,其用于由第一定子通量值ψ1A,ψ1B、第二定子通量值ψ2A,ψ2B、差值定子通量值ψεA,ψεB和修正值WA,WB来形成相关的实际定子通量值ψistA,ψistB。此外,各调节装置3还具有第五计算单元,其用于由实际定子通量值(ψistA,ψistB)、各相关定子绕组(A,B)的第一定子电流(i1A,i1B)和各相关定子绕组(A,B)的第二定子电流(i2A,i2B)来形成所述相关实际扭矩值(MistA,MistB)。

Claims (12)

1.一种用于运行三相旋转电机(1)的方法,所述电机(1)具有两个定子绕组(A,B),并且各所述定子绕组(A,B)包括三个呈星形连接的相位线圈,而且所述定子绕组(A,B)的星形电路相互具有30度的电相位位移,并且分别设有用于各所述定子绕组(A,B)的相关逆变器单元(2,13),
其中,各所述定子绕组(A,B)由所述相关逆变器单元(2,13)供能,
且其中,分别设有用于各所述逆变器单元(2,13)的相关调节装置(3A,3B),并且通过所述相关调节装置(3A,3B)的控制信号(SA,SB)以不依赖于各其它逆变器单元(2,13)的调节装置(3A,3B)的方式来控制各所述逆变器单元(2,13),
其特征在于,
对于各所述调节装置(3A,3B),所述控制信号(SA,SB)在所述调节装置(3A,3B)中通过将实际扭矩值(MistA,MistB)调节到可预给出的基准扭矩值(MrefA,MrefB),并将实际定子通量值(ψistA,ψistB)调节到总基准定子通量值(ψref,gesA,ψref,gesB)而产生,以及
对于各所述调节装置(3A,3B),所述总基准定子通量值(ψref,gesA,ψref,gesB)由可预给出的基准定子通量值(ψrefA,ψrefB)和差值定子通量值(ψεA,ψεB)而形成,其中,所述差值定子通量值(ψεA,ψεB)由第一定子通量值(ψ1A,ψ1B)和第二定子通量值(ψ2A,ψ2B)的差值来计算。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,对于各所述调节装置(3A,3B),所述第一定子通量值(ψ1A,ψ1B)由与各所述相关逆变器单元(2,13)连接的容性能量存储器(12,14)的直流电压(UDCA,UDCB)、各相关定子绕组(A,B)的第一定子电流(i1A,i1B)和各相关定子绕组(A,B)的第二定子电流(i2A,i2B)而形成,
而对于各所述调节装置(3A,3B),所述第二定子通量值(ψ2A,ψ2B)由各定子绕组(A,B)的所述第一定子电流(i1A,i1B)和各定子绕组(A,B)的所述第二定子电流(i2A,i2B)形成。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,在作为同步电机而实现的三相旋转电机(1)中,对于各所述调节装置(3A,3B),所述第二定子通量值(ψ2A,ψ2B)还由转子位置
Figure FSB00000841434400021
和励磁电流(iE)形成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法,其特征在于,在作为同步电机而实现的三相旋转电机(1)中,对于各所述调节装置(3A,3B),所述总基准定子通量值(ψref,gesA,ψref,gesB)还由修正值(WA,WB)形成,其中,所述修正值(WA,WB)依赖于所述可预给出的基准定子通量值(ψrefA,ψrefB)、所述可预给出的基准扭矩值(MrefA,MrefB)、转子频率(ω)或定子频率(ω)。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,对于各所述调节装置(3A,3B),所述实际定子通量值(ψistA,ψistB)由所述第一定子通量值(ψ1A,ψ1B)、所述第二定子通量值(ψ2A,ψ2B)、所述差值定子通量值(ψεA,ψεB)和所述修正值(WA,WB)形成,其中,所述修正值(WA,WB)依赖于所述可预给出的基准定子通量值(ψrefA,ψrefB)、所述可预给出的基准扭矩值(MrefA,MrefB)、所述转子频率(ω)或所述定子频率(ω)。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,对于各所述调节装置(3A,3B),所述实际扭矩值(MistA,MistB)由所述实际定子通量值(ψistA,ψistB)、各相关定子绕组(A,B)的第一定子电流(i1A,i1B)和各相关定子绕组(A,B)的第二定子电流(i2A,i2B)形成。
7.一种用于实施运行三相旋转电机(1)的方法的设备,所述电机(1)具有至少两个定子绕组(A,B),并且各所述定子绕组(A,B)包括三个呈星形连接的相位线圈,并且所述定子绕组(A,B)的星形电路相互具有30度的电相位位移,
分别具有用于各所述定子绕组(A,B)的为供能而设置的相关逆变器单元(2,13),且
分别具有为各所述逆变器单元(2,13)而设置的相关调节装置(3A,3B),用于通过控制信号(SA,SB)而以不依赖于各其它逆变器单元(2,13)的调节装置(3A,3B)的方式来控制所述相关逆变器单元(2,13),
其特征在于,
各所述调节装置(3A,3B)具有调节器单元(11),用于将相关实际扭矩值(MistA,MistB)调节到可预给出的基准扭矩值(MrefA,MrefB),并且将相关实际定子通量值(ψistA,ψistB)调节到可预给出的总基准定子通量值(ψref,gesA,ψref,gesB),其中,在所述调节器单元(11)的出口处存在有所述控制信号(SA,SB),
各所述调节装置(3A,3B)具有第一计算单元(8),其用于由可预给出的基准定子通量值(ψrefA,ψrefB)和差值定子通量值(ψεA,ψεB)来形成相关总基准定子通量值(ψref,gesA,ψref,gesB),以及
各所述调节装置(3A,3B)还具有差值形成器(7),其用于由第一定子通量值(ψ1A,ψ1B)和第二定子通量值(ψ2A,ψ2B)来计算相关差值定子通量值(ψεA,ψεB)。
8.根据权利要求7所述的设备,其特征在于,各所述调节装置(3A,3B)具有第二计算单元(5),其用于由与各所述相关逆变器单元(2,13)连接的容性能量存储器(12,14)的直流电压(UDCA,UDCB)、各相关定子绕组(A,B)的第一定子电流(i1A,i1B)和各相关定子绕组(A,B)的第二定子电流(i2A,i2B)来形成相关第一定子通量值(ψ1A,ψ1B),
各所述调节装置(3A,3B)具有第三计算单元(6),其用于由各定子绕组(A,B)的所述第一定子电流(i1A,i1B)和各定子绕组(A,B)的所述第二定子电流(i2A,i2B)来形成相关第二定子通量值(ψ2A,ψ2B)。
9.根据权利要求8所述的设备,其特征在于,在作为同步电机而实现的三相旋转电机(1)中,对于各所述调节装置(3A,3B),第三计算单元(6)还由转子位置和励磁电流(iE)来形成所述相关第二定子通量值(ψ2A,ψ2B),其中所述转子位置
Figure FSB00000841434400032
和所述励磁电流(iE)被引入所述第三计算单元(6)。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的设备,其特征在于,在作为同步电机来形成的所述三相旋转电机(1)中,对于各所述调节装置(3A,3B),所述第一计算单元(8)还由修正值(WA,WB)来形成所述相关总基准定子通量值(ψref,gesA,ψref,gesB),其中,修正值(WA,WB)依赖于所述可预给出的基准定子通量值(ψrefA,ψrefB)、所述可预给出的基准扭矩值(MrefA,MrefB)、转子频率(ω)或定子频率(ω),并且所述可预给出的基准定子通量值(ψrefA,ψrefB)、所述可预给出的基准扭矩值(MrefA,MrefB)、所述转子频率(ω)或所述定子频率(ω)被引入所述第一计算单元(8)。
11.根据权利要求10所述的设备,其特征在于,各所述调节装置(3A,3B)具有第四计算单元(9),其用于由所述第一定子通量值(ψ1A,ψ1B)、所述第二定子通量值(ψ2A,ψ2B)、所述差值定子通量值(ψεA,ψεB)和所述修正值(WA,WB)来形成所述相关实际定子通量值(ψistA,ψistB),其中所述修正值(WA,WB)依赖于所述可预给出的基准定子通量值(ψrefA,ψrefB)、所述可预给出的基准扭矩值(MrefA,MrefB)、所述转子频率(ω)或所述定子频率(ω)。
12.根据权利要求7所述的设备,其特征在于,各所述调节装置(3A,3B)具有第五计算单元(10),其用于由所述相关实际定子通量值(ψistA,ψistB)、各相关定子绕组(A,B)的第一定子电流(i1A,i1B)和各相关定子绕组(A,B)的第二定子电流(i2A,i2B)来形成所述相关实际扭矩值(MistA,MistB)。
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