CN101414801A - 用于测定他励旋转电机的转子位置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定他励旋转电机的转子位置的方法，该电机具有定子绕组和转子绕组，在该方法中，定子绕组由所属的换向器单元供电而转子绕组由所属的激励器单元供电。首先，定子绕组借助于换向器单元而短路，然后，借助于激励器单元向转子绕组供应激励电压信号(Uerr)，该激励电压信号(Uerr)具有从可调节的第一电压值(U1)到可调节的第二电压值(U2)的变化，此外，在定子绕组的每个线圈中确定定子电流(Isa，Isb，Isc)，并且，基于定子电流(Isa，Isb，Isc)的空间矢量变换的x分量(Isx)并基于定子电流(Isa，Isb，Isc)的空间矢量变换的y分量(Isy)而计算出转子位置角度(θ)。

Description

用于测定他励旋转电机的转子位置的方法

技术领域

本发明涉及旋转电机的运行方法的领域。其基于根据独立权利要求的前序部分所述的、用于他励旋转电机的磁通量角度的测定和/或转子位置的测定的方法。

背景技术

现今通用的他励旋转电机、例如同步电机，具有定子绕组和转子绕组，其中，该定子绕组通常由所属的换向器单元供电而该转子绕组由激励器单元供电以建立磁激励。当今，这种旋转电机的转子位置主要通过轴编码器来测定，该轴编码器提供所希望的转子位置，即转子的静止状态中的转子位置角度，和磁通量角度。通常，为对电机进行调控，需要关于转子的位置的知识和/或关于磁通量矢量的位置的知识，以作为多个通用的输入参量中的某一个输入参量。但是，轴编码器相当容易受到机械载荷的影响并相应地经常失效或提供有误的转子位置角度值。此外，装配成本较高，因为轴编码器必须被安装在电机上且布线也必须被安装在电机上，这是劳动密集且成本密集的。此外，必须不断地对这样的轴编码器进行保养，这意味着额外的费用。

发明内容

因此，本发明的目的在于，给出一种用于测定他励旋转电机的转子位置的方法，该方法可相当简单地实现且鲁棒性好，并且不需要轴编码器。该目的通过权利要求1的特征而实现。在从属权利要求给出了本发明的有利的改进方案。

在根据本发明的、用于他励旋转电机转子位置的测定的方法中，该电机具有定子绕组和转子绕组，其中，该定子绕组由所属的换向器单元供电，而该转子绕组由所属的激励器单元供电。根据本发明，首先定子绕组借助于换向器单元而短路。然后，借助于该激励器单元向该转子绕组提供激励电压信号，这个激励电压信号具有从可调节的第一电压值到可调节的第二电压值的变化。此外，在定子绕组的每个线圈中确定定子电流，并且，基于定子电流的空间矢量变换的x分量并基于定子电流的空间矢量变换的y分量而计算出转子位置角度，其显示了所要求出的转子位置。

因此，按照根据本发明的方法所进行的对他励旋转电机转子位置的测定，有利地无需使用轴编码器(因而也就避免了轴编码器的所有缺点)就可进行，由此，总体上获得了相当易于实现且鲁棒性好的、用于测定他励旋转电机的转子位置的方法。在转子的静止状态中，或在转动得相当慢的转子中，根据本发明的方法尤其地适用。

附图说明

联系附图、从下列对本发明的优选实施形式的详细描述中，可以看出本发明的这些目的、优点和特征以及其它的目的、优点和特征。

其中：

图1显示了在根据本发明的方法中，他励旋转电机的转子绕组处的激励电压信号的第一时间历程，

图2显示了在根据本发明的方法中，他励旋转电机的转子绕组处的激励电压信号的第二时间历程，

图3显示了在根据本发明的方法中，他励旋转电机的转子绕组处的激励电压信号的第三时间历程，而

图4显示了在根据本发明的方法中，他励旋转电机的转子绕组处的激励电压信号的第四时间历程。

基本上，在附图中，类似的部分以类似的参考标号来标识。

具体实施方式

在根据本发明的、用于他励旋转电机转子位置的测定的方法中，该电机具有定子绕组和转子绕组，其中，该定子绕组由所属的换向器单元供电，而该转子绕组由所属的激励器单元供电。这样的他励旋转电机例如为同步电机，然而，任何其它形式的他励旋转电机同样是可以设想的。不仅定子绕组还包括转子绕组，都例如地具有三个线圈，然而，更多线圈或更少的线圈同样是可以设想的。根据本发明，首先定子绕组借助于换向器单元而短路。这是通过对换向器单元的可控式大功率半导体开关的相应的控制而进行的。然后，借助于该激励器单元向该转子绕组供应激励电压信号Uerr，这个激励电压信号Uerr具有从可调节的第一电压值U1到可调节的第二电压值U2的变化。该变化，也就是说，该激励电压信号Uerr的历程中的瞬态过程，在定子绕组的每个线圈中引起了定子电流Isa，Isb，Isc。此外，在定子绕组的每一个线圈中定子电流Isa，Isb，Isc被确定。举例而言，在三个定子线圈的情况下，该确定优选地通过以下方式来进行，即，测量两个定子电流Isa，Isb，并且基于测得的这两个定子电流Isa，Isb而计算第三个定子电流Isc。毫无疑问地，全部的定子电流Isa，Isb，Isc同样也可以都通过测量而被确定。随后，基于定子电流Isa，Isb，Isc的空间矢量变换的x分量并基于定子电流Isa，Isb，Isc的空间矢量变换的y分量而计算出转子位置角度θ，然后，该转子位置角度显示了所要求出的转子位置或磁通量矢量的位置。

因此，按照根据本发明的方法所进行的对他励旋转电机转子位置的测定有利地无需使用轴编码器(因而也就避免了轴编码器的所有缺点)就可进行，由此，总体上可取得相当易于实现且鲁棒性好的、用于测定转子位置的方法。在转子的静止状态中，或在转动得相当慢的转子中，根据本发明的方法尤其地适用。

一般来说，三个参量a，b，c的空间矢量变换通常地如下地定义：

$x=\frac{2}{3}(a-\frac{b+c}{2})$

$y=\frac{b-c}{\sqrt{3}},$

其中，x是参量a，b，c的空间矢量变换的x分量，而y是参量a，b，c的空间矢量变换的y分量。

现在，如果该第一电压值U1小于该第二电压值U2，则优选地，基于定子电流Isa，Isb，Isc的空间矢量变换的x分量Isx并基于定子电流Isa，Isb，Isc的空间矢量变换的y分量Isy、根据下列公式

$\mathrm{\θ}=\arctan \left(\frac{\mathrm{Isy}}{\mathrm{Isx}}\right)+\mathrm{\π}$

而计算出该转子位置角度θ。

对此，在图1中显示了在根据本发明的方法中的他励旋转电机的转子绕组处的激励电压信号Uerr的第一时间历程，而在图3中显示了在根据本发明的方法中的他励旋转电机的转子绕组处的激励电压信号Uerr的第三时间历程，其中，该第一电压值U1小于该第二电压值U2。

与之相反，如果该第一电压值U1大于该第二电压值U2，则优选地，基于定子电流Isa，Isb，Isc的空间矢量变换的x分量Isx并基于定子电流Isa，Isb，Isc的空间矢量变换的y分量Isy，根据该公式：

$\mathrm{\θ}=\arctan \left(\frac{\mathrm{Isy}}{\mathrm{Isx}}\right)$

而计算出该转子位置角度θ。

对此，在图2中显示了在根据本发明的方法中的他励旋转电机的转子绕组处的激励电压信号Uerr的第二时间历程，而在图4中显示了在根据本发明的方法中的他励旋转电机的转子绕组处的激励电压信号Uerr的第四时间历程，其中，该第一电压值U1大于该第二电压值U2。因此，可以想象，上面所述的转子位置角度θ的计算是简单且毫无问题地可被实现的，例如作为用于数字信号处理器的软件程序中的计算程序而实现。

被证实尤其有利的是，该第一电压值U1设定为0V而该第二电压值U2设定为额定激励电压值。同样可以设想的是，该第一电压值U1设定为额定激励电压值而该第二电压值U2设定为0V。

按照图1和图2中的激励电压信号Uerr的时间历程，从第一电压值U1到第二电压值U2的变化优选地以基本呈阶跃状的形式进行。按照图3和图4中的激励电压信号Uerr的时间历程，从第一电压值U1到第二电压值U2的变化优选地以基本呈斜坡状的方式进行。上面所述的激励电压信号Uerr的时间历程中的阶跃状的变化和斜坡状的变化有利地无需高昂费用就可得以实现，由此也就可以相当简单地被实现。除了该阶跃状的变化和/或斜坡状的变化之外，不言而喻地，其它的瞬态过程或稳定的历程(它们具有从第一电压值U1到第二电压值U2的变化)同样是可以设想的。

Claims (7)

1、一种用于确定他励旋转电机的转子位置的方法，该电机具有定子绕组和转子绕组，

其中，所述定子绕组由所属的换向器单元供电而所述转子绕组由所属的激励器单元供电，

其特征在于，

所述定子绕组借助于所述换向器单元而短路，

借助于所述激励器单元向所述转子绕组供应激励电压信号(Uerr)，所述激励电压信号(Uerr)具有从可调节的第一电压值(U1)到可调节的第二电压值(U2)的变化，

在所述定子绕组的每一个线圈中确定定子电流(Isa，Isb，Isc)，

基于定子电流(Isa，Isb，Isc)的空间矢量变换的x分量(Isx)并基于定子电流(Isa，Isb，Isc)的空间矢量变换的y分量(Isy)而计算出转子位置角度(θ)。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果所述第一电压值(U1)小于所述第二电压值(U2)，则基于定子电流(Isa，Isb，Isc)的空间矢量变换的x分量(Isx)和定子电流(Isa，Isb，Isc)的空间矢量变换的y分量(Isy)，按照公式

$\mathrm{\θ}=\arctan \left(\frac{\mathrm{Isy}}{\mathrm{Isx}}\right)+\mathrm{\π}$

计算出所述转子位置角度(θ)。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果所述第一电压值(U1)大于所述第二电压值(U2)，则基于定子电流(Isa，Isb，Isc)的空间矢量变换的x分量(Isx)和定子电流(Isa，Isb，Isc)的空间矢量变换的y分量(Isy)，按照公式

$\mathrm{\θ}=\arctan \left(\frac{\mathrm{Isy}}{\mathrm{Isx}}\right)$

计算出所述转子位置角度(θ)。

4、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一电压值(U1)设定为0V而所述第二电压值(U2)设定为额定激励电压值。

5、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一电压值(U1)设定为额定激励电压值而所述第二电压值(U2)设定为0V。

6、根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，从所述第一电压值(U1)到所述第二电压值(U2)的变化以基本呈阶跃状的方式进行。

7、根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，从所述第一电压值(U1)到所述第二电压值(U2)的变化以基本呈斜坡状的方式进行。

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