CN101427458A - 电机控制 - Google Patents

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Abstract

一种借助三相控制器来控制三相电动机的电流的方法，包括调节触发角以便脱离其中出现直流分量的触发角范围。

Description

电机控制
技术领域
本发明主要地涉及一种用于减少电动机的负载电流中直流分量的影响的方法。
背景技术
用于包括半导体元件的电动机，如异步电动机的起动器被使用已有时日。通过控制在一相、两相或者三相中向电机施加的电压，在起动和停止操作过程中实现了减少向电机提供的转矩和电流。使用相栅或者触发角(firing angle)作为对供应到电机的能量数量的测量。极性交替的半周期电流流过连接到三相控制器输出的负载，其中存在无电流流过并且由在每两个相继半周期电流之间的相栅来确定的时间间隔。
三相控制器通常具有称之为反并联配置的背对背并联连接的三对半导体元件，如闸流管。由于闸流管成为决定成本的因素，所以也使用仅有两对闸流管的三相控制器。在这些所谓的两相式三相控制器中，其余的第三相的形式为不可切换的导体。
然而，在该控制限于三相中的仅两相时，出现例如电机电流中的直流分量这一形式的不期望的效应。在起动操作过程中需要平滑和渐增的转矩，但是在起动过程中出现的这一直流分量有时产生阻滞或者振荡转矩。这可能对控制器系统、电动机和由电机驱动的负载既有干扰又有损害。
美国专利公开号6,930,459 B2公开了一种用于通过应用两种不同控制方法来减少异步电机的负载电流中直流电流分量影响的方法。已经证实，难以通过应用控制方法来完全地消除直流分量，因为控制点不稳定并且直流电流瞬间地出现。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种用于消除或者至少减少两相式三相控制器中直流分量影响的方法。
本发明基于以下认识：当在向电动机供应的电流中有多个直流分量出现时，调节在该相中提供的半导体的触发角，以便消除直流分量。
根据本发明的第一方面，提供如所附权利要求1所述的方法。
简单地通过调节触发角以便脱离其中出现直流分量的触发角范围，无需复杂的控制。由此提供一种控制电机的方法，该方法以简单而方便的方式解决在两相式三相控制器系统中出现的直流分量的问题。
在一个优选实施例中，在调节触发角之前确定在向电动机供应的电流中的直流分量可能存在的触发角范围以，便脱离所述触发角范围。这将该方法限于部分操作范围，从而增加其效率。
在又一优选实施例中，在操作过程中搜寻直流分量，而在已经发现直流分量之后调节触发角，以便脱离其中出现直流分量的触发角范围。这将本发明对触发角的调节限于其中实际上出现直流分量的情况。
根据本发明的第二方面，提供一种直接地可加载到用于三相电机的控制器的内部存储器中的计算机程序产品。
从属权利要求进一步限定优选实施例。
附图说明
现在参照附图通过示例描述本发明，在附图中：
图1示出了驱动级和三相电动机的示图，
图2是示出了在根据本发明的电动机的正常操作过程中电机电压和电流的时间图，
图3是示出了在根据本发明的电动机的操作过程中当出现直流分量时电机电压和电流的时间图，
图4是示出了使用现有技术控制的电机起动电流的示波器图，以及
图5是示出了使用根据本发明的方法的电机起动电流的示波器图。
具体实施方式
在下文中将给出对本发明优选实施例的具体描述。
在图1中示出了连接到用于馈给电动三相电机M的对称三相电压源(未示出)的三相线路L1、L2和L3。该三相电压源可以是干线电压或者借助电压转换器而产生的三相电压。
反并联半导体V1和V2、即背对背并联连接的两个半导体与线路L1串联连接。在本例中，半导体是与常规一样借助控制单元C来控制使得在导通状态与非导通状态之间切换它们的闸流管。这一切换对提供到电机M的电压和电流进行控制。跨这些闸流管产生的电压表示为U1，而相电流表示为i1。
具有两个输入和一个输出的电压测量器件D1与闸流管V1、V2并联连接。通过将测量器件D1的输入连接到闸流管的各侧来测量电压U1。测量器件D1在它的输出如下所述那样提供代表测量电压U1的数字信号X1。在跨闸流管V1、V2的电压U1基本为零时，即在至少一个闸流管导通时或者在相电压的零相交过程中，信号X1是逻辑“1”。在所有其它情况下，即在有跨闸流管的电压时，信号X1为逻辑“0”。将信号X1转发到控制单元C。
线路L1连接到电动三相电机M的相端子之一。
对于线路L2，提供了对应的闸流管V3、V4和测量跨闸流管的电压U2的电压测量器件D2。该测量器件将电压的信息作为数字信号X2供应到控制单元C。线路L2连接到电机M的相端子中的第二端子。
对于线路L3，没有提供对应布置。这一线路代之以直接地连接到电机M的第三相端子。
现在将参照图2和图3描述电机的操作。
控制单元C使用信号X1和X2作为参考以用于触发闸流管，即使得它们导通。按照在图2和图3中根据相应信号X1、X2的负沿而计算的触发角“α”来触发闸流管。通过调节触发角α来调节跨电机端子的电压；在触发角为0度时，即在晶体管一直导通时，电机电压为最大值的100％，而在触发角为180度时，即在闸流管一直未导通时，电机电压为0％。通过渐增或者渐减触发角α来对应地调节跨电机端子的电压。
如图2中所示，在不存在直流分量时，参考信号X1、X2的周期时间T0将等于电压周期时间的一半。在频率为50Hz时，T0等于10毫秒。这也意味着相电流在一个电压周期的积分为零。
在出现直流分量时，电压曲线和电流曲线的形状改变。现在将参照已经引入正直流分量的图3来描述这一改变。参考信号的时间周期也改变。在图3中，在出现直流分量之后的第一周期表示为T1，而第二周期表示为T2。就正直流分量而言T1>T0而T2<T0。以这一方式可以例如借助T1长于T2或者通过检测T1和T2不同于T0来检测直流分量的出现。可替代地，可以分析针对第一周期表示为T3而针对第二周期表示为T4的闸流管导通周期。T3>T4这一事实表示存在直流分量。
直流分量在某些触发角α出现。就大的触发角α和低的施加电机电压而言，一次仅一个闸流管将是导通的。针对L1相表示为i1或者针对L2相表示为i2的电流然后在具有导通闸流管的相与没有闸流管的相即线路L3之间流动。随着电压增加以及触发角α减少，电流i1和i2会在某一较高触发角α＝a1开始重叠，从而在L1和L2这两相之间也产生电流。在触发角α<a1时有直流分量的风险。也有较低触发角α＝a2，在该触发角以下消除了直流分量的风险。因而有其中存在直流分量风险的范围a1<α<a2。
a1和a2的值除了依赖于其它参数之外还依赖于半导体的整流(commutation)参数和电路的阻抗。在一种典型情况下a1＝45°以及a2＝90°。
在起动操作过程中，当在上文提到的触发范围中已经发现电机电流的直流分量时立即地减少触发角，由此向电机M施加更大电压。这又增加转矩，而控制器将迅速地脱离其中出现直流分量的触发角范围。当不再存在直流分量时，控制随后可以返回到正常操作。
通过限制对直流分量进行检验的范围来提供更高效的控制。干扰的影响也不会启动对触发角的调节。
现在将参照图4和图5进行在现有技术的操作与根据本发明方法的操作之间的比较。在图4中示出了示波器图，该示波器图示出了使用现有技术控制的电机起动电流i1和i2。这里可见直流分量保留相当长的时间。然而，在作为示出了使用根据本发明的方法的电机起动电流i1和i2的示波器图的图5中，通过增加所施加的电机电压来迅速地消除直流分量。这造成瞬间增加电机电流，该电流在达到电机全速之后迅速地减少到正常操作电流。
在停止操作情况下，在发现电机电流中的直流分量时，施加的电机电压代之以迅速地减少，从而使操作脱离其中出现直流分量的触发角范围。
已经描述根据本发明控制三相电动机电流的方法的优选实施例。本领域技术人员认识到这可以在所附权利要求书的范围内加以变化。
已经描述了自整流闸流管作为在实施根据本发明的方法的控制器中使用的一种优选半导体。将理解也可以使用其它种类的半导体如栅极可关断(GTO)闸流管。

Claims (9)

1.一种借助三相控制器来控制三相电动机的电流的方法，其中所述三相中的两相的电压(U1，U2)借助调节所述相(L1，L2)中提供的半导体的触发角(α)来控制，所述方法包括以下步骤：
-确定在向所述电动机供应的电流中出现的直流分量的可能性，以及
-调节所述触发角以便脱离其中出现所述直流分量的触发角范围。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：在调节所述触发角之前确定在向所述电动机供应的电流中的直流分量可能出现的触发角范围，以便脱离所述触发角范围。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述触发角范围在45°与90°之间。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：在操作过程中搜寻直流分量；以及在已经发现直流分量之后调节所述触发角以便脱离其中出现所述直流分量的触发角范围。
5.根据权利要求3所述的方法，还包括以下步骤：在所述搜寻直流分量的步骤之前确定在向所述电动机供应的电流中的直流分量可能出现的触发角范围，其中所述对直流分量的搜寻限于所述触发角范围。
6.根据权利要求4或者5所述的方法，其中所述搜寻直流分量的步骤包括比较用于所述半导体的相继非导通周期和导通周期的时间周期(T0)与预定值。
7.根据权利要求4或者5所述的方法，其中所述搜寻直流分量的步骤包括相互比较用于所述半导体的相继非导通周期和导通周期的时间周期(T1，T2)。
8.根据权利要求4或者5所述的方法，其中所述搜寻直流分量的步骤包括相互比较所述半导体的两个相继导通周期的时间周期(T3，T4)。
9.一种直接地可加载到用于三相电机的控制器的内部存储器中的计算机程序产品，其中所述三相中的两相的电压(U1，U2)借助调节所述相(L1，L2)中提供的半导体的触发角(α)来控制，
其特征在于：
用于执行根据权利要求1所述的方法步骤的软件代码部分。
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