CN101517885A - 运行电子整流电机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种运行电子整流电机的方法，特别是在其加速期间，在考虑其转子的相应的转角位置的情况下。

Description

运行电子整流电机的方法

技术领域

本发明涉及一种运行电子整流电机的方法，特别是在其加速期间期间，在考虑其转子的相应的转角位置的情况下。

背景技术

为了无传感器地开动电整流的电机(EC-电机)，已公开分析感应电压。最简单的情况是分析它们的过零点。也公开了一种以模型为依据的分析方法。然而在静止时或者在小转速时，还不能利用这些参数。为了将电机加速到可分析感应电压的转速，已公开借助调整阶段和紧接着的无功整流(和步进电机相类似)开动电机。此外还公开供给一种高频电压信号，并且借助滤波器和PLL方法来分析通过电感变化而变化的电流应答。此外还公开了通过短的电压脉冲进行电抗测量，以分析电感的变化。最后还公开了提供更长的电压脉冲，以利用饱和效应。

上述已公开的用于将电机加速的方法有一些缺点。例如在前方法中调整阶段费时间，并且结束的步进电机的运行不能进行良好的监控，这样就不能可靠地保证电机的起动。所提到的后面两个方法要求测量每个相电流，因此很费事。此外为了进行分析还必须提供比较大的分析机容量。在所提到的最后的已公开的方法中必须提供较长的检测脉冲，这样，在检测阶段电机就没有了扭矩。此外还出现噪音。

发明内容

根据本发明的方法的特征在于如下步骤：

-连续地给电机加载相位不同的电压检测脉冲，

-从由所述电压检测脉冲加载产生的至少一个结果形成至少一个准则，

-检测上述准则的由电压检测脉冲产生的数值，

-从上述数值的比较中确定出电机转子的转角位置。

根据本发明的这个方法，在电机起动时保证位置信息并且因此保证相应的可靠性。对测量装置和分析装置的要求比较低。测量时间很短。此外，在起动时相对于已公开的方法本方法具有动力方面的优点。

根据本发明，给电机加载相位不同的电压检测脉冲。由此得出结果，这个结果用于形成至少一个准则。采集该准则的数值，并且将这些数值彼此进行比较。这种比较使得确定电机的转子的分别存在的转角位置成为可能。如果求出了该转角位置，则可在起动阶段和/或运动阶段不断地根据角度对它进行控制，这样就保证了完美的起动和运行。如果超过一种低转速，则在使用感应电压的情况下转入到整流运行。优选通过功率电子电桥对电子整流电机进行控制，也就是说，在电桥的单个的供电支路中有可控制的电子功率元器件，这些元器件由控制器进行控制。由于根据本发明的方法，控制器已经获得转子的转角位置，这样，该控制器就能在正确的时刻执行必要的整流。

按照本发明的改进方案，由电机的相电压的链接形成所述电压检测脉冲。通过该措施可以简单的方式方法产生电压检测脉冲。

此外，如果所述结果是电流脉冲，则是有利的。这些电流脉冲是由电压检测脉冲引起的。据此，给电机加载电压检测脉冲，这些电压检测脉冲导致相应的电流，也就是所提到的电流脉冲。

优选采用如此的措施，即让电压检测脉冲如此长时间地起作用，即直到所属的电流脉冲的振幅分别上升到规定的电流参考值。

为了形成所述准则，可使用电机中的电流脉冲的电流变化和/或磁通变化。在这种情况中，所涉及的特别是由电流脉冲产生的磁通变化。

如果磁通变化是通过相应电机电压的积分产生的，则是有利的。

优选电流变化是通过测量相应电机电流来检测的。优选可检测功率电子电桥的中间电路电流。

特别是可将持续时间用作所述准则，该持续时间在电流脉冲的两个电流值和/或两个磁通值存在之间。

附图说明

这些附图借助实施例示出本发明。这些附图是：

图1：具有电源和控制器的电机的方框电路图。

图2：电压线图。

图3a至3c：不同的线图。

图4a、4b：不同的线图。

图5a至5c：本发明的另一实施例的线图。

具体实施方式

图1示出供电电路1。电机3和该供电电路连接。电机3构造成EC电机，也就是说，它必须是电子整流的。此外，图1还示出了控制装置2。这个控制装置规定了用于控制电机3的时间过程。优选该电机3构造成同步电机。供电电路1具有呈六脉冲电桥的形式的功率电子装置4。这个功率电子装置给构造成三相电机的电机3提供电流。这个功率电子装置1连接在中间电路5上。在这个中间电路中，流过的电流或者是在接地支路6中借助电流传感器7来测量，或者在供电支路8中借助电流传感器9来测量。中间电路电压借助中间电路电容器10得以支持。控制装置2具有控制单元11、比较单元12和准则形成单元13。控制单元11、比较单元12和准则形成单元13彼此连成网络(箭头14)。将由电流传感器7或者9检测到的电流输送到比较单元12(箭头15)，电机3的相电压根据箭头16被输送到准则形成单元13。控制单元11根据箭头17控制功率电子装置4。

在电机3加速时，控制单元11用电压检测脉冲T1、T2和T3控制功率电子装置4。从功率电子装置4的六脉冲电桥的十二个可能的状态中选择出三个状态，即是已提到的电压检测脉冲T1至T3。在这种情况中涉及支路电压U、V和W的链接，这样，从电压U+(-V)产生检测脉冲T1，从V+(-W)产生T2，并且从W+(-U)产生T3。T1、T2和T3具有下述特征，即这些检测脉冲彼此间分别具有120°的相位移。按照另一实施例，也可以有另一种相位移。例如在图3a中示出了形成检测脉冲T1、T2和T3的时间过程。图3a和图3b的比较示出了电压检测脉冲T1导致电流脉冲I(图3b)。在另外的无电流状态中，给电机加载电压检测脉冲T1。产生从I＝0开始一直上升到I＝I_ref的电流脉冲。因此作为加载电压检测脉冲的结果产生电流脉冲。现在在准则形成单元13中形成了合适的准则Kk，以获得磁变化的尺度ΔΨ。特别是将位于桥电路上或者电机端子上的电源电压进行积分，或者进行一种试验时间测量(Δt)，或者产生一种试验时间测量与存在电压的平均值或瞬时值的乘积。如果加载电压检测脉冲，则又断开电机3。

现在如此地进行，即连续地输出检测脉冲T1、T2和T3，并且在这此形成相应的准则K1、K2和K3。按照电流强度和电机构造，出现感应变化和/或饱和效应，如在图4a和图4b中所示的。接下来是按照最小-最大原则在比较单元12中对准则Kk进行分析。通过这一措施可得到电机的转子的位置信息，即图4a的模数360°或者图4b的模数180°，其中，这与电机的构造有关，当然也和该方法的参数选择有关。

图4a示出了磁回路的与位置有关的非线性。它示出了准则Kk与电位置(0至360°)的关系。如是产生了区域0、1、2等。从准则K1到K3的数值的比较中可确定相应的区域B，也就是有关电机3的转子的转角位置区域的相应信息。如果例如K3和K1是最大，并且K2是最小，则存在区域1。

图4b示出与位置有关的电感变化与转子的电位置(0至360°)的关系，其中，示出了不同的区域0、1和2等。在此通过最小-最大分析求出电机3的转子的位置。

例如可将图3c的时间Δt用作准则。时间Δt要按照I＝0和I＝I_ref之间的持续时间确定。代替地也可使用磁通变化ΔΨ，这个磁通变化是由I＝0到I＝I_ref的电流变化引起的。

在起动电机3时首次输出检测脉冲次序。这个检测脉冲次序提供相应的位置数据，这个位置数据被采用，并且用作加速次序的起动位置。步进马达运行的位置是通过合适的转速曲线的积分得到的。为了避免在加速次序时的估计位置和实际位置之间的漂移，有时中断加速次序，以执行检测脉冲次序。这样在不可信的情况，可对起动次序的位置加以相应的修正。上述方式方法由图1的电路装置自动地执行，这样，电子整流电机1就能可靠和旋转位置合适地加速。

图5a到5c说明电压检测脉冲的另一种分析方法。除了可在上升时间(相应电流达到参考值I_ref的时间)中得到的信息外，也可使用下降时间。电机的基本公式如下：

$U=R\·I+L\·\frac{\mathrm{di}}{\mathrm{dt}}+K\·\sin \left({\mathrm{\φ}}_{\mathrm{elek}}\right)\·\mathrm{\ω}$

在可忽略欧姆电压降和相似推导情况下，得到下面的公式：

$U=L\·\frac{\mathrm{\Δi}}{\mathrm{\Δt}}+K\·\sin \left({\mathrm{\φ}}_{\mathrm{elek}}\right)\·\mathrm{\ω}$

当假设电源电压、电机位置和转速大体保持恒定的情况下，得到下列公式：

当上升时： $\mathrm{Ub}=L\·\frac{\mathrm{\Δi}}{\mathrm{\Δ}{t}_1}+K\·\sin \left({\mathrm{\φ}}_{\mathrm{elek}}\right)\·\mathrm{\ω}$

当下降时： $-\mathrm{Ub}=-L\·\frac{\mathrm{\Δi}}{\mathrm{\Δ}{t}_2}+K\·\sin \left({\mathrm{\φ}}_{\mathrm{elek}}\right)\·\mathrm{\ω}$

这样，当进行相加和相应的检测脉冲Tk转换时，得出下列公式：

$\mathrm{Fk}=\frac{1}{\mathrm{\Δ}{t}_2}-\frac{1}{\mathrm{\Δ}{t}_1}=\frac{2\·K\·\sin ({\mathrm{\φ}}_{\mathrm{elek}}+\frac{2\·\mathrm{\π}\·k}{3})\·\mathrm{\ω}}{L\·\mathrm{\Δi}}$

当分析每个检测脉冲Tk的参数时可使用矢量参数F：

$F=\underset{k=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Fk}\·e^{\frac{2\·\mathrm{\π}\·j\·(k-1)}{3}}=\frac{2\·K}{L\·\mathrm{\Δi}}\·e^{j\·{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{elek}}}\·\mathrm{\ω}$

从中得出有关|F|的转速信息和有关arg F的更加精确的角度信息，这样也使用这种方法保证电机3的良好地加速。

Claims (8)

1.运行电子整流电机的方法，特别是在其加速期间，在考虑其转子的相应的转角位置的情况下，其特征在于下述步骤：

-连续地给电机加载相位不同的电压检测脉冲，

-从由所述电压检测脉冲加载产生的至少一个结果形成至少一个准则，

-检测上述准则的由电压检测脉冲产生的数值，

-从上述数值的比较中确定出电机转子的转角位置。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电压检测脉冲由电机的相电压的链接形成。

3.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述结果是由电压检测脉冲产生的电流脉冲。

4.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，电压检测脉冲至少如此长时间地起作用，即直到电流脉冲的振幅分别上升到规定的电流参考值。

5.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述准则是在电机中电流脉冲的电流变化和/或由所述电流脉冲引起的磁通变化。

6.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述磁通变化是通过相应的电机电压的积分形成的。

7.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述电流变化通过测量相应的电机电流和/或供电电路的中间电路电流来检测。

8.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述准则是两个电压值、电流脉冲的两个电流值和/或两个磁通值存在之间的持续时间。

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