CN101627532B

CN101627532B - 一种控制方法和电动机启动器设备

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Publication number: CN101627532B
Application number: CN2007800389361A
Authority: CN
Inventors: J-A·诺莱莫; M·埃克; H·伦登曼恩; J·克里斯滕森
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2006-10-20
Filing date: 2007-10-18
Publication date: 2013-05-29
Anticipated expiration: 2027-10-18
Also published as: CN101627532A; DK1914875T3; WO2008046885A3; EP1914875A1; EP1914875B8; BRPI0718173A2; US20100327790A1; WO2008046885A2; EP1914875B1; US8138702B2

Abstract

本发明涉及一种用于借助软启动器来控制电动机的方法。本发明也涉及一种用于控制电动机的软启动器设备。根据本发明，基于所计算的、电动机转矩与参考转矩值(Tm)之间的差异，根据转矩误差信号控制电动机转矩(T12)，使得电动机转矩(T12)在停止或者启动时间间隔中显示相对于时间的改变率，该相对于时间的改变率适于遵循至少在时间间隔的第一部分与时间间隔的第二部分之间变化的、参考转矩值(Tm)相对于时间的改变率，并且由此改变所述电动机的速度。另外，本发明也涉及一种包括电动机、由电动机驱动的设备以及用于控制电动机的软启动器设备的系统、一种计算机程序和一种其上记录有的计算机程序的计算机可读介质。

Description

一种控制方法和电动机启动器设备

技术领域

本发明涉及一种用于借助软启动器来控制电动机的方法。

本发明也涉及一种用于控制电动机的软启动器设备。

另外，本发明涉及一种包括电动机、由电动机驱动的设备和用于控制电动机的软启动器设备的系统、一种计算机程序和一种其上记录有计算机程序的计算机可读介质。

背景技术

在工业和商业过程以及建筑物中使用的许多电动机由软启动器设备控制。

软启动器设备在这一情况下是适于在电动机操作的启动阶段和停止阶段中控制电动机的电动机控制器。软启动器设备用来以所需方式启动和停止电动机，以比如消除电源中的电涌和/或电动机中的过热。软启动器也用来减少或者消除本来会在启动/停止条件下出现从而对由电动机驱动的泵、扇等造成磨损和损坏的机械震动或者振动。软启动器设备通常测量电动机的输入电流和/或输入电压，并且调节由电动机接收的输入电流和/或电压，以实现所需启动或者停止性能。软启动器通常包括半导体开关等和用来控制这些开关的逻辑单元。软启动器设备有时也称为瞬态控制启动器。

软启动器设备一般需要配置以适合于各应用的境况。软启动器设备的参数配置可以分组为描述当前电动机的电动机数据以及描述启动和停止过程的启动-停止参数。在配置期间，必须根据电动机和/或它所驱动的设备希望什么种类的启动或者停止，在软启动器设备中选择或设定特别是影响启动电流的参数以及诸如速度、启动时间或者最大输入电流等因素。软启动器可以包括许多特性和功能，因此该配置常常有些困难和耗时。

软启动器设备通常使用一种减小电压的停止技术保证在电动机的停止阶段期间向电动机供应的电压连续减少而不是直接地关断电压供应。这用来控制电动机在停止阶段中的性能。随着转矩减小，负载的速度将减少到负载转矩与轴转矩相等的点。

作为用于在管道系统中抽运水的泵来使用的电动机的启动和停止期间，机械应力所致的问题司空见惯。这些问题包括带滑落、齿轮箱磨损等。机械应力所致的一个公知问题是管道中出现高压水震动。该现象也称为水冲击。当水流骤然地切断从而通过水震动沿着水线路发送压力或者震动波以至于震动管道系统并且产生冲击噪声时，出现水冲击。涉及到的力可能很大，因此管道系统的应力可能很大从而对管道系统造成损坏。其结果是维护成本更高、也缩短管道系统的寿命。

为了解决这一问题，常规软启动器使用电压控制以限制电动机输入电流和转矩。在这一解决方案中，向电动机供应的电压通常是线性电压斜坡(ramp)。电压在停止过程期间中连续地减小。然而，这由于供水系统的动态特性和电动机的非线性特性，这并未阻止泵系统中的水冲击。

因此，如今许多软启动器包括用以限制停止斜坡开始时电压的电压阶跃下降。这一解决方案的缺点在于难以针对所有情形设定配置参数。使用静态设置以控制动态系统并不有效，因为当系统比如改变水位或者水压或者以别的方式操作泵时，该配置设置不再准确并且不会防止水冲击。

US-4,707,650公开了一种针对开关磁阻电动机的可编程闭环四象限控制系统，其利用反馈控制、角度控制和电流控制。反馈控制可以利用速度反馈环路和/或转矩反馈环路实现。角度控制使定子相电流脉冲与转子位置数字地同步，而电流控制用作斩波或者bang-bang控制器以限制定子相电流脉冲的幅度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种软启动器设备，其适于以期望的方式停止系统中的电动机而不会在系统中造成应力或者对系统造成损坏。

在本发明的第一方面中，通过一种如下方法来达到这一目的。

这样一种借助软启动器设备来控制电动机的方法包括：

-确定运动中的所述电动机的电磁转矩，

-计算所述确定的电磁转矩与用于所述电磁转矩的参考值之差，

-根据所述计算的转矩与所述参考值之间的比较来计算误差信号，以改变所述电动机的速度，

-根据所述转矩误差信号来控制所述电磁转矩，使得所述电磁转矩在停止间间隔期间相对于时间的减小率遵循至少在所述时间间隔的第一部分与所述时间间隔的第二部分之间变化的、所述参考值相对于时间的减小率，并且由此改变所述电动机的速度。

本发明使得可以基于转矩控制来形成所需的停止斜坡形状。另外，本发明使得更易于将从软启动器设备输出的转矩调整成当前所需电动机转矩，从而使得软启动器设备决不会由于向电动机供应的信号中不可预测的电扰动而失去对电动机的控制。这之所以也是一个优点是因为如果软启动器设备将输出转矩调整成所需电动机转矩，则避免了由于水冲击、齿轮嵌齿(gearcogging)和滑落带所致的机械应力。本发明也使得电动机的停止过程更可靠，因此更易于停止电动机。这之所以具有优点是因为可以减小速度使得特别是停止过程软性化而不会出现电扰动如浪涌。这使得更易于在无需电动机时停止电动机，而不是让电动机低速运行以避免使用现有技术的软启动器常常产生的电扰动。结果是需要更少维护，因为电动机将面临更少可能损坏电动机的震动。

另外，根据上述又一特征，基于测量的向电动机供应的电压来计算电动机转矩的改变率。由于还测量向电动机供应的电流，这使得可以计算向电动机供应的功率。从这一供应功率减去电动机功率损耗，计算得到给电动机的实际功率。根据功率计算可以确定向电动机供应的转矩。使用用于由电动机驱动的设备的负载模型(例如代表泵的二次负载)，根据转矩T设定值斜坡来获得参考转矩T_m值。然后在电动机的启动和停止过程中比较来自电动机的供应转矩与所需转矩，即参考转矩。这之所以具有优点是因为使用测量的电压来计算向电动机供应的功率实现对电动机当前消耗的功率以及当前轴转矩的准确分析。这另外使得软启动器设备可以在启动和停止过程中维持恒定的加速和减速转矩。

根据上述又一特征，从在软启动器设备之前的直列位置测量向电动机供应的电压。这具有可以在启动和停止期间中控制直列式连接和内三角连接的电动机的优点。

根据本发明的一个实施例，该方法包括将电动机转矩在停止/启动时间间隔的第一部分中的改变率控制为比在停止时间间隔的第二部分中更小。这之所以是一个优点是因为在例如停止过程开始时电动机的动能(例如当电动机控制泵时流体的流速)比在过程的结束期间中更大。因此，在包括流体的管道系统中水流在停止过程开始时处于最大值，而如果转矩停止斜坡在开始时很慢地减小水系统中的流速然后逐渐地增加减速度，则防止系统中的水冲击。

在停止斜坡的一个可选实施例中，在参考斜坡的任何点处的导数绝对值逐渐地增加。这一实施例在软启动器设备驱动具有以下特征的泵时是尤其有利的：泵系统中的流速与电动机速度的平方成比例。

根据本发明的一个实施例，该方法包括控制电动机转矩的改变率，使得该改变率在停止/启动时间间隔(t1-tN)的结束(tN)处比在停止/启动时间间隔的开始(t1)处更大。这之所以有利是因为电动机的速度并且因而流速在斜坡的结束处增加，更大的流量清洁泵或者包括泵的管道系统。

根据本发明的一个实施例，该方法包括控制电动机转矩的改变率，使得该改变率在停止/启动时间间隔(t1-tN)的结束(tN)处和在停止/启动时间间隔的开始(t1)处与在停止/启动时间间隔的中间部分处相比更小。这之所以是一个优点是因为停止或者启动过程在该过程的结束和开始处最为关键。

根据本发明的一个实施例，该方法包括控制电动机转矩的改变率，使得该改变率在停止/启动时间间隔的一部分期间是线性的。这之所以是一个优点在于，这使得可以在停止时间间隔的这一部分期间具有电动机的快速减速，从而缩短全部停止时间间隔，这通常是电动机的所需功能。对应情形适用于启动过程。

根据本发明的一个实施例，基于电动机的标称电流来计算电动机的功率损耗。这提高了在设定软启动器(例如用于驱动高级泵停止)向用户请求仅一个电动机参数时的易用性。这与其中在用户可以使用转矩控制来启动和停止之前可能请求多达5个电动机参数的已知设备形成对比。

所需唯一电动机参数是电动机的标称电流。利用这一参数，根据标称电流与定子电阻之间的关系来计算电动机中的功率损耗。在停止阶段过程中，用于控制算法的起始点是根据当前电压的测量而计算的当前转矩。由此可以针对各电动机尺寸来设置控制参数。无需极的数目、标称电动机速度、标称电动机电压、标称电动机功率、标称电动机

或者标称频率作为来自用户的信息以根据本发明设定具有用于电动机的转矩控制的启动和停止斜坡。

根据本发明的另一实施例，从至电动机的内三角连接内部的位置进行输入电压测量。这具有可以在启动和停止期间控制内三角连接的电动机的优点。无需关于当前控制的电动机具有哪种连接来配置对软启动器设备的设置。

根据本发明的另一实施例，也在电动机与软启动器设备之间的点处进行向电动机供应的输入电压的测量。这在启动和停止期间控制直列式连接电动机时是一个优点。

根据本发明的另一实施例，在至少一个相中测量输入电压(u)。

在本发明的第二方面中，通过一种如下软启动器设备来达到这一目的。

这样的软启动器设备适于控制连接到该设备的电动机。软启动器设备包括：确定装置，用于确定电动机的电磁转矩；计算装置，用于计算确定的电磁电动机转矩与用于所述电磁转矩的参考转矩值之差；以及用于根据所述确定的电动机转矩与参考转矩值之差来计算误差信号以改变所述电动机的速度的装置。该软启动器设备还包括：调节装置，用于根据所述转矩误差信号来控制电动机转矩，使得电动机转矩在停止或者启动时间间隔中显示相对于时间的改变率，该相对于时间的改变率适于遵循至少在时间间隔的第一部分与时间间隔的第二部分之间变化的、参考转矩值相对于时间的改变率，并且由此改变所述电动机的速度。软启动器设备也包括用于测量向电动机供应的输入电压的装置，并且用于测量输入电压(u)的装置被布置成在软启动器设备和电动机之前的点处测量该电压，并且用于确定电动机的电磁转矩(T₁₂)的确定装置被布置成使用所述输入电压。

根据本发明的一个实施例，软启动器设备包括用于测量向电动机供应的电压的装置。在本发明的一个实施例中，用于测量电压的装置被布置成测量至少一个相中的电压。

软启动器设备的实施例的更多优点和有利特征对应于如上所述对应方法的优点和有利特征。具体而言，在一个实施例中，输入电压测量装置被布置成从至电动机的内三角连接中布置的内部位置测量输入电压(u)。

在本发明的第三方面中，通过一种系统来达到这一目的，该系统包括电动机和由电动机驱动的设备以及如上所述的用于控制电动机的软启动器设备。在一个实施例中，电动机和软启动器设备具有至供应电压(u)的内三角连接。

通过软驱动器/电动机控制器中包括的一个或者多个计算机程序促进了该方法和系统。

本发明也涉及一种计算机程序以及一种计算机可读介质。根据本发明的方法的步骤很好地适合于由具有这样的计算机程序的处理器控制。

本发明的其它有利特征和优点将从以下描述中显现。

根据本发明的方法和设备可以应用于诸如异步电动机、感应电动机等广泛的电动机。事实上，它可以应用于几乎任何交流电动机应用。除了泵浦系统之外，它还可以使用在与船上的船首推进器结合的电动机中、例如天然气加压站中或者造雪机中的压缩机中、用于诸如扇、压缩机和传送带等普遍工业应用中。

附图说明

将结合所附示意图更具体地描述本发明。

图1a示意地示出了根据本发明的实施例包括软启动器的系统的概况，

图1b示意地示出了作为图1a中所示系统的一种变型的一个实施例，

图2a示意地示出了根据本发明的实施例包括软启动器的另一系统的概况，

图2b示意地示出了作为图2a中所示实施例的一种变型的一个实施例，

图3示意地示出了根据本发明的实施例包括软启动器的另一系统的概况，

图4A示出了根据现有技术的简化转矩曲线图，

图4B示出了根据本发明的实施例的简化转矩曲线图，

图4C示出了根据本发明的实施例的另一简化转矩曲线图，以及

图5示出了图示用于借助软启动器设备来控制电动机的本发明的实施例的流程图。

具体实施方式

给电动机的交流电源频率可以是50Hz或者60Hz，并且向电动机供应的操作电流和操作电压的范围广泛。在包括布置有软驱动器设备的电动机的系统中，电动机的角速度一般由电源频率和电动机极的数目来确定。需要理解的是，也可以使用其它频率。

图1a示出了如下系统，该系统包括电动机1、用于控制向电动机供应的电流的软启动器设备2以及由电动机2驱动的诸如泵的装置(图中未示出)。电动机在这一情况下是交流(AC)三相电动机1，比如感应电动机。软启动器设备2控制向电动机施加的电流和电压。图1a中所示软启动器设备2与向电动机1供应的电压串联连接。向软启动器设备2供应的电流因此等于向电动机供应的电流。

在这一例子情况下的软启动器设备2控制所有三个相中的电流，从而减小电流和转矩。软启动器设备2包括用于各相的开关3A、3B、3C以及控制单元6，该控制单元借助调节向电动机供应的电压来控制开关3A、3B、3C并且由此控制电流。各开关可以包括半导体部件，例如反并联耦合的两个半导体二极管。在图中将开关图示为SCR开关(硅控制整流器开关；闸流管)，但是其它类型的开关也可以是可能的。

控制单元6包括适于测量各相中至电动机1的输入电流(i)的电流传感器8。控制单元也包括用于测量电压的装置、在这一情况下为电压传感器。第一电压传感器12连接于半导体器件之前，该第一电压传感器12适于测量向软启动器供应的线电压。控制单元还包括相检测单元14、16。检测单元14、16适于测量输入电压(u)与输入电流(i)之间的相位差。在作为一种变型在图1b中图示的这一实施例中的另一电压测量解决方案中，控制单元还包括适于测量电动机1的输入电压的第二输入电压传感器10。测量的输入电压(u)在这一情况下是线电压。在电动机1与软启动器2之间测量输入电压(u)。

控制单元包括适于借助调节向电动机供应的电压来控制电流的反馈调节器回路18。反馈调节器回路是比例积分反馈回路(PI-调节器)。在设定期间需要向软启动器设备2输入的唯一电动机特性是标称输入电流(i_nom)。测量电压和电流两者以便计算功率。在调节器回路中，根据输入电压(u)和输入电流(i)来计算供应的功率P_in。还根据标称输入电流来计算电动机功率损耗P₁₂。从供应的功率P_in减去电动机功率损耗，则可计算至电动机1的实际功率P_real。然后通过使用软启动器的实际功率P_real输出来确定电动机1的转矩T₁₂。电动机1的转矩T₁₂在这一情况下与向电动机供应的实际功率P_real成比例。转矩反馈调节器回路18用来提供对电动机减速和加速的更佳控制。在调节回路中计算所述确定的电磁转矩T₁₂与用于所述电磁转矩的参考值T_m之差。然后根据所述计算的转矩与参考值之间的比较来计算误差信号Err。根据所述转矩误差信号来控制所述电动机的速度，使得在停止时间间隔期间电动机转矩相对于时间的改变率至少在时间间隔的第一部分与时间间隔的第二部分之间变化。根据转矩T设定值斜坡来获得参考转矩T_m值，该斜坡是基于经验根据例如用于诸如泵的二次负载的负载模型而确定的。T设定值斜坡基于与启动和停止时间以及额定电流I_e有关的输入设置和当设备接通时在12中测量的电压。

当启动电动机时，软启动器设备2具有如下目标转矩，该目标转矩可以至少等于标称输入电流与测量的电压的乘积。这具有可能超过电动机1和负载所获得转矩的转矩目标的效果。转矩增加速率基本上为线性，并且优选为转矩均匀、稳定地增加。使用转矩目标和转矩控制而不是现有技术软启动器的电压目标使加速更平稳和更均匀。

在图2a中图示了系统的另一实施例。在这一实施例中，可以借助预定电动机特性使用输入电流(i)和输入电压(u)来计算转矩和转速。电动机20具有至供应电压的内三角连接22。软启动器设备24控制向电动机施加的电压。软启动器设备24包括用于各相的开关25A、25B、25C(如SCR开关)以及借助调节向电动机供应的电压来控制开关25A、25B、25C并且由此控制电流的控制单元6。控制单元26包括测量各相中至电动机20的输入电流(i)的电流传感器28。在这一实施例中，软启动器设备24连接于内三角连接的电动机20的三角形内部，并且在调节器的反馈回路中控制电动机转矩。控制单元26还包括用于测量电压的装置，在这一情况下为电压传感器。测量电动机20的相输入电压的第一输入电压传感器30在启动器设备24之前处于该三角形内部。在作为一种变型在图2b中图示的这一实施例中的另一电压测量解决方案中，控制单元26还包括适于测量电动机20在软启动器设备24与电动机之间的输入电压的第二输入电压传感器31。从适于内三角连接到电动机的直列位置进行输入电压测量。测量电动机20的输入电流。控制单元26包括适于调节向电动机供应的电流的反馈调节器回路32。反馈调节器回路是与上述实施例中所述类型相同的比例积分反馈回路(PI-调节器)。根据标称输入电流来计算电动机功率损耗P₁₂。然后通过使用软启动器的实际功率P_real输出来确定电动机的转矩T₁₂。

由于存在数个不同类型的内三角连接，所以软启动器也可以包括用于标识用于有关电动机的内三角连接类型的装置。如今多数软启动器已经包括用于这一点的一些装置，并且也可以在当前情况下使用这样的已知装置。

软启动器设备24的配置所需的唯一电动机参数是电动机的标称电流。利用这一参数，根据标称电流与定子电阻之间的关系来计算电动机20中的功率损耗P₁₂。

在所述的两个实施例中，可以根据标称转矩来判定控制算法对于不同尺寸电动机的功率。使用由用户给定的标称电流和对软启动器上的输入干线电压测量的电压来计算标称转矩。由此可以针对各电动机尺寸来设置控制参数的大小。反馈调节器回路14、32例如被具体实施为由逻辑单元处理的软件或者利用如下电子部件来实施，这些电子部件用于根据电动机所需当前功率供应来计算输出电流。

在另一实施例中，软启动器设备24也可以包括用于测量转速并且有时甚至测量输出转矩的传感器装置。

在图3中图示了系统的另一实施例。在这一实施例中，可以借助预定电动机特性使用输入电流(i)和输入电压(u)来计算转矩和转速。电动机50具有至供应电压的内三角连接52。软启动器设备54控制向电动机50施加的电压。软启动器设备54包括用于各相的开关55A、55B、55C(例如SCR开关)以及借助调节向电动机供应的电压来控制开关55A、55B、55C并且由此控制电流的控制单元56。控制单元56包括测量各相中至电动机50的输入电流(i)的电流传感器58。在这一实施例中，软启动器设备54也连接于内三角连接电动机50的三角形内部，并且在调节器的反馈回路中控制电动机转矩。控制单元56还包括用于测量电压的装置，在这一情况下为电压传感器。输入第一电压传感器60在启动器设备54与电动机之间的三角形内部测量电动机50的相输入电压。从适于与电动机内三角连接的直列位置进行输入电压测量。测量电动机50的输入电流和电动机50的输出电流。控制单元56也包括适于通过计算软启动器的实际功率P_real输出如上述实施例中所述来调节向电动机50供应的电压的反馈调节器回路62。通过使用软启动器的实际功率P_real输出来确定电动机50的转矩T₁₂。

图4A-4C示出了图示当本发明的软启动器用于停止电动机时的情况的简化转矩曲线图。然而应当强调的是，这些曲线图仅仅是例子，并且根据本发明的软启动器可以代之以用于启动。

图4A示出了根据现有技术的简化转矩曲线图，其中参考转矩T_m的减小在停止时间间隔(t1-tN)期间是线性的。

图4B示出了根据本发明一个实施例的简化转矩曲线图，该曲线图图示了用于借助上述软驱动器来控制电动机的方法。转矩曲线图示出了期望转矩，即参考转矩T_m。该方法包括：

-确定运动中的所述电动机的电磁电动机转矩T₁₂，

-计算所述确定的电磁电动机转矩与用于所述电磁转矩的参考转矩值T_m之差，

-根据计算的、所述确定的电动机转矩与参考转矩值之差来计算误差信号Err以改变所述电动机的速度，

-根据所述转矩误差信号来控制电动机转矩(T₁₂)，使得电动机转矩(T₁₂)在停止时间间隔期间显示相对于时间的改变率，该相对于时间的改变率适于遵循至少在时间间隔的第一部分与时间间隔的第二部分之间变化的、参考转矩值(T_M)相对于时间的改变率，并且由此改变所述电动机的速度。

另外，该方法包括基于向电动机(1，20，50)供应的输入电压(u)的测量来计算电动机转矩的改变率，并且根据该方法在软启动器之前进行向电动机供应的电压的测量。

该方法还包括通过将电动机转矩在停止时间间隔的第一部分B1中的改变率控制为比在停止时间间隔的第二部分B2中更小来改变电动机(1，20)的速度，从而使停止斜坡在停止过程的开始处具有软形状而在过程的中间处较陡。在这一实施方式中，电动机转矩的减小率在停止时间间隔(t1-tN)期间改变。在另一实施例中，通过控制电动机转矩的改变率对电动机速度的减少发生变化，从而使得该减少在停止时间间隔(t1-tN)的最后部分B3中的结束(tN)处和在停止时间间隔的第一部分B1中的开始(t1)处与在中间部分(在这一情况下为停止时间间隔的第二部分B2)处相比更小。另外在这一实施例中，电动机转矩的改变率在停止时间间隔(t1-tN)的部分B2期间中可以是线性的。

在另一实施例中，该方法包括通过将电动机转矩在停止时间间隔的第一部分中的变化率控制为比在停止时间间隔的第二部分中更小，来减小电动机速度。这一停止时间间隔例如在停止作为泵来工作的电动机时是适合的。在用于流体的泵系统中的流体流常常与电动机速度的平方成比例。转矩停止斜坡在开始很慢地减小系统中的流体流、然后逐渐地增加该减速度。在一个实施例中，在斜坡的任何点处的导数绝对值逐渐地增加。

在该方法的另一实施例中，电动机具有至供应电压的内三角连接，并且从至电动机的内三角连接内部的直列位置进行输入电压测量。

在该方法的另一实施例中，电动机与供应电压直列连接，并且在软启动器之前进行向电动机供应的电压的测量。

在本发明的另一实施例中，电动机与供应电压直列连接，并且在电动机与软启动器之间进行向电动机供应的电压的测量。

根据所述测量的电压来计算电动机转矩。基于用于电动机的标称电流来计算电动机的功率损耗。

在图4C中所示方法的另一实施例中，停止斜坡在停止过程的开始处具有软形状而在该过程的中间处较陡。图4C示出了简化转矩曲线图。该方法包括通过将电动机转矩在停止时间间隔的第一部分C 1中减小得比在停止时间间隔的第二部分C2中更小，来减少电动机速度的改变率。在这一实施例中，电动机转矩的减少率在停止时间间隔(t1-tN)期间变化。通过减少电动机转矩使得电动机速度的减少率发生变化，从而使得该减少在停止时间间隔(t1-tN)的最后部分C3中的结束(tN)处比在停止时间间隔的第一部分C1的开头(t1)处和在第二部分C2中更大。

用于停止过程的典型停止时间间隔在使用电压范围为200-700伏特的软启动器时可以约为10秒。但是对于一些电动机和特定负载，停止过程可以在3-120秒之间变化。

也注意尽管上文描述了本发明的示例实施例，但是存在对公开的解决方案进行的若干变形和修改而不脱离如所附权利要求书中限定的本发明范围。例如，可以在仅一个或者两个相中测量由软启动器控制的电流和电压。防范半导体部件过热的进一步保护以及其它类型的过载保护可能是需要的。概括而言，通常存在为了能够使用软启动器而可以配置或者选择的大量因素或者参数。可以以根据经验或者自动选择电动机数据。

可以将控制单元56作为即插即用设备制作到现有软启动器。

本发明也涉及直接可加载到计算机的内部存储器中的计算机程序，该计算机程序包括用于控制该方法的步骤的程序代码。图5示出了用于这样的计算机程序的一个实施例的流程图，该图图示了本发明用于借助软启动器来控制电动机的另一实施例。该方法由此使用以下软件步骤：

-确定电磁转矩T₁₂(200)。

-确定参考电磁转矩T_m(202)。

-计算确定的电磁转矩与用于所述电磁转矩的参考值之差D(204)。

-根据所述偏差D来计算转矩误差信号Err(206)。

-根据所述转矩误差信号Err来改变电压输入u(208)。

-根据所述转矩误差信号Err来减少或者增加在部分停止/启动时间期间电动机转矩相对于时间的改变率R(210)。

-重复。去往200(212)。

本发明也涉及一种其上记录有计算机程序的计算机可读介质，其中所述计算机程序被设计成使计算机控制该方法的步骤。

根据本发明的方法可以实施为软件、硬件或者其组合。

逻辑单元或者计算单元包括执行根据本发明一个方面的方法步骤的微处理器或者处理器(包括中央处理单元(CPU))、或者现场可编程门阵列(FPGA)、或者任何半导体器件(包含可编程逻辑部件和可编程互连)。这是借助至少部分地存储于处理器可存取的存储器中的一个或者多个计算机程序来执行的。该计算机程序也可以运行于一个或者多个通用工业微处理器或者计算机上，而不是特别经过改装的计算机上。

软件包括使计算机执行如下方法的计算机程序代码元件或者软件代码部分，该方法使用前面关于图4B、4C和图5描述的步骤中至少之一。程序的一部分可以如上所述存储于处理器中，但是程序也可以全部或者部分地存储于：一个或者多个适当计算机可读介质或者数据存储装置(比如磁盘、CD-ROM或者DVD盘、硬盘、磁光存储器存储装置)上或者中；ROM、RAM、PROM、EPROM或者EEPROM芯片或者类似存储器装置或者易失性存储器中；作为固件的ROM或者闪存中；或者数据服务器上。也可以使用可移除存储器介质如可移除硬驱动、磁泡存储器设备、闪存设备以及商业上可获得的专用可移除介质，诸如用于数码相机、摄像机等的记忆棒和记忆卡。

Claims

1.一种用于借助软启动器设备(2，24，54)来控制电动机(1，20，50)的方法，其中所述方法包括：

-确定运动中的所述电动机的电磁转矩(T₁₂)，

-计算所述确定的电磁转矩与用于所述电磁转矩的参考值(T_m)之差，

-根据所述计算的所述确定的电磁转矩与用于所述电磁转矩的参考值(T_m)之差来计算转矩误差信号(Err)，以改变所述电动机的速度，

其特征在于，

-根据所述转矩误差信号来控制所述电磁转矩，使得所述电磁转矩在停止时间间隔期间相对于时间的减小率遵循至少在所述时间间隔的第一部分与所述时间间隔的第二部分之间变化的、所述参考值相对于时间的减小率，并且由此改变所述电动机的速度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中电动机的电磁转矩的减小率在所述停止时间间隔(t1-tN)期间变化。

3.根据权利要求1-2中的任一项所述的方法，其中通过减小所述电动机的电磁转矩实现的电动机速度减小的速率发生变化，以使得所述电动机速度减小在所述停止时间间隔(t1-tN)的结束(tN)处比在所述停止时间间隔的开始(t1)处更大。

4.根据权利要求1-2中的任一项所述的方法，其中通过控制所述电动机的电磁转矩的改变率实现的电动机速度减小的速率发生变化，以使得所述电动机速度减小在所述停止时间间隔(t1-tN)的结束(tN)处和在所述停止时间间隔的开始(t1)处与在所述停止时间间隔的中间部分(B2)处相比更小。

5.根据权利要求1-2中的任一项所述的方法，其中所述电动机的电磁转矩减小的速率在所述停止时间间隔(t1-tN)的一部分(B2，C2)期间是线性的。

6.根据权利要求1-2中的任一项所述的方法，其中所述电动机的电磁转矩减小的速率基于向所述电动机(1，20，50)供应的测量输入电压(u)来计算。

7.根据权利要求6所述的方法，其中从所述软启动器设备(2，24，54)之前的直列位置进行对向所述电动机(1，20，50)供应的所述输入电压(u)的测量。

8.根据权利要求6所述的方法，其中所述电动机(1，20，50)具有至所述供应的输入电压(u)的内三角连接，从至所述电动机(1，20，50)的内三角连接内侧的位置进行输入电压测量。

9.根据权利要求6所述的方法，其中在所述电动机与所述软启动器设备(2，24，54)之间的点处进行对向所述电动机(1，20，50)供应的所述输入电压(u)的测量。

10.根据权利要求6所述的方法，其中根据所述测量输入电压(u)来计算所述电动机的电磁转矩。

11.根据权利要求1-2中的任一项所述的方法，其中基于向所述电动机供应的标称电流(i_nom)来计算所述电动机(1，20，50)的功率损耗。

12.一种软启动器设备(2，24，54)，适用于控制连接到所述设备的电动机(1，20，50)，所述软启动器设备包括：

-确定装置，用于确定所述电动机的电磁转矩，

-计算装置，用于计算所述确定的电磁转矩(T₁₂)与用于所述电磁转矩的转矩参考值(T_m)之差，以及

-用于根据所述计算的所述确定的电磁转矩与用于所述电磁转矩的参考值(T_m)之差来计算转矩误差信号(Err)，以改变所述电动机的速度的装置，

其特征在于，所述软启动设备还包括：

-调节装置，用于根据所述转矩误差信号来控制所述电磁转矩，使得所述电磁转矩在停止时间间隔中相对于时间的改变率遵循至少在所述时间间隔的第一部分与所述时间间隔的第二部分之间变化的、所述参考值相对于时间的改变率，并且由此改变所述电动机的速度。

13.根据权利要求12所述的用于控制电动机(1，20，50)的软启动器设备(2，24，54)，其中所述调节装置包括用于控制所述电动机的电磁转矩改变的速率，以使得所述电动机的速度的减小在所述停止时间间隔(t1-tN)的结束(tN)处和在所述停止时间间隔的开始(t1)处与在所述停止时间间隔的中间部分处相比更小的装置。

14.根据权利要求12-13中的任一项所述的用于控制电动机(1，20，50)的软启动器设备(2，24，54)，其中所述调节装置包括用于控制所述电动机的电磁转矩，以使得电动机的电磁转矩减小的速率在所述停止时间间隔(t1-tN)的一部分(B2，C2)期间是线性的装置。

15.根据权利要求12-13中的任一项所述的用于控制电动机(1，20，50)的软启动器设备(2，24，54)，其中所述设备包括用于测量向所述电动机供应的输入电压(u)的装置。

16.根据权利要求15所述的用于控制电动机(1，20，50)的软启动器设备(2，24，54)，其中所述用于测量向所述电动机供应的输入电压(u)的装置布置成在所述软启动器设备和所述电动机之前的点处测量所述输入电压。

17.根据权利要求15所述的用于控制电动机(1，20，50)的软启动器设备(2，24，54)，其中所述用于测量向所述电动机供应的输入电压(u)的装置被布置成在布置于至所述电动机的内三角连接中的内侧位置处测量所述输入电压(u)。

18.根据权利要求15所述的用于控制电动机(1，20，50)的软启动器设备(2，24，54)，其中所述用于测量向所述电动机供应的输入电压(u)的装置被布置成在所述电动机与所述软启动器之间的点处测量所述输入电压。

19.根据权利要求15所述的软启动器设备(2，24，54)，其中所述设备包括用于根据所述测量的输入电压(u)来计向所述电动机(1，20，50)供应的所述电动机的电磁转矩的装置。

20.根据权利要求15所述的软启动器设备(2，24，54)，其中所述用于测量向所述电动机供应的输入电压(u)的装置被布置成测量至少一个相中的电压。

21.一种用于操作工业设备的系统，包括电动机(1，20，50)和由所述电动机驱动的设备以及根据权利要求12-20中的任一项所述的用于控制所述电动机的软启动器设备(2，24，54)。

22.一种用于借助软启动器设备(2，24，54)来控制电动机(1，20，50)的设备，其中所述设备包括：

-用于确定运动中的所述电动机的电磁转矩(T₁₂)的装置，

-用于计算所述确定的电磁转矩与用于所述电磁转矩的参考值(T_m)之差的装置，

其特征在于，

-用于根据所述转矩误差信号来控制所述电磁转矩的装置，使得所述电磁转矩在停止时间间隔中相对于时间的减小率遵循至少在所述时间间隔的第一部分与所述时间间隔的第二部分之间变化的、所述参考值相对于时间的减小率，并且由此改变所述电动机的速度。

23.根据权利要求22所述的设备，其中电动机的电磁转矩的减小率在所述停止时间间隔(t1-tN)期间变化。

24.根据权利要求22-23中的任一项所述的设备，其中通过减小所述电动机的电磁转矩实现的电动机速度减小的速率发生变化，以使得所述电动机速度减小在所述停止时间间隔(t1-tN)的结束(tN)处比在所述停止时间间隔的开始(t1)处更大。

25.根据权利要求22-23中的任一项所述的设备，其中通过控制所述电动机的电磁转矩的改变率实现的电动机速度减小的速率发生变化，以使得所述电动机速度减小在所述停止时间间隔(t1-tN)的结束(tN)处和在所述停止时间间隔的开始(t1)处与在所述停止时间间隔的中间部分(B2)处相比更小。

26.根据权利要求22-23中的任一项所述的设备，其中所述电动机的电磁转矩减小的速率在所述停止时间间隔(t1-tN)的一部分(B2，C2)期间是线性的。

27.根据权利要求22-23中的任一项所述的设备，其中所述电动机的电磁转矩减小的速率基于向所述电动机(1，20，50)供应的测量输入电压(u)来计算。

28.根据权利要求27所述的设备，其中从所述软启动器设备(2，24，54)之前的直列位置进行对向所述电动机(1，20，50)供应的所述输入电压(u)的测量。

29.根据权利要求27所述的设备，其中所述电动机(1，20，50)具有至所述供应的输入电压(u)的内三角连接，从至所述电动机(1，20，50)的内三角连接内侧的位置进行输入电压测量。

30.根据权利要求27所述的设备，其中在所述电动机与所述软启动器设备(2，24，54)之间的点处进行对向所述电动机(1，20，50)供应的所述输入电压(u)的测量。

31.根据权利要求27所述的设备，其中根据所述测量输入电压(u)来计算所述电动机的电磁转矩。

32.根据权利要求22-23中的任一项所述的设备，其中基于向所述电动机供应的标称电流(i_nom)来计算所述电动机(1，20，50)的功率损耗。