CN101682158A - 用于确定ac电动机中的定子绕组电阻的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于为了AC电动机的热保护而确定定子绕组电阻并基于定子绕组电阻确定定子绕组温度的方法和系统。该系统包含一电路，该电路具有可连接到AC源的输入以及可连接到AC电动机的输入端子的输出。电路包含至少一个接触器和至少一个开关，以便控制AC电动机的电流和端子电压。该系统还包含控制器，控制器被连接到该电路，并被配置为：修改所述至少一个开关的开关时间，以便在与到AC电动机的输入对应的系统输出中产生DC分量，基于电压和电流的所注入的DC分量，确定AC电动机的定子绕组电阻。

Description

用于确定AC电动机中的定子绕组电阻的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2007年6月4日提交的美国临时申请60/932,743的优先权，其并入此处作为参考。

政府许可权

本发明至少部分以合同No.DE-FC36-04GO14000下由美国能源部授予的政府支持做出。政府可对本发明具有特定权利。

技术领域

本发明一般涉及交流(AC)电动机，特别涉及确定用于AC电动机热保护的定子绕组电阻的系统和方法。

背景技术

热保护是电动机状况监视的重要方面，因为电动机故障常常与定子绕组绝缘有关。一般假设电动机的寿命对于可接受定子绕组温度限制以上的每10℃的温升减少50％。因此，定子绕组温度的准确监视对于电动机保护目的是有利的。

当前使用了用于确定定子绕组温度的多种方法和机制。除了直接定子绕组温度测量以外，基于热模型和基于电动机参数的温度推定方法是热保护的两种主要技术。基于热模型的方法使用电动机热模型来推定定子绕组温度。然而，由于热参数变化和热参数识别的困难性，这些方法的准确度可能在可接受范围外。除此之外，由于冷却状况的变化，热参数不是恒定的，且可能需要为各种具体冷却状况下的各个电动机进行识别。

基于AC电动机参数确定定子绕组温度的方法被建立为由定子绕组电阻来推定平均绕组温度。定子绕组电阻(R_s)推定广泛用于但不限于热保护，而是也用在电动机控制、故障诊断、效率评估中。多年以来，已经为多种目的提出了多种R_s推定方法。一般而言，它们被分为三种主要类型：直接测量方法、基于等效电路的方法、基于信号注入的方法。直接方法——例如IEEE标准-118——给出了最为准确的R_s推定，但由于电阻仅仅在特定温度测量且由于温度变化的电阻变化没有考虑在内而具有缺点和限制。直接测量方法的进一步的缺点在于电动机必须断开使用以进行所需要的测试。

基于等效电路的R_s推定方法使用电动机电流和电压，以基于AC电动机等效电路(即AC电动机的模型)来计算定子电阻。这种基于模型的方法是非侵入性的，且能响应于冷却状况的变化，但通常对电动机参数变化太过敏感，以至于不能提供用于温度推定的有用结果。也就是说，基于模型的方法的推定误差可能为大约20％，其对于温度推定用途来说太高了。

基于信号注入的用于确定定子电阻的方法向定子供电电压注入DC偏置，并使用电压和电流的DC分量来计算定子电阻。在一种DC注入方法中，与晶体管并联的电阻器被安装在电动机一相中，其得到感应电动机中的当输入电流正以及负时不同的等效电阻，由此产生DC分量。尽管这种方法可以是准确的且对于冷却状况以及电动机参数变化具有鲁棒性，其缺点在于侵入性，因为额外的DC注入电流需要与电动机引线(lead)之一串联安装。另外，由于半导体装置的电流限制，先前的基于信号注入的方法一般不能直接应用于超过100hp的电动机。

因此，希望设计一种准确、非侵入性的确定定子绕组电阻的方法，而不对感应电动机增加进一步的电阻。

发明内容

本发明提供了用于感应电机热保护的远程且无传感器的定子绕组电阻推定的系统和方法。改变电动机控制装置中的开关的开关时间，以便在电动机控制装置的输出中产生DC分量。对此DC分量进行分析，以便确定定子绕组电阻，并且，基于定子绕组电阻，确定定子绕组的温度。

根据本发明一实施形态，确定AC电动机的定子绕组电阻的电动机控制装置包含一电路，该电路具有可连接到AC源的输入和可连接到AC电动机输入端子的输出。该电路还包含至少一个接触器以及至少一个开关，以便控制AC电动机的电流和端子电压。电动机控制装置还包含控制器，其被连接到该电路，并被配置为改变所述至少一个开关的开关时间，以便在与到AC电动机的输入对应的电动机控制装置的输出中产生DC分量，基于电压和电流的所注入的DC分量来确定AC电动机的定子绕组电阻。

根据本发明另一实施形态，在没有增加的传感器的情况下确定AC电动机的定子绕组电阻的方法包含以下步骤：在AC电源和AC电动机之间串联提供软启动器，软启动器包含至少一个接触器以及至少一个固态开关，以便调节到AC电动机的电压和电流。该方法还包含以下步骤：以旁路模式和DC注入模式有选择地运行软启动器，其中，旁路模式对DC注入模式进行旁路，用于正常运行，且其中，以DC注入模式运行软启动器包含断开用于一相的接触器，并将其中具有延迟角的栅极驱动信号传送到对于所述一相的所述至少一个固态开关，由此，将DC偏置引入到DC电动机的相中。以DC注入模式运行软启动器也包含测量提供到AC电动机的电压和电流中的DC偏置，并基于所测量的DC偏置来确定定子绕组的电阻。

根据本发明又一实施形态，用于控制从AC电源到具有定子绕组的感应电动机的电压和电流传送的软启动器包含多个供电线，每个供电线对应于感应电动机的一相。软启动器还包含：所述多个供电线的至少一个上的至少一个固态开关，以便调节到感应电动机的电动机线电压和相电流；处理器，其被编程为延迟一个供电线上的所述至少一个固态开关的开启(gating)，以便在其中产生DC分量，并基于DC分量确定定子绕组的电阻。

由下面的详细介绍和附图，可以明了本发明的多种其他特征和优点。

附图说明

附图示出了当前为实现本发明想到的优选实施例。

在附图中：

图1为根据本发明一实施例具有用于DC注入的电动机控制装置的AC电动机系统的原理图；

图2为根据本发明一实施例具有以DC注入模式运行的电动机控制装置的图1的AC电动机系统的原理图；

图3为根据本发明一实施例注入到AC电动机的电动机线电压和相电流的延迟角的图；

图4为图2的AC电动机系统的DC等效电路的原理图。

具体实施方式

下面给出的本发明的实施例涉及用于交流(AC)电动机热保护的远程且无传感器定子绕组电阻推定的系统和方法。电动机控制装置的一相中的开关的开关时间被修改为产生可在AC电动机的各相中测量的DC分量。分析这种DC分量以确定定子绕组电阻，基于定子绕组电阻，确定定子绕组的温度。尽管下面参照具有以Y形布置连接的绕组的三相AC电动机进行了介绍，还可想到，本发明的实施例也包括单相以及具有多种方式绕组布置(例如三角形布置)的其他多相电动机。可修改这些多种类型AC电动机中每一个的开关的开关时间，以便向电动机的各相注入DC分量。

参照图1，示出了根据本发明一实施例的三相AC电动机，其一般地用参考标号10表示。如传统的一样，AC电动机10被示为以Y形布置连接的三个绕组12a-12c，但可以想到，在不脱离本发明的范围的情况下，AC电动机可以以三角形布置连接。AC电动机10的定子绕组12a-12c分别在电动机端子24、26、28上分别通过对应的供电线18、20、22可操作地连接到AC源16。

如图1所示，电动机控制装置30被连接在AC源16和AC电动机10之间。在本发明的示例性实施例中，电动机控制装置30包含软启动器，软启动器被配置为限制启动过程中到AC电动机10的暂态电压和电流，带来避免浪涌电流的“软”电动机起动电流。软启动器30的基本结构在图1中(即软启动器的电路)示为包含多个接触器32，接触器对应于电源的各相或各个供电线18、20、22。软启动器还包含多对反并联开关34，例如以晶闸管形式的固态开关，以便控制电流以及控制电动机的端子电压。也就是说，一对晶闸管34对于各个供电线18、20、22或电源的各相并联连接，各对中的晶闸管34具有相反的极性。尽管被示为在各个供电线18、20、22中包含一对晶闸管34，也能想到，软启动器可仅仅在一个或两个供电线上(例如仅仅供电线18)具有一对晶闸管。另外，也能想到，对于特定的供电线，晶闸管可被布置为与二极管而不是另一个晶闸管并联。在上面介绍的任何实施例中，一条电源线上的晶闸管34可被控制为使得AC电动机10接收的输入电压和电流失真，如下面详细介绍的那样。

控制器或处理器36也被包含在软启动器30中，其被配置为经由到其的栅极驱动信号的发送来控制晶闸管34，以及控制接触器30的断开和闭合。在AC电动机10的启动过程中，软启动器30运行在“启动”模式，其中，控制器36使得对应于供电线18、20、22的一个或多于一个的接触器32断开，使得来自AC源16的电力经过晶闸管34，因此控制施加到AC电动机10的电流(且因此控制电压)。在AC电动机10启动时，软启动器进入旁路模式，其中，控制器36使得各个供电线18、20、22上的接触器30闭合，从而使得功率耗散最小化。旁路模式因此被看作软启动器30以及AC电动机10的“正常”运行模式。

根据本发明一实施例，控制器36进一步被编程为以栅极驱动控制模式(即“DC注入模式”)运行软启动器30，从而将DC偏置或分量注入电动机线电压和相电流，如图2所示。在DC注入模式中，控制器36运行，以便断开与仅仅一相(例如相a)对应的一条供电线的接触器32，同时，另外两个接触器32仍像旁路模式中那样正常工作并保持闭合。控制器36还以非对称方式运行，以便将延迟(即延迟角)引入到被发送到与相a供电线18的断开接触器对应的晶闸管34的栅极驱动信号，从而修改其开关时间。在一个实施例中，控制器36运行，以便在相a电流上升或下降过零之后将短暂延迟引入相a的仅仅一个导通的晶闸管34(VG1或VG2)的栅极驱动信号。从控制器接收延迟信号的导通的晶闸管34可以为前相导通或后向导通晶闸管。在另一实施例中，前向导通和后向导通晶闸管34从控制器36接收延迟的栅极驱动信号，信号的延迟长度(即延迟角的幅度)对于前向导通晶闸管和后向导通晶闸管不同。当α的延迟角42被加到栅极驱动信号时，电动机线电压(v_ab)38和相电流(i_a)40的波形的实例在图3中示出。

再次参照图2，基于延迟向所选择的导通晶闸管34的栅极驱动信号的引入，导致AC电动机的至少一相的扰动或失真(即相电流的平移(shift)以及线电压中的缺口(notch))，其产生或将DC分量注入电动机线电压和相电流。这些DC分量可通过包含在软启动器30中的电压和电流传感器44对于各个DC注入模式周期测量和确定。由于输入电压和电流中的DC分量不“经过”AC电动机的气隙(即转子/定子气隙)，它们对AC电动机10的转子电路没有影响。因此，具有软启动器30的AC电动机的等效DC模式可如图4所示。

定子电阻R_s可由AC电动机10的端子电压和电流推定。栅极驱动信号的延迟在其中导致的扰动/失真所带来的线间电压和相电流的DC分量的幅度，允许定子电阻R_s的推定：

$R_s=k\·\frac{v_{\mathrm{ab}}^{\mathrm{dc}}}{i_a^{\mathrm{dc}}}$ [公式1]

其中，v_ab ^dc和i_a ^dc分别为电动机线电压v_ab和相电流i_a的DC分量，k为由AC电动机配置决定的常数。也就是说，对于具有Y形布置的绕组的三相AC电动机，k＝2/3。然而，对于单相或多相电动机，或对于替代布置的绕组，k可具有不同的值。另外，尽管公式1显示出相电流对于相a测量且线间电压在相a与b之间测量，还可想到，相电流可对于不同的相测量，线间电压可在相a和不同相之间测量。也就是说，电动机线电压和相电流的DC分量存在于AC电动机的所有相中。电流相因此可对于延迟信号被添加的相(相a)或另一相来测量，线间电压可在相a和任何其他相之间测量。对于单相电动机，注意，线间电压可在单相线和中性线之间测量。

基于由DC信号注入推定的R_s，定子绕组温度T_s可被监视。R_s变化与T_s变化线性成比例如：

${\hat{T}}_s=T_{s0}+\frac{({\hat{R}}_s-R_{s0})}{\mathrm{\μ}\·R_{s0}}$ [公式2]

其中，T_s0和R_s0表示室温时的T_s和R_s，

和

为由DC注入推定的T_s和R_s，μ为电阻率的温度系数。

在由DC分量v_ab ^dc和i_a ^dc从公式1确定定子电阻R_s时，电动机线电压v_ab和相电流i_a被分析。对于小的延迟角α(即α＜30°，见图3)，可以假设电动机线电压v_ab仅仅包含DC分量和供电基波频率(ω_e)分量，如：

$v_{\mathrm{ab}}\≈v_{\mathrm{ab}}^{\mathrm{dc}}+v_{\mathrm{ab}}^{{\mathrm{\ω}}_e}$ [公式3]

类似地，相电流i_a可近似写作：

$i_a\≈i_a^{\mathrm{dc}}+i_a^{{\mathrm{\ω}}_e}$ [公式4]

其中，i_a ^dc和i_a ^ωe分别为i_a的DC分量和线路频率分量。

因此，i_a中的DC分量可近似推导为：

$i_a^{\mathrm{dc}}\≈-\hat{I_a^{{\mathrm{\ω}}_e}}\sin \left(\mathrm{\α}\right)$ [公式5]

其中，

为i_a中的线路频率分量的峰值。所注入的DC电压v_ab ^dc可近似推导为：

$v_{\mathrm{ab}}^{\mathrm{dc}}=\frac{3}{2}{i}_a^{\mathrm{dc}}{R}_s\≈-\frac{3}{2}\hat{I_a^{{\mathrm{\ω}}_e}}{R}_s\sin \left(\mathrm{\α}\right)$ [公式6]

已经确定电压和电流的DC分量，v_ab ^dc和i_a ^dc，定子电阻R_s可根据公式1推定，因此，定子绕组温度T_s可在AC电动机运行的同时实时地根据公式2基于确定的R_s来监视。在本发明一实施例中，控制器36(图1和2)被配置为，如果定子绕组温度超过预定的阈值，产生警报(例如视觉或听觉警报)。警报允许操作者采取希望的动作，例如关闭AC电动机10。

为了获得更为准确的R_s推定，希望较大的延迟角α被引入，以便增大电动机电压和电流中的DC分量的百分比。然而，已经认识到，DC分量的注入引起AC电动机10中的转矩脉动。因此，根据本发明一实施例，控制器36(图1和2)被编程为通过将最大延迟角α引入晶闸管栅极驱动信号来将最大DC分量注入电压和电流，同时，将结果产生的转矩脉动保持在预定公差范围内。

为了确定可接受的延迟角α，对AC电动机中的转矩脉动进行分析。也就是说，使用d-q参照系中的序列分析理论来分析转矩脉动中的主要分量及其与所注入的DC分量的相关性。这些转矩脉动被分解为基波频率的倍数上的分量，其中的每一个可通过观察电动机电流的序列分量来分别监视。因此，定子电压、定子电流、总磁链被描述为d-q静止参照系中的空间向量，并分别定义为

基于这些变量，可根据下式计算气隙转矩T_ag，T_ag为

和

的向量积：

$T_{\mathrm{ag}}=\frac{P}{2}|{\stackrel{\→}{\mathrm{\λ}}}_{\mathrm{dqs}}\⊗{\stackrel{\→}{i}}_{\mathrm{dqs}}|$ [公式7]

其中，p为AC电动机中的极数。在公式7中，磁链向量

可基于定子电压和电流向量来推定为：

${\stackrel{\→}{\mathrm{\λ}}}_{\mathrm{dqs}}=\∫({\stackrel{\→}{v}}_{\mathrm{dqs}}-R_s{\stackrel{\→}{i}}_{\mathrm{dqs}})\mathrm{dt}$ [公式8]

磁通与电流空间向量可被分解为基波频率的倍数上的向量：

${\stackrel{\→}{\mathrm{\λ}}}_{\mathrm{dqs}}={\mathrm{\Σ}}_{n=-\∞}^{+\∞}{\stackrel{\→}{\mathrm{\λ}}}_{\mathrm{dqs}}^{n{\mathrm{\ω}}_e}$ 和 ${\stackrel{\→}{i}}_{\mathrm{dqs}}={\mathrm{\Σ}}_{n=-\∞}^{+\∞}{\stackrel{\→}{i}}_{\mathrm{dqs}}^{n{\mathrm{\ω}}_e},$ n＝0，1，2，...    [公式9]

其中，各个分解得到的向量的上标表示其在向量空间中的旋转方向以及角速度(频率)。注意，由于DC电流和电压对磁通没有影响，

中不存在DC分量。

所注入信号中的各个分量与转矩脉动的相关性可基于这种分解分析来分别评估。磁链向量

和电流向量

所导致的转矩变化的频率为|ω₁-ω₂|。因此，在公式7中确定的气隙转矩可扩展为：

$T_{\mathrm{ag}}=\frac{p}{2}|\left({\mathrm{\Σ}}_{n=-\∞}^{+\∞}{\stackrel{\→}{\mathrm{\λ}}}_{\mathrm{dqs}}^{n\·{\mathrm{\ω}}_e}\right)\⊗\left({\mathrm{\Σ}}_{n=-\∞}^{+\∞}{\stackrel{\→}{i}}_{\mathrm{dqs}}^{n\·{\mathrm{\ω}}_e}\right)|$

$=\frac{p}{2}|{\stackrel{\→}{\mathrm{\λ}}}_{\mathrm{dqs}}^{{\mathrm{\ω}}_e}\⊗{\stackrel{\→}{i}}_{\mathrm{dqs}}^{{\mathrm{\ω}}_e}|+\frac{p}{2}|{\stackrel{\→}{\text{\λ}}}_{\mathrm{dqs}}^{{\mathrm{\ω}}_e}\⊗{\stackrel{\→}{i}}_{\mathrm{dqs}}^{\mathrm{dc}}|+{\mathrm{\ξ}}_T$

$={T_1}^{\mathrm{dc}}+{T_2}^{{\mathrm{\ω}}_e}+{\mathrm{\ξ}}_T$ [公式10]

其中，T₁ ^dc和T₂ ^ωe表示气隙转矩中供电频率ω_e处的基波频率分量和DC分量，ξ_T为剩余的高频转矩分量。忽略定子电流和磁链中的高次谐波，气隙转矩中的DC分量和ω_e分量可分别表示为：

$\left|T_{\mathrm{ag}}^{\mathrm{dc}}\right|\≈\left|{T_1}^{\mathrm{dc}}\right|\≈\frac{p}{2}|{\stackrel{\→}{\mathrm{\λ}}}_{\mathrm{dqs}}^{{\mathrm{\ω}}_e}\⊗{\stackrel{\→}{i}}_{\mathrm{dqs}}^{{\mathrm{\ω}}_e}|$

$\left|T_{\mathrm{ag}}^{{\mathrm{\ω}}_e}\right|\≈\left|{T_1}^{{\mathrm{\ω}}_e}\right|\≈\frac{p}{2}|{\stackrel{\→}{\mathrm{\λ}}}_{\mathrm{dqs}}^{{\mathrm{\ω}}_e}\⊗{\stackrel{\→}{i}}_{\mathrm{dqs}}^{\mathrm{dc}}|$ [公式11]

如在旁路模式中，气隙转矩T_ag ^dc中的DC分量由相电流

中的基波频率分量感应，同时，气隙转矩T_ag ^ωe中的基波频率分量为由所注入DC电流

所导致的转矩失真。注意，DC注入所导致的负序列电流相比于所注入的DC分量是可忽略的，因此，气隙转矩中的主要谐波为由所注入的DC电流导致的基波频率分量T_ag ^ωe。

因此，百分比转矩脉动可使用公式5和11简单推导为：

[公式12]

其中，cos(φ)为功率因数，由此，由于所注入的DC信号导致的百分比转矩脉动可通过控制延迟角α被控制在可接受的范围内。在DC注入模式的软启动器30的运行过程中，延迟角通过监视定子电流的DC与负序列分量受到调节，结果，转矩脉动被保持在预设的公差范围内。在转矩脉动在公差范围下的同时，延迟角可逐渐增大，直到到达最优延迟角。在一个实例中，延迟角被控制在10°和25°之间，使得由于所注入DC信号导致的转矩脉动在预设的公差范围内。

由于DC注入导致电动机和软启动器中的转矩脉动和额外的功率损耗，给定典型的电动机热时间常数，没有必要连续注入dc信号并推定R_s和T_s。软启动器30因此可以以预定的重复速率周期性地运行在DC注入模式，并对于电动机运行的其余部分以旁路模式运行。软启动器30对于这样的最小时间间隔运行在DC注入模式：其足够获得R_s的准确推定，同时，小到足够不导致不可接受的转矩脉动和附加功率损耗。

给定典型的电动机热时间常数，依赖于实际应用的需要，软启动器30以每5-10分钟一次的周期速率运行在DC注入模式通常足够用于热保护目的。然而，可以想到，基于电动机参数和用户对电动机的操作，软启动器可更为频繁或更不频繁地(即更大或更小的周期速率)运行在DC注入模式。如上所述，DC注入模式中软启动器30的各次运行持续足够获得R_s的准确推定的最小时间间隔。这样的时间间隔可以为例如0.5秒，并能每5-10分钟重复，但也能想到更长或更短的DC注入模式间隔。DC分量的足够大数量的采样在该时间间隔中被测量且被确定，以便允许R_s的准确推定。在DC注入模式运行的此时间间隔之后，软启动器30中的控制器36(图1和2)运行以便闭合所有接触器32，从而将软启动器返回到正常的旁路运行。

将会想到，在由注入DC分量确定定子电阻时，可以考虑其他的参数/变量。例如，由于v_ab ^dc和i_a ^dc在DC注入模式中从v_ab和i^a的平均值获得，电压和电流测量中的DC偏移影响R_s推定的准确性。因此，测量的DC偏移可被补偿。根据本发明一实施例，假设供电电压中的DC分量能被忽略，偏移可通过对于各个DC注入模式周期之前当不存在注入DC信号时旁路模式的整数个周期的v_ab和i_a的平均值计算。例如，对于各个DC注入模式之前旁路模式的15个周期的v_ab和i_a的平均值测量可被计算为测量偏置。在补偿测量偏置之后，R_s计算的公式从公式1改为：

$R_s=k\·\frac{(v_{\mathrm{ab}}^{\mathrm{dc}}-v_{\mathrm{offset}})}{(i_a^{\mathrm{dc}}-i_{\mathrm{offset}})}$ [公式13]

类似于公式1，对于具有Y形布置的绕组的三相AC电动机，常数k＝2/3。

在本发明另一实施例中，如果软启动器30被安装在电动机控制中心(未示出)中且电动机端子24、26、28(图1)不能接触，考虑将AC电动机10连接到软启动器30的电缆的电阻。也就是说，由于电缆的电阻相比于R_s可能不能忽略，公式1给出的R_s推定变为：

$R_s=k\·\frac{v_{\mathrm{ab}}^{\mathrm{dc}}}{i_a^{\mathrm{dc}}}-R_{\mathrm{cable}}$ 或 $R_s=k\·\frac{v_{\mathrm{th}}^{\mathrm{dc}}}{i_a^{\mathrm{dc}}}-R_{\mathrm{cable}}-R_{\mathrm{source}}$ [公式14]

其中，再一次地，例如，对于具有Y形布置的绕组的三相AC电动机，k＝2/3。

为了获得准确的R_s推定，电缆电阻必须通过R_cable的测量或推定进行补偿。当测量R_cable不可行时，给定American Wire Gauge(AWG)标准中的电缆号，R_cable可基于由AWG标准给出的电阻率ρ、电缆近似长度l、环境温度T_A来推定为：

${\hat{R}}_{\mathrm{cable}}=\mathrm{\ρl}+\mathrm{\μ\ρl}(T_A-T_0)$ [公式15]

其中，μ为电阻率的温度系数，T₀为室温，假设电缆温度与室温一样。

注意，上面所述的用于将DC分量注入AC电动机电源的系统和方法使得在不需要速度和转矩变送器等任何其他传感器的情况下仅仅使用电动机端子电压和电流进行在线R_s推定成为可能。这种布置允许在AC电动机运行的同时用于确定定子绕组电阻的非侵入性、无传感器且低成本的技术。

所公开的方法和设备的技术贡献在于，其提供了一种对于AC电动机热保护确定定子绕组电阻的计算机实现的技术。该技术控制电动机控制装置中的开关的开关时间，从而在对应于到AC电动机的输入的电动机控制装置输出中产生DC分量，并由DC分量确定定子绕组电阻。定子绕组的温度也能基于定子绕组电阻在该技术中确定。

因此，根据本发明一实施例，确定AC电动机的定子绕组电阻的电动机控制装置包含一电路，该电路具有可连接到AC源的输入和可连接到AC电动机输入端子的输出。该电路还包含至少一个接触器以及至少一个开关，以便控制AC电动机的电流和端子电压。电动机控制装置还包含控制器，其被连接到该电路，并被配置为改变所述至少一个开关的开关时间，以便在与到AC电动机的输入对应的电动机控制装置的输出中产生DC分量，基于电压和电流的所注入的DC分量来确定AC电动机的定子绕组电阻。

根据本发明另一实施例，在没有增加的传感器的情况下确定AC电动机的定子绕组电阻的方法包含以下步骤：在AC电源和AC电动机之间串联提供软启动器，软启动器包含至少一个接触器以及至少一个固态开关，以便调节到AC电动机的电压和电流。该方法还包含以下步骤：以旁路模式和DC注入模式有选择地运行软启动器，其中，旁路模式对DC注入模式进行旁路，用于正常运行，且其中，以DC注入模式运行软启动器包含断开用于一相的接触器，并将其中具有延迟角的栅极驱动信号传送到对于所述一相的所述至少一个固态开关，由此，将DC偏置引入到DC电动机的相中。以DC注入模式运行软启动器也包含测量提供到AC电动机的电压和电流中的DC偏置，并基于所测量的DC偏置来确定定子绕组的电阻。

根据本发明又一实施例，用于控制从AC电源到具有定子绕组的感应电动机的电压和电流传送的软启动器包含多个供电线，每个供电线对应于感应电动机的一相。软启动器还包含：所述多个供电线的至少一个上的至少一个固态开关，以便调节到感应电动机的电动机线电压和相电流；处理器，其被编程为延迟一个供电线上的所述至少一个固态开关的开启，以便在其中产生DC分量，并基于DC分量确定定子绕组的电阻。

已经在优选实施例的意义上介绍了本发明，将会明了，除明确介绍以外的等价、替代和修改是可能的，并属于所附权利要求的范围。

Claims (20)

1.一种确定AC电动机的定子绕组电阻的电动机控制装置，其包含：

电路，其具有可连接到AC源的输入和可连接到AC电动机输入端子的输出，该电路包含至少一个接触器以及至少一个开关，以便控制AC电动机的电流和端子电压；以及

控制器，其被连接到该电路，并被配置为：

改变所述至少一个开关的开关时间，以便在与到AC电动机的输入对应的电动机控制装置的输出中产生DC分量；以及

基于电压和电流的DC分量，确定AC电动机的定子绕组电阻。

2.根据权利要求1的电动机控制装置，其还包含多个接触器和多个开关，其中，接触器和一对开关对应于多相AC电动机的各相，且其中，控制器改变开关时间，以便在到多相AC电动机的至少一相中导致扰动。

3.根据权利要求2的电动机控制装置，其中，控制器被进一步配置为：

有选择地断开以及闭合对应于AC电动机的一相的一个接触器；以及

有选择地将栅极驱动信号传送到对应于所述一相的所述一对开关，其中，被传送到所述一对开关中的一个的栅极驱动信号相比于到另一开关的栅极驱动信号受到延迟，以便将DC分量注入AC电动机的各相。

4.根据权利要求2的电动机控制装置，其中，所述多个开关为固态开关，并包含多个晶闸管，且其中，对应于AC电动机中的各相的所述一对开关包含反并联布置的一对晶闸管。

5.根据权利要求1的电动机控制装置，其中，控制器被进一步配置为控制所述至少一个开关的开关时间中的延迟，以便控制AC电动机的转矩脉动。

6.根据权利要求1的电动机控制装置，其中，控制器被进一步配置为在AC电动机运行的同时实时地基于所确定的定子电阻来确定定子绕组的温度，且其中，电动机控制装置为软启动器和电机驱动器中的至少一个；且

其中，控制器被进一步配置为，如果定子绕组温度超过预定的阈值，产生警报。

7.根据权利要求1的电动机控制装置，其中还包含电压和电流传感器，且其中，控制器确定改变的开关时间在其中导致的扰动所带来的线间电压和相电流的DC分量的幅度。

8.根据权利要求1的电动机控制装置，其中，控制器被配置为在电动机运行过程中在预定的时刻周期性地改变开关时间。

9.根据权利要求8的电动机控制装置，其中，控制器被进一步配置为测量在所述多个预定时刻的每一个上注入的DC分量。

10.根据权利要求1的电动机控制装置，其中，控制器被进一步配置为：

确定电压偏移和电流偏移；以及

从电压以及电流偏移中减去电压和电流中的DC分量，以便确定定子绕组的电阻。

11.根据权利要求1的电动机控制装置，其中，控制器被进一步配置为在DC分量中补偿电缆电阻，以便确定定子绕组的电阻。

12.一种在没有增加的传感器的情况下确定AC电动机的定子绕组电阻的方法，其包含：

在AC电源和AC电动机之间串联提供软启动器，软启动器包含至少一个接触器以及至少一个固态开关，以便调节到AC电动机的电压和电流；

以旁路模式和DC注入模式有选择地运行软启动器，其中，以DC注入模式运行软启动器包含：

断开用于一相的接触器；

将其中具有延迟角的栅极驱动信号传送到对于所述一相的所述至少一个固态开关，由此，将DC偏置引入到DC电动机的相中；

测量提供到AC电动机的电压和电流的DC偏置；

基于所测量的DC偏置来确定定子绕组的电阻；且

其中，旁路模式对DC注入模式进行旁路，用于正常运行。

13.根据权利要求12的方法，其还包含：根据下式基于所确定的定子绕组电阻来确定定子绕组的温度：

${\hat{T}}_s=T_{s0}+\left(\frac{{\hat{R}}_s-R_{s0}}{\mathrm{\μ}\·R_{s0}}\right)$

其中，T_s0和R_s0表示室温下的定子绕组温度和定子绕组电阻，

为由DC注入确定的定子绕组电阻；μ为电阻率的温度系数。

14.根据权利要求13的方法，其还包含：如果定子绕组的温度超过预定的阈值，产生警报。

15.根据权利要求12的方法，其还包含：调节延迟角的值，以便改变引入各相的DC偏置的等级。

16.根据权利要求12的方法，其还包含：以预定的周期速率，以DC注入模式运行软启动器。

17.根据权利要求12的方法，其中，测量DC偏置包含测量多相软启动器中的至少一个线间电压和至少一个电流。

18.一种用于控制从AC电源到具有定子绕组的感应电动机的电压和电流传送的软启动器，其包含：

多个供电线，每个供电线对应于感应电动机的一相；

所述多个供电线的至少一个上的至少一个固态开关，以便调节到感应电动机的电动机线电压和相电流；以及

处理器，其被编程为：

延迟一个供电线上的所述至少一个固态开关的开启，以便在其中产生DC分量；以及

基于DC分量确定定子绕组的电阻。

19.根据权利要求18的软启动器，其中，处理器被进一步编程为：

基于所确定的定子绕组的电阻，确定定子绕组的温度；以及

如果定子绕组的温度超过预定的阈值，产生警报。

20.根据权利要求18的启动器，其中，处理器被进一步编程为：

监视感应电动机中的转矩脉动的量；以及

调节开启中的延迟，以便将转矩脉动保持在希望的公差范围内。

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