CN102150358B - 用于变换器的控制或调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于变换器的控制或调节方法，所述变换器为电机供电，其中检测电流空间矢量作为电机电流，设定电机电压、特别是电压空间矢量，其中确定感生电压空间矢量(公式A)，将所述感生电压空间矢量输送给积分器，产生磁通空间矢量，该磁通空间矢量的角位置垂直于电压空间矢量，其中磁通空间矢量的大小相当于一预先给定的额定值，将积分结果与如此产生的磁通空间矢量之间的差作为反馈应用在积分器中。

Description

用于变换器的控制或调节方法

技术领域

本发明涉及一种用于变换器的控制或调节方法。

背景技术

为了动态调节感应式电机，获知磁通空间矢量的方向是必要的前提条件。在同步电机的情况下，磁通空间矢量的方向与转子位置具有固定的关系。出于这个原因，为调节电机大多使用位置传感器，所述位置传感器测量转子相对于定子的位置并传递给变换器中的调节装置。该方法还可通过下述方式应用在异步电机中，即除了所测得的转子位置外还附加地在调节装置内模拟转差角并将该转差角附加给转子位置。因此，在此也已知磁通空间矢量的相对于定子的方向。

这种方法的缺点在于必须使用位置传感器，因为位置传感器不仅提高了用于位置传感器、敷设电缆的成本，而且还提高了变换器中的必要的分析处理装置的成本。

因此，为了能省略位置传感器，需要由本来就用于变换器的电参数来确定磁通空间矢量的位置。

已知，可以由定子电压和定子电流以下述公式来确定转子磁通矢量：

ψ _R＝∫(u _S-R_S·i _S)·dt-L_S·i _S

即，要得到感生电压的时间上的积分。为此，可对施加在电机的定子端子上的电压减去定子绕组上的欧姆电压降所得的差进行时间积分，然后从所得积分中减去通过定子电流引起的磁通分量L_S·i _S。

在此问题是，在要得到的积分中涉及开型积分，其中在要积分的量的检测结果中已经非常小的偏移也会导致积分结果偏差很大/漂移很远，进而以随时间增大而增大的方式对磁通空间矢量进行错误的建模。

为了避开这个问题，在作者为C.Silva等人的出版物“Hybrid RotorPosition Observer for Wide Speed-Range Sensorless PM Motor DrivesIncluding Zero Speed”，IEEE Transactions on Industrial Electronics，Vol.53，No.2，April 2006中已知一种磁通矢量观测模型，该磁通矢量观测模型使用反馈以降低或者克服积分器的偏差/漂移，该模型通过比例项反馈积分结果、即转子磁通空间矢量。以这种方式，防止积分内容的大的偏差。然而该方法的缺点在于，这样求得的磁通空间矢量模拟值在电机转速越低时越大地偏离于电机的真实的磁通空间矢量。因此，该方法仅能在有限的范围内、即在所给定的极限频率之上使用。最小能使用的极限频率取决于对反馈的放大因子的选择，然而该最小能使用的极限频率不能如所希望的那样地选择得任意小，因为否则不再能确保所要求的对大的偏差的抑制。在测量信号的偏移本身消失时，积分结果的用于有效抑制偏差所需的反馈也使所观测到的磁通空间矢量产生失真。

在出版物1.Silva，C.；Araya，R.：“Sensorless Vector Control ofInduction Machine with Low Speed Capability using MRAS with Drift andInverter Nonlinearities Compensation”in EUROCON，2007，TheInternational Conference on“Computer as a Tool”，9-12 Sept.2007，Pages：1922-1928中，在图1中示出“磁通推定量”，由所述积分结果得到该值，并且该值与预先给定的额定值进行比较。在此得到两个值的差。这是一标量，即不是差矢量。现在由所述标量差值形成矢量，如此选择该矢量的方向，使得所述方向与积分结果的方向、即，要得到的模拟值一致，其中该矢量的大小通过上述标量差值来确定。现在将该矢量用作反馈量以微调模拟值。模拟值的修正总是仅在径向方向上实现，即仅改变大小而不修正角度。显然，反馈量不代表电机的真实的物理磁通空间矢量或者用于修正磁通空间矢量模拟值的磁通差矢量，因为该磁通差矢量的方向由偏差的积分结果本身来确定并因此几乎从不修正。在积分器的偏差消失的情况下，被反馈的量也消失。但是在偏差存在的情况下，反馈量不垂直于电机电压空间矢量。因此，反馈量不平行于电机的实际物理磁通空间矢量。

发明内容

因此本发明的目的是：改进一种用于变换器的控制或调节方法，其中要改善所述调节，特别是要改进调节质量。根据本发明，这通过一种方法来实现，所述方法在频率小时也不会引起模拟磁通空间矢量的失真。根据本发明，所述目的通过根据在权利要求1或2中给出的特征所述的、用于变换器的控制或调节方法来实现。

在用于为电机供电的变换器的控制或调节方法中的重要特征是，检测一电流空间矢量作为电机电流，调节电机电压、特别是一电压空间矢量，

其中确定一感生电压空间矢量U _I，将所述感生电压空间矢量输入一积分器，

在所述积分器上设置这样的反馈，使得在积分结果的偏差消失时所述反馈量同样也消失。

其优点是，在偏差消失、即模拟结果尽可能与真实的物理值一致时，所述反馈消失，进而不会产生由原理决定的偏离。此外，电机模型连同转动方向信息的本来就已知的值足够作为用于本发明方法的输入参数。

换言之，在本发明中根据权利要求2的用于为电机供电的变换器的控制或调节方法方面的重要特征是，检测一电流空间矢量作为电机电流，调节电机电压、特别是一电压空间矢量，

其中确定一感生电压空间矢量U _I，将所述感生电压空间矢量输入一积分器，

产生一磁通空间矢量，该磁通空间矢量的角位置垂直于所述电压空间矢量，

其中所述磁通空间矢量的大小相当于一预先给定的额定值，

将积分结果与如此产生的磁通空间矢量之间的差作为反馈应用在积分器中。

其优点是，没有通过反馈产生与转速有关的误差，而是在反馈消失时，偏差也消失。此外，还可以有利地将含有噪声的量用作反馈量，在此之前本领域技术人员会避免将该含有噪声的量作为调节量。通过积分，该噪声近似被平滑和受到抑制——类似于低通滤波器。

在本发明中，将由参考磁通空间矢量与积分结果——即模拟磁通空间矢量本身——得出的矢量差用作反馈量，该参考磁通空间矢量相当于物理磁通空间矢量。因此模拟值的修正可以在任意方向上实现，因而以不仅改变大小而且修正角度的方式起作用。在此起决定性作用的是，本发明所使用的参考磁通空间矢量与实际的电机磁通空间矢量非常好地协调一致，因为其方向由实际的电机电压获得。但同时，所述量在未积分的情况下获得，因而是由原理决定地无偏差的。

在一种有利的设计方案中，使积分结果与如此产生的磁通空间矢量之间的差乘以一因子并加上或减去积分器的被积函数/被积分的量。其优点是，利用所述因子可降低反馈的作用，进而可以慢慢地消除积分器的偏差。

在一种有利的设计方案中，所述磁通空间矢量的大小被选择成适用于电机的磁通额定值，特别是其中所述磁通额定值在将电机设计成同步电机时通过由设置在转子上的永磁体引起的磁化产生，而在将电机设计成异步电机时相当于磁通充磁(aufmagnetisiert)值。其优点是，可使用由电机数据已知的值，并因此能以简单的方式来确定参考磁通空间矢量。

在一种有利的设计方案中，所产生的磁通空间矢量的角位置选择成，相对于被积函数、即感生电压空间矢量的角位置视转动方向而定+90°或-90°。其优点是，电机的物理量可以理想地、进而简单且快速地、且以少量的计算成本来仿真。

在一种有利的设计方案中，空间矢量位于一平面中，所述平面的法线沿轴向指向。其优点是，计算成本低。

在一种有利的设计方案中，被积函数是感生电压

其优点是，可将已知的电机模型用于异步电机以及同步电机。

在一种有利的设计方案中，积分结果的偏差消失时，反馈量同样也消失。其优点是，不存在与转速有关的误差，该误差随着转速减小而增加。其它优点在从属权利要求中给出。

附图标记列表：

U _I感生电压空间矢量

感生电压空间矢量的角位置

ψ _ref用于磁通空间矢量的比较值、参考磁通空间矢量

ψ_Nenn磁通的额定值

ψ _mod磁通空间矢量的模拟值

具体实施方式

现在借助附图更详细地阐述本发明：

变换器包括一由单相或三相电网供电的整流器，该整流器的单极输出电压被输送给平滑电容器、即所谓的中间电路电容器，由所述平滑电容器为作为末级的、由电路中断器形成的三个半桥供电。每个半桥包括一具有至少两个电路中断器的串联电路，所述至少两个电路中断器分别被以脉宽调制的方式驱控/触发。用于所述电路中断器的控制信号在一电子电路、特别是一信号电子装置中产生，其中所述电子电路或信号电子装置与用于检测电机电流、即电流空间矢量的器件相连接。

为此对在三个为电机供电的定相线(Phasenleitung)中的电流进行检测，或者替代地，借助一个或多个分流电阻检测分别在每个半桥中流动的电流。为了调节电机电压、即电压空间矢量，检测中间电路电压的瞬时值就足够了，其中可借助确定的脉冲宽度来调节电压空间矢量、即电机电压。因此，在考虑中间电路电压的情况下通过调节脉冲宽度，可将电机电压用作操纵量。

在信号电子装置中实施一种调节方法，其中确定由变换器供电的电机的模拟值，特别是也确定作为模拟值的定子磁通。计算

其中对这个结果进行积分以形成磁通ψ _mod。在此为了降低积分器的偏差可以考虑使用一反馈，该反馈从积分器的输入值中减去与积分器的结果成比例的磁通。

在图2中示出相对于图1的改进方案。在此，视转速的符号而定、即根据转动方向，在被积函数U _I的自变量的值上、即感生电压空间矢量的角位置上加上

或从被积函数U _I的自变量的值中、即感生电压空间矢量的角位置中减去

这个运算的结果给出一角度

关于该角度

形成一磁通空间矢量ψ _ref，该磁通空间矢量ψ _ref的长度为适用于电机的磁通额定值，而其角位置相当于角位置在电机被设计成同步电机时，该额定值可借助位于转子上的永磁体来获知。在电机被设计成异步电机时，该额定值在转子充磁后达到；仅在充磁期间或在其它极限的动态过程中存在相对于该值的偏离。

在用转子磁通定向的坐标系中的坐标图在图2中以分量ψ_Nenn和0表示。但然后，该磁通的空间矢量在用定子定向的坐标系中示出，而两个相应的分量用作反馈量以降低积分器的偏差。在此重要的是，得到磁通空间矢量ψ _ref与积分器的输出值之间的差，并将该差值与一因子相乘后引入到积分器的输入值中，即从被积函数中减去所述差。

在此，本发明的重要优点是，反馈量只有在积分器的偏差不存在时才消失。以这种方式，通过反馈量在积分结果中不产生错误的偏离，特别是不产生与转速有关的误差量。

如果与此相比如在现有技术中那样积分结果通过传递环节、例如比例项来反馈，则会形成磁通ψ _mod在其相位方面的随着变小的频率而增大的误差。因此，磁通空间矢量的模拟量在频率变得较小时总是不太能与电机中的磁通空间矢量的实际物理量相对应。

在本发明中，反馈给积分器输入值的量有利地从对积分的模拟磁通ψ _mod和参考磁通ψ _ref的比较中获得，其中该参考磁通由原理决定不受偏差(的影响)。此外，参考磁通由本来就存在的量来确定。该参考磁通按其本质来说与电机中的真实的磁通空间矢量一致，由此，积分的模拟磁通空间矢量与参考磁通空间矢量之间的差的反馈对积分的模拟磁通没有失真的影响。这一点在频率非常小时仍然适用。

因此可以使用较大的转速范围，特别是较小转速的方向，因为即使在最小的频率时也能确定磁通空间矢量的基本正确的角位置。

在此申请中，“垂直”应理解成稍微偏离90°的角度。偏离越大则为要求的转矩所需的电流就越大。

Claims (9)

1.一种用于变换器的控制或调节方法，所述变换器为电机供电，

其中检测一电流空间矢量作为电机电流，调节电机电压即一电压空间矢量，

其特征在于，

确定感生电压空间矢量

将所述感生电压空间矢量输入一积分器，

产生一磁通空间矢量，该磁通空间矢量角位置垂直于所述电压空间矢量，

其中所述磁通空间矢量的大小相当于一预先给定的额定值，

将积分结果与如此产生的磁通空间矢量之间的差作为所述积分器的反馈，

在积分结果的偏差消失时，反馈量同样也消失。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使积分结果与如此产生的磁通空间矢量之间的差乘以一因子并加上或减去积分器的被积函数。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述磁通空间矢量的大小选择成适用于电机的磁通额定值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述磁通额定值在将电机设计成同步电机时通过由设置在转子上的永磁体引起的磁化来产生，而在将电机设计成异步电机时相当于磁通的充磁值。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，如此选择所述磁通额定值，使得在将电机设计成异步电机时所述磁通额定值相当于在变换器的其余调节中所使用的磁通给定值。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所产生的磁通空间矢量的角位置选择成，相对于被积函数即感生电压空间矢量的角位置视转动方向而定地前移或后移。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所产生的磁通空间矢量的角位置选择成相对于被积函数的角位置+90°或-90°。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，各空间矢量位于一平面中，所述平面的法线沿轴向取向。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述积分器的被积函数是 ${\underset{-}{U}}_I={\underset{-}{U}}_S-R_S\·{\underset{-}{I}}_S-L_S\·\frac{d{\underset{-}{I}}_S}{\mathrm{dt}}.$

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