CN102577082A - 至少用于确定旋转或者直线同步电机的转子位置的方法 - Google Patents

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Abstract

用于确定旋转或者直线同步电机的转子位置的方法，所述同步电机也可以通过分析电机对于两个时间上错开的以及转动＞±90°的电压脉冲的电气响应而通过LC滤波器供电。

Description

至少用于确定旋转或者直线同步电机的转子位置的方法
用于旋转或者直线同步电机的调节系统仅在足够准确地知晓电机的转子的当前位置时才能够满意地工作。特别在从静止状态起动电机时对于在正确的方向上受控的运动重要的是了解转子磁场的矢量的方向，其可以从转子位置确定。
为确定转子位置经常直接使用轴编码器，然而它在购买和保养中较贵此外容易受干扰。因此已经有一些能够不用直接的轴编码器确定转子位置的方法。一种这样的方法例如在WO 92/19038中公开。然而该已知的方法仅能用于直接从变流器控制的电机。然而为避免电机中的热损失越来越多在电机前接入LC滤波器。在如此运转的电机中不能使用已知的方法。
本发明的任务在于建议一种用于至少确定旋转或者直线同步电机在静止状态下的转子位置的方法，其也可以在具有前接的LC滤波器的电机中使用，并且用该方法能够以高的精度确定转子位置。
该任务通过用于确定至少旋转或者直线同步电机在静止状态下的转子位置的方法解决，它的特征在于下述步骤：
-在时间点t＝t0并且持续时间t1-t0对于电机施加第一电压脉冲；
-在时间点t＝t2＞t0测量其中至少两相的定子电流；
-从为至少两相测量的定子电压计算理想化的模型电机的理想化的定子电流；
-通过求测量的定子电流和理想化的定子电流之间的差计算第一差电流空间矢量；
-在时间点t＝t3＞t2并且持续时间t4-t3对于电机施加第二电压脉冲，其对于第一电压脉冲旋转大于±90°；
-在时间点t＝t5＞t3测量其中至少两相的定子电流；
-从为至少两相测量的定子电压计算理想化的模型电机的理想化的定子电流；
-通过求测量的定子电流和理想化的定子电流之间的差计算第二差电流空间指针；
-借助已确定的差电流空间指针的线性组合确定转子位置。
本发明的方法的特征在于两个测量过程，其中对于每一个测量过程分别仅必须在任意一相中在电机上接入一个电压脉冲。通过分析电机的电气响应确定转子位置。对于电机的电气响应的分析用本发明的方法当在电机前接入一个LC滤波器时也可以进行。但是不言而喻该方法在没有LC滤波器的电机情况下也有作用。用该方法能够确定的转子位置的精度相对于已知的方法进一步改善。
本发明的重要之点在于确定差电流空间指针，其中从测量的定子电压计算理想化的模型电机的理想化的定子电流。这里假定一个没有公差的完全对称的电机作为理想化的模型电机。
本发明的方法也可以用于在低的圆频率下确定电机的转子位置和/或圆频率。为此可以在预定的时间点给电机施加另外的电压脉冲，并且测量定子电流并计算另外的差电流空间指针并且确定转子位置，以及为使电机模型向真正的电机匹配而使用测量的量，和借助对其供给了已确定的转子位置的自适应的电机模型确定转子位置，该转子位置又用于修正第一电机模型。从第一电机模型确定查找的转子位置和/或圆频率。
也就是说为在低的圆频率的情况下确定转子位置和/或圆频率原理上例如在静止状态下继续进行测量。从产生的差电流计算的转子位置供给一个自适应的电机模型，其由此向真正的电机适应。另一个电机模型以测量的定子电流和通过自适应的电机模型确定的转子位置为基础。然后借助根据独立适应而非常好地模拟真正的电机的电机模型能够计算用于转子位置的在测量点之间存在的内插值。
通过电压脉冲在电机中有目的地引起一种磁的各向异性。测检该各向异性并且从中确定转子位置。为此仅需分析电机的电气响应。决不需要电机有任何变化。本方法既能够在永磁的也能够在外部激励的旋转或者直线同步电机中应用。
在本发明的方法的一种优选的实现中通过第一和第二差电流空间指针的求和和求差确定转子位置。这里人们可以从差电流空间指针的和准确地确定转子所在的扇区，从差电流空间指针的差可以确定转子在该扇区内的精确的位置。由此唯一地并且以高的精度确定转子位置。
理想化的定子电流的计算可以优选从测量的定子电压在忽略定子电阻的情况下通过积分计算。这里该积分在从给电机施加电压脉冲的时间点到测量时间点的时间区间上进行。
在本发明的方法中给电机的哪个相施加电压脉冲不重要。通过测量定子量的电气响应t能够在所有情况下进行转子位置的计算。所施加的电压脉冲的方向也可以自由选择，只要两个测量步骤的电压脉冲具有＞±90°的相对旋转量。
为在任何情况下都能够可靠地排除测量错误，适宜的是电压脉冲的脉冲持续时间选择得小于t2-t0和小于t5-t3。与根据WO 92/19038的方法相反，分别在每一测量步骤仅需要一个电压脉冲。
为初始化理想化的电机模型可以在给电机施加电压脉冲之前测量两个相内的定子电流。
然后当如此选择单次测量的测量时间t2和t5，使得通过施加的电压脉冲引起的定子电流能够尽可能好地使电机饱和或者去饱和时，能够以特别简单的方式分析测量结果。
附图中：
图1表示具有前接的LC滤波器的同步电机的等效电路图；
图2表示时间流程图；
图3表示本发明的方法的测量和分析步骤的原理图；
图4表示为小的圆频率的范围使用的电机模型。
图1表示同步电机和LC滤波器在电机静止的状态下的等效电路图。该同步电机通过定子电压、定子电流以及相电感
Figure BPA00001499084800031
和定子电阻Rs表征。给同步电机通过具有电感Lf和电容Cf的LC滤波器施加电压脉冲
Figure BPA00001499084800032
在施加第一电压脉冲
Figure BPA00001499084800033
后的时间t0后借助询问单元10和20，如图3所示，测量定子电流
Figure BPA00001499084800034
和理想化的定子电流
Figure BPA00001499084800035
理想化的定子电流从测量的定子电压计算。从测量的定子电流计算第一差电流空间矢量。给同步电机通过具有电感Lf和电容Cf的LC滤波器在时间点t＝t3施加第二电压脉冲，其对于第一电压脉冲旋转大于±90°。在时间t5后那时借助询问单元30和40重新测量定子电流和模拟的定子电流。从这些测量的定子电流计算第二差电流空间矢量。接着从这些差电流空间矢量计算差和和，并且通过另外的计算在分析单元50内确定查找的转子位置。该测量和转子位置确定能够以类似的方式在缓慢运行的电机中在规定的测量时间点进行。在测量之间可以通过一个自适应的电机模型和一个电机模型，如图4所示，如此确定转子位置，使得能够连续地确定转子位置以及圆频率。

Claims (10)

1.用于确定至少旋转或者直线同步电机在静止状态下的转子位置的方法，其特征在于具有下述步骤：
-在时间点t＝t0并且持续时间t1-t0对于电机施加第一电压脉冲；
-在时间点t＝t2＞t0测量其中至少两相的定子电流；
-从为至少两相测量的定子电压计算理想化的模型电机的理想化的定子电流；
-通过求测量的定子电流和理想化的定子电流之间的差计算第一差电流空间矢量；
-在时间点t＝t3＞t2并且持续时间t4-t3对于电机施加第二电压脉冲，其相对于第一电压脉冲旋转大于±90°；
-在时间点t＝t5＞t3测量其中至少两相的定子电流；
-从为至少两相测量的定子电压计算理想化的模型电机的理想定子电流；
-通过求测量的定子电流和理想化的定子电流之间的差计算第二差电流空间指针；
-借助已确定的差电流空间指针的线性组合确定转子位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为也在低的圆频率下确定电机的转子位置和/或圆频率，在预定的时间点给电机施加另外的电压脉冲，并且测量定子电流和定子电压，以及计算差电流空间指针，和由此计算转子位置，该转子位置被供给自适应的电机模型，该自适应的电机模型使另一个电机模型适应真正的电机，并且给它持续供给测量的定子电流，以及从其中为转子位置和/或圆频率确定连续的信号。
3.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，转子位置通过从第一和第二差电流空间指针求差和求和确定。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，从差电流空间指针的和可精确确定转子所位于的扇区，从差电流空间指针的差可以确定转子在该扇区内的精确的位置。
5.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，理想化的定子电流从测量的电压在忽略定子电阻的情况下通过积分计算。
6.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，给电机的任意相施加电压脉冲。
7.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，运转带有或者不带有前接的LC滤波器的旋转或者直线同步电机。
8.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，电压脉冲的脉冲持续时间选择得小于t2-t0或者小于t5-t3。
9.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在给电机施加电压脉冲之前测量其中两相中的定子电流。
10.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，选择单次测量的测量时间Δt，使得通过加上的电压脉冲引起的定子电流能够尽可能好地使电机饱和或者去饱和。
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