CN104365008B - 用于排除网络中的故障的调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于减少网络(2)中的电故障、特别是颤动的调节装置(1)，通过电动机(4)的力矩波动引起电故障。为了简单地并且低成本地最小化或者甚至排除这种故障，建议一种调节装置(1)。该调节装置(1)具有用于输送输入信号(8)的至少一个第一输入端(7)，该输入信号包含适合用于测定通过力矩波动引起的网络的负荷的信息，以及用于将输出信号(10)输送给供给电动机(4)的至少一个整流器(3)的至少一个输出端(9)。由此能够减少或者以理想的方式排除因为电动机(4)的力矩波动在网络(2)中引起的电故障。

Description

用于排除网络中的故障的调节装置

技术领域

本发明涉及一种用于减少网络中的电故障、特别是颤动的调节装置，这些故障是通过电动机的力矩波动引起的。本发明还涉及一种具有这种调节装置的系统以及一种用于借助这种调节装置减少网络中由电动机的力矩波动引起的电故障、特别是颤动的方法。

背景技术

网络中的故障、例如颤动的起因是与网络电连接的驱动装置的力矩波动。在驱动装置中，经由整流器供给的电动机与机械负载或者与机械源耦合。当机械负载、例如活塞式压缩机，或者机械源、例如内燃机，具有波动的力矩变化曲线时，可能形成故障。这导致网络电流中的波动，然后这些波动可能引起网络中的故障。电动机不仅可以作为马达运行，使得它将电能转换成机械能以便借此驱动负载，并且当其将机械能转换成电能以便借此产生电能时，它还可以发动机式地运行。整流器用于控制能量流。属于整流器的有整流器调节系统，此外还用于接收额定值信号。该整流器调节系统可以位于紧邻整流器的附近，特别是位于整流器的同一个开关柜中，或者在空间上分开布置。马达转轴上的例如因为活塞压缩机运行引起的不均匀的机械负荷导致网络的不均匀的电负荷，这可以以网络故障形式、例如颤动体现出来。电动机的不均匀的机械负荷由此可以得到缓冲并减少，即，在马达转轴上使用大旋转质量。该旋转质量减少了对电动机的电方面上的干扰性影响。然而，旋转质量增大了构造体积、重量并且因此也甚至部分地明显增加了马达单元的成本。

发明内容

本发明的目的在于，以简单的并且低成本的方式将电故障最小化或以理想化的方式将其排除，这些电故障是通过经由与网络连接的整流器供给的电动机上的负载或电源运行时的力矩波动引起的。

该目的通过一种用于减少网络中的电故障、特别是颤动的调节装置来实现，这些电故障通过至少一个电动机的力矩波动引起，其中，该调节装置具有：用于输送输入信号的至少一个第一输入端，该输入信号包含适合用于通过力矩波动测定的网络负荷的信息；并且具有用于将输出信号输送给供给电动机的至少一个整流器的至少一个输出端，用于减少通过电动机的力矩波动在网络中引起的电故障。

本发明的基本认识是，通过处理关于通过力矩波动造成的网络负荷的信息以惊人的方式将网络中的故障最小化或者说甚至将其排除。

在此，调节装置干涉到机械能和电能的协同作用中，其中，在该布置中，整流器用作执行机构。为此，调节装置获得关于网络负荷的相应信息作为输入参量。为了对网络负荷起反作用，根据输入信号生成相应的输出信号并且传输给作为执行机构的整流器。这种调节系统的主要优点是，能够消除或者至少减少旋转质量。因此，除了重量更小并且成本更低以外，同时实现了驱动件的高动态。

在有利的构造方案中，输入信号包含关于由至少一个电动机从网络中获取的或者馈入的电功率的信息或者关于施加在电动机上的电流和/或电压的信息。这些参量特别适合用于通过力矩波动测定网络负荷。例如可以通过计算或者估计实现测定。这些参量的优点是，能够比较简单地通过合适的测量装置提供这些参量。当系统中已经存在用于其他的调节、控制或监控任务的相应的测量装置时，这种构造方式特别有利，使得能够将相应的参量简单地输送给调节装置。

在另一个有利的构造方案中，调节装置具有用于输送另一个输入信号的至少一个另外的输入端，该另外的输入端包含从电动机中推导出来的、特别是关于转数和/或关于转子角度的机械信息。从该信息中能够获取网络负荷和转子角度之间的关系。然后可以利用这个关系来频率选择性地影响调节。这还有一个显著的优点，即，为了能够用来最有效地抵抗故障的频率部分利用调节动态。

在另一个有利的构造方案中，调节系统具有用于分析频率的器件，其设计用于处理这些输入信号。这还有一个显著的优点，即，为能够用来最有效地抵抗故障的频率部分利用调节动态。

在另一个有利的构造方案中，输出信号包含关于额定力矩的信息和/或关于整流器的电压的信息。这种构造方案的优点是，调节装置能够简单地连接到整流器调节系统上，因为整流器调节系统经常具有用于力矩额定值的输入端。这些电压输出端的优点在于，分开地构造不同存在的调节回路，从而也能够分开优化这些调节回路。在此例如转数调节系统利用整流器调节系统的用于力矩额定值的输入端，而该调节装置为了减少在网络中的故障而作用于整流器的电压。因此能够分开这些调节任务，并且能够分别分开优化各个任务。

在另一个有利的构造方案中，用于排除网络中的故障的系统具有马达调节器。该布置的优点是，连现有的调节系统也可以利用马达调节器，例如带着调节转数的目的，拓展了一个根据本发明的调节装置，从而排除通过力矩波动引起的故障。也可以随后实现拓展了一个用于排除故障的调节装置。

在另一个有利的构造方案中，该系统具有用于耦合调节装置的输出信号和马达调节器的输出信号的耦合单元。这种构造方式的优点在于，将调节装置尽量简单地集成到一个相应的系统中，也许也集成到一个现有的系统中。马达调节器的现有的输出端以简单的方式经由耦合单元与调节装置的输出端耦合，从而将其输送给整流器调节系统。特别是为了给这个系统随后拓展了一个用于减少网络中的故障的调节装置，由此实现简单的集成。整流器调节系统在这种拓展中不必补充另外的输入端。

在另一种有利的构造方案中，使用高通滤波器过滤电功率的输入信号。这此外还确保了转数额定值的变化不会被调节器理解为故障。借此在最大程度上避免了不同调节回路的相互影响。此外，为了减少故障还从调节信号的计算中去除电动机上力矩的低频部分。这些部分有时可能在测定输入信号时引起不准确。这种构造方案的优点是在测定调节相同的调节信号时有更高的准确度。

在另一种有利的构造方案中，调节装置、马达调节器、整流器调节系统、高通滤波器和/或耦合单元总共或者部分地集中成一个总调节单元。因为可以通过不同的软件部分为相同的硬件单元布置不用的调节任务，所以通过这种集中实现硬件耗费的减少，并且因此部分地明显降低成本。

附图说明

下面借助图中所示的实施例更详尽地描述并阐述本发明。图中示出：

图1是具有经由整流器供给的电动机和调节装置的系统的第一框图，

图2是相应于图1的系统的另一个框图，其拓展了一个马达调节器和一个另外的用于调节装置的输入端，

图3是和在图2中一样的系统的另一个框图，其拓展了耦合单元、高通滤波器和用于分析频率的器件，

图4是根据图3所示的系统的另一个框图，其中，调节系统的部件集中成一个共同的调节系统，并且

图5是根据本发明的系统的总框图。

具体实施方式

图1示出了具有经由整流器3供给的电动机4和调节装置1的系统的第一框图。用于交换电能的网络2、为电动机4供给的整流器3以及调节装置1属于系统的主要组成部分。整流器调节系统14是整流器3的功能部件。为了减少或者排除网络中通过电动机4上的力矩波动形成的故障，将输入信号8传输到调节装置1的输入端7上，利用其能够基于电动机4的力矩波动确定网络2的负荷。调节装置1为此在调节装置1的输出端9上生成输出信号10，该输出信号适合在整流器3的帮助下对抗故障。该输出信号10被输送给整流器3的整流器调节系统14。

图2示出了相应于图1的系统的另一个框图，其扩展了马达调节器5和一个另外的输入端11，该另外的输入端用于为调节装置1输送一个另外的输入信号12。在此也可以实现许多仅包含这两个元件其中一个作为拓展部分的构造方式。就该系统的其他组成部分而言，参见对图1的描述和在那里引用的附图标记。输入信号12在一个另外的输入端11上被输送该调节装置1，该信号包含关于电动机4的转数和/或转子角的信息。包含在调节装置1中的、用于分析频率的器件17可以在这个另外的输入信号12的基础上将输入信号8拆分成不同的频率部分。该另外的输入信号12有助于确定用于频率分析的相关频率。这些频率特别是相当于机械马达频率的固有振荡，以及相应的谐振。调节装置1的输出端9输出信号10传输给整流器调节系统14，该信号仅包含有限数量的频率。甚至仅利用来自固有振荡的部分就已经能够实现令人满意的调节结果。任何另外的频率部分都能提高调节效果。借此为那些能够被整流器用来最有效地对抗故障的频率使用所述调节动态。马达调节器5用于设置运行的工作点，例如电动机4的转数。为此，马达调节器5需要来自电动机4的输入信号19，在这个实例中是转数信号。马达调节器5为整流器3提供额定值作为输出信号16，从而将电动机4调节到预设的工作点上。

图3示出了相应于图1和图2所示的系统的另一个框图，所以为了避免重复该系统的相互一致的组成部分参见对图1和图2的说明和在那里引用的附图标记。图3为了进一步优化调节性能还包括一个用于处理输入信号8的高通滤波器15以及耦合单元6。在此也可以实现许多包含这两个元件其中一个作为拓展部分的构造方式。

耦合单元6将调节装置1的输出信号10和马达调节器5的输出信号16相互联接，并且产生耦合单元6的输出信号18，该输出信号被传输给整流器3的整流器调节系统14用于控制电动机4。对于该系统得到以下优点，即，整流器调节系统14再次只需要接收一个信号。可以避免拓展到用于整流器调节系统14的第二输入端，使得连刚刚形成的系统也能够拓展一个用于排除网络中的故障的调节装置。高通滤波器15用于在输入调节装置1之前处理调节装置1的输入信号8。在此将低频部分从信号中去除。这此外还确保了马达调节器的调节任务、例如转数的意外变化不会被调节装置1理解为故障。由此尽可能地避免了不同调节回路的相互影响。于是在输入信号8中留下引起故障的部分。借此能够更简单、耗费更低并且更精准地确定调节装置1的输出信号10。

图4示出了根据图1、图2和图3所示的系统的另一个框图，所以为了避免重复该系统的相互一致的组成部分参见对图1至图3的说明和在那里引用的附图标记。

图4所示的实施例的特点在于，该系统的调节组件，如调节装置1、整流器调节系统14、马达调节器5、高通过滤器15以及耦合单元6被组合成一个总调节单元13。不同的组件经常仅仅是不同的软件程序，然而这些软件程序可以在同一个调节硬件上执行。因此对于各个调节组件不一定需要不同的硬件单元。在一个硬件单元上运行不同的软件程序在许多情况下会导致成本降低。

图5示出了根据本发明的系统的另一个实施例。其中，与网络2相连的整流器3供给电动机4。为了调节马达转数，使用马达调节器5，该马达调节器以实际值的方式获取电动机4的转数信号101并且以额定值的方式获取转数额定值105作为输入参量。在马达调节器5内从两个输入的值中算出差值，并且输送给转数调节器108，例如PI调节器。转数调节器108生成转矩额定值104，然后该转矩额定值同时是马达调节器的输出信号16。正如已经结合图1至图4所示并阐述的那样，为了抑制网络2中的故障，除了马达调节器5还额外地存在一个调节装置1。从电动机4上的信息103中、特别是从一个(或多个)电压和电流中，经由用于确定功率的器件111生成功率信号112。高通滤波器15去除低频部分，使得调节装置1的输入信号8仅仍然包含网络2中引起故障的功率部分。这还确保了马达调节器5的调节任务、例如转数的变化不会被调节装置1理解为故障。由此尽可能避免不同调节回路的相互作用。在调节装置1内，输入信号8被输送给振荡功率调节器107。为了能够进行关于机械马达频率的固有振荡以及谐振的频率分析，从转数信号101中借助积分器109形成机械转子角102，并且输送给用于分析频率的器件17。该器件生成用于分析频率的辅助信号113，这些辅助信号由机械转子角102的正弦(sin)值和余弦(cos)值和其多倍构成。原则上可以引用任意多的谐波用于频率选择性的调节。对于固有振荡已经实现了足够好的调节结果。图5示出了对1阶谐振的额外使用，这同样被证明是符合目的的。各个用于分析频率的辅助信号113被振荡功率调节器107中分别与输入信号8相乘，紧接着求积分，以便然后为了像之前一样进行频率分析再次与分别相同的辅助信号113相乘。结果是各个附加力矩部分115，它们的总和被输送给比例机构114，该比例机构通过与恒定的因数相乘来优化调节性能。从中获得的输出信号是附加力矩额定值106，该附加力矩额定值等于调节装置1的输出信号10。附加力矩额定值106与额定力矩104负叠加，并且作为总额定力矩110输送给整流器调节系统14。

Claims (7)

1.一种用于借助调节装置(1)排除网络(2)中的电故障的方法，其中，与所述网络(2)相连的整流器(3)供给电动机(4)，其中所述调节装置具有：

-用于输送输入信号(8)的至少一个第一输入端(7)，

-用于输送一个另外的输入信号(12)的至少一个另外的输入端(11)，所述另外的输入信号包含从所述电动机(4)中推导出的机械信息，并且

-用于将输出信号(10)输送给供给所述电动机(4)的所述整流器(3)的至少一个输出端(9)，

其中所述调节装置(1)的调节系统从所述输入信号(8)中产生至少一个输出信号(10)，并且提供给供给所述电动机(4)的所述整流器(3)，

其中所述输入信号(8)由功率信号(112)构成，其中从所述电动机(4)上的信息(103)中经由用于确定功率的器件(111)生成所述功率信号(112)，并且在借助于高通滤波器(15)的情况下去除低频部分，

其中所述另外的输入信号(12)是转数信号(101)，从所述转数信号中借助积分器(109)形成机械转子角(102)，并且输送给用于分析频率的器件(17)，

其中为了构成附加力矩部分(115)，用于分析频率的辅助信号(113)分别与所述输入信号(8)相乘，紧接着求积分，以便然后为了像之前一样再次与分别相同的所述辅助信号(113)相乘，

其中所述辅助信号(113)由所述机械转子角(102)的正弦值和余弦值和所述机械转子角的多倍构成，

其中所述附加力矩部分的总和被输送给比例机构(114)从而获得附加力矩额定值(106)，

其中所述附加力矩额定值等于所述调节装置(1)的所述输出信号(10)，

其中所述附加力矩额定值(106)与额定力矩(104)负叠加，并且作为总额定力矩(110)输送给所述整流器(3)的整流器调节系统(14)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电故障是颤动。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机械信息是关于转数的和/或转子角的机械信息。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了调节马达转数，使用马达调节器(5)，所述马达调节器以实际值的方式获取所述电动机(4)的所述转数信号(101)并且以额定值的方式获取转数额定值(105)作为输入参量。

5.一种用于执行权利要求1至4中任一项所述的方法的调节装置(1)，所述调节装置用于减少网络(2)中的电故障，所述电故障通过至少一个电动机(4)的力矩波动引起。

6.一种具有至少一个由整流器(3)供给的电动机(4)并且具有至少一个根据权利要求5所述的调节装置(1)的系统。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统具有至少一个马达调节器(5)。