CN104412085A - 用于对电动机的止动闸进行功能测试的方法 - Google Patents
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Abstract
为了改进对电动机(1)的止动闸(2)的功能测试的可靠性,根据本发明规定:改变各相电流(isu、isv、isw),使得电流矢量(is)在止动闸(2)闭合的情况下旋转,使得电流矢量(is)至少一次垂直于转子磁通方向(d)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于对电动机的止动闸进行功能测试的方法,在该方法中在止动闸闭合的情况下为产生呈大小和角度形式的电流矢量将相电流施加到电动机上,并且检查:止动闸在所施加的相电流的情况下是否会打滑。
背景技术
在很多机器中运动的机器部件由电动机驱动。通常也设置止动闸,以便使机器的运动轴固定在位置上。止动闸在此可以设计为单独构件,或者也可以集成在电动机中。在此必须保证止动闸的功能、尤其在对安全关键的范围内的功能,以避免损伤人或机器。止动闸也遭受磨损、例如改变制动特性的制动衬片磨损。除此之外,止动闸可能通过外界污染物例如油或通过损伤在其功能方面受影响。因此需要对止动闸定期功能测试、例如在定期时间段内或每次在机器的特定运动之前,以确保止动闸还可以施加足够的制动作用。假如止动闸未通过功能测试,则机器通常停止使用。
对此,在DE 10 2005 015 608中提出一种方法,在该方法中,驱动轴上的电动机通过转矩被控制并且通过驱动装置的行程测量传感器来检查:止动闸是否能够止住转矩。止动闸打滑在此解释为止动闸失效。为此,逐级地提高转矩,直到止动闸打滑并且最后保持的转矩视为止动闸的最大保持力,该转矩可以与确定的额定保持力相比较。
DE 10 2007 005 827A1描述一种用于对使悬置负载运动的电动机的止动闸进行功能测试的方法。为使负载在功能测试中可以被考虑,在此首先确定负载的作用,在该方法中如此控制电动机,使得负载在止动闸打开时保持不动。对此所需的电动机电流被存储为参考值。接着,电动机在止动闸闭合的情况下通过该参考值的多倍被控制并且通过角度传感器检测:驱动装置是否运动。
在DE 197 56 752A1中也描述止动闸的功能测试,在该测试中在止动闸闭合的情况下施加促成规定转矩的起动电流。电动机转子的旋转并且从而反常的止动闸可以通过探测电动机电压或借助旋转编码器来识别。
因此,在现有技术中在止动闸闭合的情况下施加电动机电流以得到规定转矩。尤其是在多相电动机时,在电动机被固定的情况下电动机电流必须以矢量形式(以大小和角度)被正确施加,以便产生期望的转矩。定子电流由各个相电流的矢量相加产生并且称为电流矢量is。通过已知的Clarke或Park变换可以将电流矢量变换到固定在定子上的αjβ坐标系统中或固定在转子上的dq坐标系统中。对于Park变换,需要转子相对于定子的绝对位置,该位置通常借助角度测量仪测量。在使用固定在转子上的坐标系统dq时以此为出发点:电流矢量在固定在转子上的dq坐标系统中仅具有一个形成力矩的q分量(垂直于转子通量方向d)。这通过驱动控制装置被确保,使得转子电流与固定在转子上的dq坐标系统一起旋转。
但由于错误转换、在电动机控制中的误差或在驱动控制中的误差,实际的电流矢量也可能包含d分量。这意味着,q分量小于电流矢量的大小,为此转矩在数值上比假定的或预设的要小。但在制动测试方面这意味着,仅当正确变换时并且当不产生误差时才可以以此为出发点:可以测出的或已知的施加的定子电流或施加的各相电流与在电动机轴上的转矩是成比例的。
例如必须假设在实际的固定在转子上的d’q’坐标系统(d’指向转子流通方向)和假设的dq坐标系统之间的角度误差υerr。对于永磁激励同步电动机在矢量控制中M=KTiscosυerr成立。在理想情况下υerr=0并且从而转矩M由于电动机常数KT而直接与形成力矩的电流分量(定子电流)成比例。但在误差情况下υerr≠0,由此产生在数值上较小的转矩。即如在现有技术中基于测出的各相电流或由此产生的电流矢量is对止动闸进行功能测试的制动测试不是足够可靠的。
发明内容
因此,本发明的任务在于,改进电动机止动闸的功能测试的可靠性。
按照本发明该任务由此解决:改变这些相电流,使得电流矢量在止动闸闭合的情况下旋转,使得电流矢量至少一次垂直于转子磁通方向。按照该方式可以保证:为了对止动闸进行功能测试,期望的转矩实际被施加至少一次。
在最简单情况下,当没有施加外负载时,使电流矢量旋转一个至少180°的角度就足够的。在有外负载的情况下或在利用沿一个规定方向的转矩进行功能试验的情况下使电流矢量旋转一个至少360°的角度。
对于功能测试有利的是,将电周期分成几个扇区并且电流矢量在功能测试期间在每个扇区内逗留规定的逗留时间,因为由此可以确保待调整到的转矩实际上也形成了。
附图说明
下面参考图1至8详细解释本发明,图1至8示例性示意性且不限制地示出本发明的有利设计。其中:
图1示出具有电动机、负载和止动闸的典型驱动装置;
图2示出在施加相电流时形成的电流矢量;
图3和图4示出电流矢量的旋转;
图5示出在外负载时电流矢量的旋转;
图6示出电流矢量的准连续且离散的旋转;并且
图7和图8示出将电周期分成几个扇区。
具体实施方式
图1示意性示出具有电动机1的驱动装置,该电动机通过电动机轴4与负载5相连。电动机1在电动机轴4上产生转矩MW并且负载5产生负载力矩ML。在电动机轴4上,此处在电动机1的另一端部上设置任意设计方式的止动闸2。也设置用于测量转角的旋转编码器3。电动机1、止动闸2和旋转编码器3的轴向设置自然也可以任意改变。也可以设想,止动闸2和/或旋转编码器3集成在电动机1中,它们也可以以其他方式例如通过传动装置机械连接。
电动机控制装置6通过电力电子单元7(通常是逆变器)控制电动机1。为此可以由电动机控制装置6例如预设转矩MW,该转矩由电力电子单元7转变为用于产生转矩MW的相电流isu、isv、isw。这些相电流isu、isv、isw产生具有大小和角度ρ的电流矢量is,如根据图2详细描述。
在理想情况下电流矢量is在大小和角度上应等于在固定在转子上的坐标系统dq中形成转矩的电流分量iq、即is=iq。由于误差产生这样一个偏差(坐标系统d’q’),该偏差导致定子电流is也包含d分量id’。从而iq’=iscos(θerr),并且形成转矩的电流分量iq且从而由电动机1产生并施加在电动机轴4上的转矩MW在数值上也小于基于施加的或测量的相电流isu、isv、isw所预期的对应值。
为对于止动闸2的功能测试将此考虑在内,现在规定:在止动闸2闭合的情况下例如通过相应改变相电流isu、isv、isw使电流矢量is旋转,从而确保电流矢量is至少一次仅仅指向q方向(垂直于转子磁通方向d)并且因此至少一次is=iq,如图3所示。
此外可以区分如下两种情况,即没有外负载的制动测试和有外负载的制动测试(如在图1中以负载力矩ML的方式示出)。
在没有外负载的制动测试中如果受载的方向是无关紧要的,则电流矢量旋转180°就足以确保电流矢量is至少一次仅仅指向q方向,如由图4可见。然而,如果止动闸2应利用沿规定方向的力矩进行测试,则电流矢量is在该情况下也必须旋转360°,以便可靠地测试止动闸2的功能。
定子电流is在按照图4的实施例中例如旋转360°并且以iq=|is|sin(ρ-θr)的形式投影到固定在转子上的坐标系统dq的q轴线上。因此形成转矩的电流分量iq至少一次达到最大值is=iq,从而至少一次产生期望转矩MW=KTis以测试止动闸2。
如还有引起规定的负载力矩ML的外负载5与驱动装置相连,则止动闸2已经经历基本负载。该基本负载可以表述为力矩等效电流IML。将在制动测试期间驱动装置必须施加的转矩减小该值。力矩等效电流特性曲线iTest对于止动闸2而言是外基本负载iML和定子电流的形成力矩的分量iq之和,iTest=iML+|is|sin(ρ-θerr),如在图5中所示。外负载5在此可以假设为已知。
如果电流矢量is旋转360°,则形成转矩的电流分量iq至少一次穿过最大值is=iq。
为对止动闸2进行功能测试,例如通过旋转编码器3检查止动闸2在电流矢量is旋转期间是否打滑。如果旋转编码器3探测到太大的角度变化,则这将解释为止动闸2发生打滑并且随着错误提示例如状态信息来结束功能测试。在此可以规定哪些角度变化是可靠的。错误提示例如可以转送到电动机控制装置6上,该电动机控制装置随后可以进行适当动作,例如激活紧急停止、报告给上级设备控制装置、通知失败的功能测试等。在此,功能测试自然也可以由电动机控制装置6触发和/或执行。但也可以规定,功能测试由其他单元如可靠的电动机控制装置执行。
为了具体实施上述功能测试,可以准连续地或以离散的步骤改变电流矢量is的角度ρ,如在图6和图7中所示。
对此,电周期(360°)被分为n个扇区Sn,例如在图7中所示的十八个扇区。对于制动测试现在规定:为有效地进行功能测试,电流矢量is在每个扇区Sn中都必须逗留一个规定的逗留时间,从而可以形成转矩MW。扇区大小或扇区数量可以由最大可承受误差f确定,如根据图8所解释。因此,对于扇区大小α满足关系其中f以百分比给出。
因此可以确保,在一个扇区Sn中的逗留时间期间最大转矩被施加,扣除与扇区变量α相关的误差f。划分的扇区Sn越小,则最大误差f越小,但同时因而整个测试持续时间提高了,因为电流矢量is必须在每个扇区Sn中逗留。因此必须建立精度和测试持续时间之间的合理折中。
所需的逗留持续时间与应用情况和使用的止动闸2相关并且必须根据厂家说明或各自计算结果进行设定并且是使用者的责任。同样适用于角度变化公差窗。
力矩平衡和允许的角度变化公差可以被考虑为计算的出发点。借助这些值可以计算,转矩必须施加多长时间,以便提高电动机1的转子的惯性并且可选地提高负载4的惯性,以便覆盖最小可测得的角度变化。
此外,在外负载5时可以规定,确定由外负载5在静止状态中施加的负载力矩ML,例如通过如在DE 10 2007 005 827A1中描述的方法。但是负载力矩ML也可以对于多种施加情况假设为已知。现在可以施加电流矢量is,该电流矢量等于负载力矩ML的力矩等效电流IML,并且可用测量产生的转矩,或检查外负载在该施加的电流矢量is时是否在静止状态。由此例如可以通过将已知的外负载5或负载力矩ML与测得的转矩相比较来验证所述转换或转矩常数KT的可信度,即如果两个转矩相互有偏差,则可以按照这种方式可识别出有缺陷的转换。
上述的实施例也以相同的方式适用于直线电动机,因为从控制技术角度看在旋转电动机和直线电动机之间不存在差别。可以设置直线电动机作为“未卷绕的”电动机。三个线圈(相)在通常情况下(短定子电动机)在滑座时彼此相继排列并且在气隙中产生正弦形的“磁化力”(磁化安匝)。永久磁铁彼此相继排列地处于电动机的固定部分中。在长定子电动机中,这正好是相反的。电旋转相应于极对长度并且在内部换算,使得此处也可以以“电流矢量的旋转”表示。电流矢量在此在理想情况下再次准垂直于磁通方向。转矩常数在此等效为力常数并且直线电动机不产生转矩M而产生力F。因此,用于对止动闸进行功能测试的方法也可以同样地或以等效方式在直线电动机的情况下应用。
Claims (4)
1.一种用于对电动机(1)的止动闸(2)进行功能测试的方法,其中,在止动闸(2)闭合的情况下为产生呈大小和角度形式的电流矢量(is)将相电流(isu、isv、isw)施加到电动机(1)上,并且检查止动闸(2)在施加的相电流(isu、isv、isw)的情况下是否打滑,其特征在于,改变这些相电流(isu、isv、isw),使得电流矢量(is)在止动闸(2)闭合的情况下旋转,使得电流矢量(is)至少一次垂直于转子磁通方向(d)。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,改变所述相电流(isu、isv、isw),使得电流矢量(is)旋转一个至少180°的角度。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,改变相电流(isu、isv、isw),使得电流矢量(is)旋转一个至少360°的角度。
4.根据权利要求1至3任一项所述的方法,其特征在于,将电周期分成几个扇区(Sn)并且电流矢量(is)在功能测试期间在每个扇区(Sn)内都逗留一个规定的逗留时间。
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