CN105048408A - 用于操作电动机的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于操作电动机的方法和装置。在一种用于操作由电力电子器件(14)致动的电动机(10)的方法中，利用电动机温度模型来从开始时间处的初始温度t开始确定电动机温度T。在这种情况下，在开始时间利用预定公式根据测量出的至少一个电动机参数R来计算初始温度t，并且该预定公式被自动重新校准用于计算初始温度。

Description

用于操作电动机的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于操作由电力电子器件致动的电动机的方法和装置。

背景技术

在现有技术中，已知用于保护电动机以防止运转期间过热的各种措施。特别是，当检测到过热(或过热的风险)时，可以改变电动机的致动以及因此而产生的操作行为，或者可以完全关断电动机。至今，各种方法已应用于检测过热(或过热的风险)。

可以通过例如合适的温度传感器来直接地或间接地检测电动机温度。然而，在这种情况下，需要专用温度传感器和/或知道电动机温度与另一个部件(例如散热器)的温度之间的关系。此外，可以使用致动电动机的电力电子器件来测量电动机的绕组电阻，并且可以根据所述绕组电阻来计算电动机温度(例如参见DE10119201A1)。然而，通常仅可以在电动机静止时测量电动机的绕组电阻，并且该方法的可靠性依赖于用于计算电动机温度的公式的效率。此外，为了确定电动机温度，可以利用电动机温度模型来从开始时间处的初始温度开始计算电动机温度(例如参见DE10361405A1)。该方法的可靠性特别依赖于电动机温度模型的效率和初始温度的精确性。

发明内容

本发明基于如下的目：提供一种用于操作电动机的改进的方法和改进的装置，在该方法和该装置中，可以精确并可靠地确定电动机温度。

这一目的通过独立权利要求的教导来实现。从属权利要求的主题是本发明的特别优选的改良及发展。

在根据本发明的用于操作由电力电子器件致动的电动机的方法中，利用电动机温度模型来从开始时间处的初始温度开始确定电动机温度，其中，在开始时间利用预定公式根据测量出的至少一个电动机参数来计算初始温度，并且该预定公式被自动重新校准用于计算输出温度。

根据本发明的用于操作电动机的装置，该装置适合于并被配置为特别用于执行根据本发明的方法，该用于操作电动机的装置具有：用于致动电动机的电力电子器件；用于控制电力电子器件的控制装置；以及用于测量至少一个电动机参数的测量装置，其中控制装置配置为利用存储在控制装置中的电动机温度模型来从开始时间处的初始温度开始确定电动机温度。用于根据通过测量装置测量出的所述至少一个电动机参数来计算初始温度的预定公式存储在控制装置中，并且控制装置配置为对用于计算初始温度的预定公式自动地重新校准。

本发明将电动机温度模型的优点以及基于电动机参数测量的温度计算的优点进行组合。在本发明中，通过提高初始温度的确定的精确性来改进电动机温度模型的可靠性。又通过对用于计算该初始温度的公式自动地重新校准来实现初始温度的精确性的提高。因此这样能够以简单且非常可靠的方式保护电动机以防止过热。

本发明的实施不需要在具有用于致动电动机的电力电子器件的电路布置中的所有情况下都不存在的任何附加的电路或传感器。此外，可以将电力电子器件的散热器调整到冷却性能要求，而无需在处理中考虑散热器的温度与电动机温度的可能的关联性。

用于致动电动机的电力电子器件优选是转换器或变频器的一部分。电力电子器件本身优选地包括具有多个(例如3个)半桥的逆变器，所述逆变器优选在输入侧连接到直流电压中间电路。控制装置优选控制用于对逆变器的半桥的功率半导体进行致动的驱动器。控制装置优选具有微处理器以及非易失性存储器。

为了校准测量装置的电动机温度，如果应该从校准处理产生修正的需要，则可以通过微处理器本身覆盖非易失性存储器的部分。

电动机温度模型配置为从开始时间处的初始温度开始确定电动机温度，优选地确定电动机的绕组温度。(也)优选在电动机运行时确定电动机温度。可以可选地连续、准连续或间断地确定电动机温度。可以利用在各个开始时间处再发生的新的初始温度来重复确定电动机温度。除初始温度外，与电动机的功耗相关的另外的参数(例如电动机电流、电动机电压等)、电动机的环境温度等也优选可以用于电动机温度模型作为另外的输入变量。

被测量以便计算电动机温度模型的初始温度的至少一个电动机参数依赖于选择的预定公式。电动机参数优选是电动机的绕组电阻。可以优选使用连接到电力电子器件的电流检测电路来测量该绕组电阻。该电流检测电路优选包含至少一个分流器。

用于计算初始温度的预定公式的重新校准优选包括修正一个或多个常量。根据本发明，自动执行(即系统独立，无需用户介入)该重新校准，并且当使用电动机时，优选重复或定期进行该重新校准，或者当电动机首次投入操作时至少进行一次该重新校准。

在本发明的一个优选的改良中，用于计算初始温度的预定公式包含至少一个电动机参数在参考温度下的标称值。当该公式被重新校准时，所述至少一个电动机参数的该标称值然后被重新校准。所述至少一个电动机参数的标称值通常由制造商(例如在数据表上)指定为电动机的特性。然而，由于制造容差和老化，由制造商指定的值并不总是与实际情况对应。为此，重新校准这样的标称值对提高计算出的初始温度的精确性是非常有效的。如果使用电动机的绕组电阻作为电动机参数，则电动机参数的标称值优选是在例如25℃的参考温度下的冷阻。

对用于计算初始温度的预定公式优选使用如下公式：

$t=t0+\frac{1}{\mathrm{\α}}(\frac{R}{R0}-1)$

其中，t：开始时间处的初始温度

t0：参考温度，例如t0＝25℃

α：电动机绕组的材料的温度系数

R：测量出的绕组电阻(＝电动机参数)

R0：在参考温度t0下的绕组电阻

在本发明的一种优选的改良中，检测电力电子器件的温度，然后仅当检测到的电力电子器件的温度在预定值范围内时，才对用于计算初始温度的预定公式进行重新校准。该预定值范围优选在包含在公式中的参考温度的范围内，或在公式中的参考值涉及的参考温度的范围内。以这种方式，优选能够确保仅在适当时以及如果产生适当的公式修正时执行重新校准。

为了检测电力电子器件的温度，优选提供对应的温度检测装置。

优选通过测量电力电子器件的散热器的温度来检测电力电子器件的温度。

优选通过常规(上部)的环境温度来确定预定值范围的上限温度。在本发明的一个优选实施例中，预定值范围通过≤30℃的温度值来给定。

在本发明另外的优选改良中，检测电力电子器件的温度，并且仅在计算出的初始温度在检测到的电力电子器件的温度以下时，才在重新校准期间对用于计算初始温度的预定公式进行修正。以这种方式，优选能够确保初始温度的计算并从而也最终确保通过电动机温度模型的电动机温度的确定产生高于实际温度的温度值，结果确保过热保护的功能。

在本发明另外的优选改良中，在电动机接通后立即执行用于计算初始温度的预定公式的重新校准。此时，电动机温度通常与环境温度对应，并且电动机仍处于静止状态，结果特别有利于执行根据本发明的方法。此外，紧接在电动机接通后的时间提供了自动和定期执行重新校准处理的简单可行的方法。

在本发明另外的优选改良中，当电动机静止时测量至少一个电动机参数。以这种方式，提高了电动机参数的测量精确性并因此也提高了计算出的初始温度的精确性。

在本发明又一个优选改良中，根据确定的电动机温度来对至少一个依赖于温度的电动机参数建模。该依赖于温度的电动机参数例如是电动机的相电阻。优选在电动机运行时进行至少一个依赖于温度的电动机参数的这种建模。

在本发明另外的优选改良中，如果预期与电力电子器件的温度相等的电动机温度，则对用于检测电动机温度的测量电路进行重新校准。

例如，在操作中的相对较长的间断后这是可以预期的。然后，仅在当前公式计算比当前测量出的电力电子器件的温度值更低的电动机的温度值时，才在重新校准期间对用于计算初始温度的公式进行修正。然后，例如以使通过测量电路确定的电动机温度值等于电力电子器件的温度值的方式来修正公式。这可以确保针对电动机的温度检测不会由于测量电路的容差的结果而确定太低的温度。

附图说明

从参考附图的对优选的、非限制的示范性实施例的以下描述中，可以更好地理解本发明的上述的和进一步的特征和优点，附图中的部分示意形式如下：

图1示出根据本发明的示范性实施例的用于致动电动机的转换器的电路框图；

图2示出根据本发明的示范性实施例的温度监测处理的流程图；以及

图3示出根据本发明的示范性实施例的图2中温度监测处理中的校准处理的流程图。

具体实施方式

图1例如以如下形式示出电动机10：具有以星形结构连接的三个电动机绕组的异步电动机，或者由变频器12致动的同步电动机。通过改变电动机10在过高电动机温度时的操作或者完全关断电动机10来保护电动机10以防止过热。

变频器12特别地具有电力电子器件14，该电力电子器件通过对应的电动机端子16连接到电动机10或电动机10的电动机绕组。如图1中所指示的，这些电力电子器件14包含例如具有三个半桥的三相逆变器，每个半桥均具有两个功率半导体开关和关联的驱动器。电力电子器件14通过直流电压中间电路18供电，该直流电压中间电路18经由整流器通过电力系统端子20供电。

提供控制装置22用于控制电力电子器件14，从而控制电动机10。该控制装置22优选具有微处理器和非易失性存储器。微处理器例如通过中间电路18的直流电压的脉宽调制来控制电力电子器件14的转换器的驱动器。

控制装置22优选连接到通信接口24，经由该通信接口，用户能够以无线或有线方式与控制装置22进行通信。例如，经由通信接口24可以对控制装置22(再)编程，可以将用于期望的电动机操作模式的指令输入到控制装置22，以及可以从控制装置22读出数据等。

变频器12还具有电压检测装置26，用于检测中间电路18的输出端的中间电路电压。电压检测电路26的测量结果传送到控制装置22。

此外，变频器12具有电流检测装置28，该电流检测装置优选具有连接到电力电子器件14的一个或多个分流器，以便能够测量流过电动机10的电动机绕组的电流。电流检测装置28的测量结果经由电流评估电路30传送到控制装置22。例如，基于测量的绕组电流可以计算对应的绕组电阻。

虽然图1中未示出，但是电力电子器件14具有散热器。通过具有例如一个或多个温度传感器的温度检测装置32来检测该散热器的温度。散热器的温度体现电力电子器件14的温度。温度检测电路32的测量结果同样传送到控制装置22。

变频器12的控制装置22配置为监测温度，从而防止电动机10过热。

根据本发明，温度的监测以及电动机10的过热保护基于电动机温度模型，通过该模型，可以利用例如功耗(其可以从电动机电流和电动机电压来确定)的电动机的操作参数来从开始时间处的初始温度t开始确定电动机温度T。电动机温度T例如是电动机10的绕组温度。

又利用预定公式根据至少一个电动机参数来计算初始温度t。在该示范性实施例中，该至少一个电动机参数是电动机10的绕组电阻R。在该示范性实施例中，用于计算初始温度t的预定公式为：

$t=t0+\frac{1}{\mathrm{\α}}(\frac{R}{R0}-1)$

其中，t：开始时间处的初始温度

t0：参考温度，例如t0＝25℃

α：电动机绕组的材料的温度系数

R：测量出的绕组电阻(＝电动机参数)

R0：在参考温度t0下的绕组电阻

由于电动机温度模型的精确性和可靠性依赖于初始温度t的精确性和可靠性和其他因素，因此对用于计算初始温度的上述公式自动地和定期地重新校准。在这种情况下，特别是冷阻R0，即在参考温度t0下的绕组电阻被重新校准，并且如果适当则被修正。

以下将参考图2和3通过例子来更详细地描述本发明的温度监测处理。

电动机10接通之后，首先，即在电动机仍静止时，在步骤S100中通过重新校准冷阻R0来对用于计算初始温度t的公式进行重新校准。这样的校准处理如在图3中示出。

在第一步骤S110中，首先通过温度检测装置32来检测电力电子器件14的散热器的温度tk。在第二步骤S120，将检测到的散热器温度tk与例如30℃的限定值进行比较。仅当步骤S120中的该比较反映出检测到的散热器温度tk在30℃以下时，才继续重新校准处理。

如果检测到的散热器温度tk在30℃以下，则在接下来的步骤S130中测量绕组电阻R。这是通过由连接到电力电子器件14的电流检测装置28来测量电流而进行的。然后，在步骤S140中，利用如下公式计算对应的绕组温度t：

$t=t0+\frac{1}{\mathrm{\α}}(\frac{R}{R0}-1)$

然后，在步骤S150，将计算出的绕组温度t与先前检测到的散热器温度tk进行比校。仅当步骤S150中的该比校反映出利用上述公式计算出的绕组温度t在检测到的散热器温度tk以下时，才继续重新校准处理。

如果计算出的绕组温度t在检测到的散热器温度tk以下，则在接下来的步骤S160中，利用t＝tk时的上述公式来计算冷阻R0。以这种方式计算的冷阻R0然后被存储在控制装置22的非易失性存储器中，并且从该时间开始当使用公式计算开始温度t时使用该冷阻R0。

当电动机10首次投入操作时，例如也存储在控制装置22中的来自制造商的数据表的值被用于冷阻R0。然后，该冷阻R0被定期重新校准，并且如果适当的话同时被修正，结果，通过如果适当的话已经发生的冷阻R0的修正的这种方式对用于计算开始温度t的公式也定期重新校准。

再返回至图2，在步骤S100中重新校准用于计算初始温度t的公式后，然后在步骤S200中由控制装置22利用适合的电动机温度模型来确定电动机温度T。这里，电动机温度模型从通过在步骤S100中重新校准上述公式来计算得到的初始温度t开始。

然后，在步骤S300中，检查以这种方式确定的电动机温度T是否超过预定的限定值Tlimit。如果超过Tlimit，则在步骤S350中对电动机10采取适当的保护措施。如果过热(或有过热的风险)，则可以例如停止并关断电动机10。也可以想到改变电动机10的操作行为和/或为电动机10增加冷却措施。

步骤S200、S300以及S350通常连续地重复。在这种情况下，步骤S200中的电动机温度模型也可以优选地利用新的开始时间处的各个新的初始温度来进行操作。

通过控制装置22进行的对电动机10的温度的监测通常在电动机10被关断时结束。这在步骤S400中进行检查。

Claims (12)

1.一种用于操作由电力电子器件(14)致动的电动机(10)的方法，其中利用电动机温度模型来从开始时间处的初始温度t开始确定电动机温度T，

其中，在开始时间利用预定公式根据测量出的至少一个电动机参数R来计算初始温度t，以及

其中，能够自动重新校准预定公式用于计算初始温度。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

用于计算初始温度的预定公式包含所述至少一个电动机参数R在参考温度t0下的标称值R0，并且所述至少一个电动机参数的该标称值R0被重新校准。

3.如上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于：

检测电力电子器件(14)的温度tk，并且仅当检测到的电力电子器件(14)的温度tk在预定值范围内时，才执行用于计算初始温度的预定公式的重新校准。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：

通过测量电力电子器件的散热器的温度来检测电力电子器件(14)的温度tk。

5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于：

通过常规环境温度来确定所述预定值范围的上限温度。

6.如上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于：

检测电力电子器件(14)的温度tk，并且仅在计算出的初始温度t在检测到的电力电子器件(14)的温度tk以下时，才在重新校准期间对用于计算初始温度的公式进行修正。

7.如上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于：

在电动机(10)接通后立即执行用于计算初始温度的预定公式的重新校准。

8.如上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于：

当电动机静止时，测量所述至少一个电动机参数R。

9.如上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于：

根据确定的电动机温度T来对至少一个依赖于温度的电动机参数建模。

10.如上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于：

如果预期与电力电子器件的温度相等的电动机温度，则对用于检测电动机温度的测量电路进行重新校准。

11.一种用于操作电动机(10)的装置，特别是根据如上述任一项权利要求所述的方法的装置，具有：用于致动电动机(10)的电力电子器件(14)；用于控制电力电子器件(14)的控制装置(22)；以及用于测量至少一个电动机参数R的测量装置(28)，其中控制装置(22)配置为利用存储在控制装置中的电动机温度模型来从开始时间处的初始温度t开始确定电动机温度T，其特征在于：

用于根据通过测量装置(28)测量出的所述至少一个电动机参数R来计算初始温度t的预定公式存储在控制装置(22)中；以及

控制装置(22)配置为对用于计算初始温度的预定公式自动地重新校准。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于：

提供用于栓测电力电子器件(14)的温度tk的温度检测装置(32)；以及

控制装置(22)配置为根据检测到的电力电子器件(14)的温度tk来执行用于计算初始温度的预定公式的重新校准。