CN105229915B - 用于起动转速可变的电动马达的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于起动转速可变的电动马达的方法，其中在识别出马达轴的锁死之后利用正向转矩激励此马达轴，并且其中利用不同的频率连续地改变所述正向转矩，以便实现从锁死中起动。

Description

用于起动转速可变的电动马达的方法

技术领域

本发明涉及一种用于起动转速可变的电动马达特别是同步马达或者异步马达的方法，以及涉及电动马达特别是同步马达或者异步马达本身。

背景技术

各种驱动装置或者说机器具有电动马达，所述电动马达完成了为机器功能所需的驱动工作。在一定的运行条件下可能会由于污染而出现传动系的锁死。这种问题通常出现在电驱动的泵系统中，因为所需的体积流量将染污冲入泵壳体或者说马达壳体中，所述污染然后可以导致泵轴或者说马达轴的锁死。

通常将锁死的泵或者驱动装置拆解和清洁，以便保障继续运行。另一个可能性在于，通过机械力作用于马达或者驱动机的轴上，解除锁死或者说减小被增高的启动转矩。例如在DE 3210761 C1中提出的是，在轴锁死的情况下利用螺丝刀起动轴。

在EP 0771065 B1中介绍了用于识别泵工作轮或者说任意驱动装置的轴的锁死的方法。只要马达所需的启动电流超过了固定的极限值，则认定轴的锁死。在这种情况下，应该利用在变化的转动方向上的最大启动转矩、也就是说利用最大的正向转矩或者说负向启动转矩来加载驱动装置。然而这种方法的缺点在于，驱动装置可以短时间地起动进入相反的运动方向，只要在施加负向的启动转矩时克服锁死。

发明内容

因此本发明的任务在于，改进设计已知的用于电动马达启动的方法，所述方法可以克服上述问题。

该任务通过具有权利要求1的特征的方法予以解决。所述方法的有利的实施方案是与主权利要求并列的依附的从属权利要求的内容。

因而根据权利要求1提出了用于启动转速可变的电动马达的方法。电动马达的具体的实施方案是任意的，因此所述电动马达可以例如实施为单相或者多相的同步马达，特别是同步磁阻马达。唯一的条件是用于调节马达转速的调整器件的集成。转速例如可以借助频率逆变器予以控制。因此所述方法可以同样地在具有频率逆变器的异步马达上实施。

根据本发明的方法在第一个方法步骤中设置的是，基于确定的运行条件可靠地识别马达轴的锁死。只要确定了马达轴的锁死，就应该利用正向转矩激励该马达轴。在这种情况下，正向转矩可以理解为在期望的马达方向上引起转动的转矩。与此相对，负向转矩可以理解为反方向上的轴的转动。

根据本发明从现在起设置的是，所施加的正向转矩经历连续的改变，其中利用不同的频率进行这种连续的改变，以便实现从锁死中起动。对本发明而言重要的是持续地施加正向转矩。通过连续的频率变化的转矩改变可以通过充分利用所谓的共振效应获得被固定的驱动轴的起动。据此相对于由技术现状已知的方法避免了在马达的转子轴的起动时在一定的情况下在相反的方向上起动。

电动马达特别是同步马达的运行通过施加的线圈电压或者说线圈电流予以控制，所述线圈电流流动通过马达固定部（Motorständer）的马达绕组。依据所使用的相的数量必须相应地通过改变线圈电压来调节多个线圈电流。优选地单个的线圈电流可以转换到具有d轴和q轴的转子坐标系之中。所述d轴在场方向上延伸，所述场由转子自身产生。所述q轴在转子转动的平面内垂直地与d轴交叉。

根据本发明的一个特别优选的实施变型方案，利用正向转矩对马达轴所进行的激励通过沿着q轴的电流分量I_q予以调节。

特别优选地，电动马达、特别是同步马达调节到用于电流分量I_q的常数值上。理想地沿着q轴的最大电流I_q的一半的值I_q/2作为常数值使用。此常数值随后与振动、优选地与周期性振动进行叠加，以便实现用于从锁死中起动的正向转矩的连续变化。在这种情况下如此选择幅值，从而在马达轴上始终施加正向转矩。

正弦或者说余弦函数或者各个其它的周期性振动证明是合适的振动函数，特别是周期性振动函数。

为了获得共振效应，对叠加振动的频率优选地进行变化，所述共振效应可以加速被固定的转子的起动。据此不仅转矩改变发生变化，而且改变的速度也发生了变化。这导致了优化的摆脱函数，所述摆脱函数基于共振效应构造产生了有效的和快速的锁死消除。

频率理想地在具有最小和最大频率的频率通道内变化。所述变化可以以离散步长或者也可以以连续步长实现。

存在以下的可能性，即电流分量I_q的常数值与振动叠加，所述振动具有可变的幅值走势。然而优选使用具有常数振幅的振动。理想地，所应用的叠加振动的幅值小于或者等于电流分量I_q最大值的一半。随后电流分量的作用方向不改变，从而始终施加正向转矩。

只要识别出锁死的解除，则有意义的是，叠加振动的幅值减小为零。在这种情况下马达运行首先利用常数的电流分量I_q最大值的一半继续并且在需要时逐步地提高，直到设定出期望的马达转速。

根据本发明的方法特别适合于在同步马达特别是同步磁阻电动马达中使用，所述同步马达设置了无传感器的电角度测量。电角度在此可以理解为转子的磁场走向的角度，也就是说d轴相对于激励的线圈相位的角度。电角度通常在沿着q轴与d轴的电流分量的基础上进行计算。

在使用所计算的电角度时，在本发明的一个特别优选的设计方案中可以推断出转子轴的可能的锁死。特别地，从控制中认定转子轴的锁死，只要当前采样步和之前采样步的角位置的差值不超过某一极限值。两个采样时间点之间的角度改变例如显示为无差别或者说仅显示出可以忽略的小差值。如果同步马达没有经历电角度的改变，则可以基于消失的转动推断出被固定的转子轴。这可以形成锁死的第一个必要的标准。

额外地电流分量I_q的发展可以考虑作为第二个必要的标准。

如果同时满足两个标准，则识别出锁死。只要所计算的电流分量I_q达到或者超过最大值并且角度改变位于极限阈值之下，则应推断出被固定的转子轴。

此外本发明涉及电动马达，特别是同步马达或者异步马达，它具有马达控制，该马达控制用于执行根据本发明的方法或者说用于执行根据本发明的方法的有利的实施变型方案。所述电动马达，特别是同步马达或者异步马达，优选地配备有频率逆变器，所述频率逆变器在马达运行过程中允许转速变化。另外电动马达有意义地实施为无传感器的马达，所述无传感器的马达计算当前的转子角度以用于线圈电压的优化。电动马达针对性地构造为同步磁阻马达。所述电动马达的优点和特征明显地对应于根据本发明的方法或者说所述方法有利的设计方案的优点和特征，因此在此处省去了重复性的描述。

另外本发明涉及泵，特别是回转泵，所述回转泵通过根据本发明的电动马达进行驱动。根据本发明的泵的优点和特征明显地对应于根据本发明的电动马达或者说电动马达有利的设计方案的优点和特征。

附图说明

接下来本发明其他的优点和特征应该依据附图予以详细说明。

唯一的附图显示了同步电机沿着q轴的电流分量I_q随着时间的走势图。正如之前已经描述的，电流分量I_q表示在带有轴线q和d的转子坐标系中所转换的线圈电流。电流分量I_q因此可以解释为形成转矩的电流并且因此与在转子轴上施加的转矩等同。

具体实施方式

为了所施加的转矩的变化，同步电机包含控制单元，所述控制单元在使用频率逆变器时使得三相同步马达的电流调节的运行成为可能。借助频率逆变器可以精确地设定马达的转速。

对于此驱动技术来说，对转子的角度位置予以确定，以便可以相应地定向定子的磁场，由此得出转子的最佳运行特性。然而同步马达不包括用于直接获取当前电角度的传感器，然而所述电角度可以依据所测量的线圈电流计算得到。

此外基于此被无传感器地确定的角位置可以借助以下条件可靠地识别出锁死，

和

其中I_q表示沿着转子坐标系的q轴的电流分量，I_q,max表示最大允许的沿着q轴的电流分量，表示在当前的采样步中的转子的角位置，表示之前的采样步的角位置并且表示角位置的阈值。

只要此条件在驱动装置启动时一次地或者在一定的时段范围内持续地或者多次地得到满足，则从同步马达的控制中认定驱动轴的锁死。

在这种情况下摆脱函数以宽带的激励开始。就此沿着q轴的电流分量减少至其最大值的一半。此过程在图表中予以展示。在时间点1处开始同步马达的运行，由此线圈电流或者说电流沿着q轴流动。在时间点2处，电流分量I_q的值达到了沿着q轴的最大电流I_q,max。从此时间点起上述条件得到满足。然而为了检测锁死，所述条件必须至少在从时间点2直到时间点3的时间间隔内得到满足。

之后在时间点3处沿着q轴的电流分量减半至最大值的一半也就是说50%。此外在时间点4处在常数部分I_q,max/2上叠加了具有恒定幅值的周期性振动。在该图的实施例中此处叠加了正弦振动，所述正弦振动的幅值相当于电流分量I_q的减半的最大值I_q,max/2。因此通过叠加的振动产生了电流分量I_q的正弦走向，所述正弦走向始终表现为正值。

通过将正弦振动的频率在最小频率f_min和电大频率f_max之间连续变化，实现了可靠的摆脱。由此，传动系在各种频率上也就是说宽带地得到激励，由此针对性地引起共振效应并且实现被固定的驱动轴的起动。

只要不再满足锁死的条件，则如在时间点5时所展示的，驱动频率的幅值快速减少至零并且驱动装置在所需要的方向上起动。从该时间点起，同步电机的额定转速连续地提高，由此电流分量I_q同样地向着其最大值I_q,max的方向增加。

Claims (15)

1.用于起动一种转速可变的电动马达的方法，该方法具有以下方法步骤：

a. 识别马达轴的锁死，

b. 利用一种持续的正向转矩来激励马达轴，

c. 利用不同的频率连续地改变所述持续的正向转矩，以便实现从锁死中起动，

其中，通过沿着q轴的电流分量I_q对激励予以控制。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，电流分量I_q的常数值限制为最大值的一半I_q,max/2并且和振动进行叠加。

3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，振动的频率是变化的。

4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，频率在具有最小和最大频率的频率通道内连续地变化。

5.按照权利要求2到4中任一项所述的方法，其特征在于，振动的振幅是恒定的。

6.按权利要求1到4中任一项所述的方法，其特征在于，只要识别出锁死的消除，振动的幅值就减小为零。

7.按权利要求1到4中任一项所述的方法，其特征在于，电动马达无传感器地确定了电角度。

8.按权利要求1到4中任一项所述的方法，其特征在于，只要控制电流、也就是说线圈电流或者电流分量I_q在q方向上达到或者超过最大值和/或两个彼此相接的采样步的角位置和的差值不超过定义的阈值，就识别出锁死。

9.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电动马达是同步马达或者异步马达。

10.按权利要求2所述的方法，其特征在于，所述振动是周期性振动。

11.按权利要求2所述的方法，其特征在于，所述振动是正弦振动。

12.按权利要求5所述的方法，其特征在于，振动的振幅小于或者等于电流分量I_q的最大值的一半I_q,max/2。

13.电动马达，其具有用于执行按前述权利要求中任一项所述的方法的马达控制。

14.通过按照权利要求13所述的电动马达所驱动的泵。

15.按权利要求14所述的泵，其特征在于，所述泵是回转泵。