CN106941298B - 电机组件、电能产生系统以及用于控制电机组件的方法 - Google Patents

电机组件、电能产生系统以及用于控制电机组件的方法 Download PDF

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Abstract

电机组件，包括具有定子(8)以及绕轴线(A)旋转的转子(9)的旋转的电机(4)；用以测量电机(4)的磁感应值(B)的磁性探针(24a)；位置传感器(25)，用以在给定检测点(26)检测转子(9)的通过并发射参考信号；以及处理单元(23)，用于基于所检测的磁感应值(B)以及参考信号限定电机(4)的负载角(LA)的值。

Description

电机组件、电能产生系统以及用于控制电机组件的方法
技术领域
本发明涉及一种电机组件，包括所述电机组件的一种电能产生系统以及一种用于控制该电机组件的方法。
背景技术
总的来说，电能产生系统提供电能给电网，并且包括电机组件，该电机组件依次包括旋转的电机、和用于控制该旋转的电机的控制器件以及被布置在该旋转的电机和电网之间的电能转换器。
在使用中，该控制器件用于控制该能量转换器并因而控制该旋转的电机，从而调节其转矩，使其工作在稳定运行点。然而，在某些情况下，施加到电机上的驱动力或者电力系统上的负载存在突然的改变，随后，扭矩以及涡轮扭矩存在突然的改变，其能使得电机的运行点偏移到不稳定的运行点上，导致该旋转的电机机械损坏。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种能够克服现有技术缺陷的电机组件。
根据本发明，提供一种旋转的电机组件，包括具有定子和绕轴线旋转的转子的电机；测量该电机的磁感应值的磁性探针；在给定检测点检测转子的通过并发出参考信号的位置传感器；以及用于基于所检测的磁感应值以及参考信号限定电机的负载角的值的处理单元。
因为本发明，可以采用由磁性传感器所获取的数据直接确定负载角并因此根据所确定的负载角来控制该电机，并且减小电机运行在不稳定的运行点且被损害的风险。
根据本发明的另一实施例，该磁性探针被布置在电机的气隙中，以检测相对于该磁感应值的轴线的径向分量。
根据本发明的另一实施例，该磁性探针被布置在该气隙中的给定检测点上。
根据本发明的另一实施例，该处理单元计算所接收的磁感应值之间的最大值，并且基于所检测的最大值计算该负载角的值。
根据本发明的另一实施例，该处理单元测量参考信号和到达磁感应值的零值之间经过的时间间隔，并基于所述时间间隔计算负载角的值。
根据本发明的另一实施例，该处理单元测量参考信号和到达磁感应值的最大值之间经过的时间间隔，并基于所述时间间隔计算负载角的值。
根据本发明的另一实施例，该处理单元基于电机的旋转频率计算负载角的值。
根据本发明的另一实施例，该位置传感器包括与检测点相对于轴线径向对准的感测元件。
本发明的又一目的是提供一种电能产生系统，其减小了现有技术的不便性。
根据本发明，提供一种电能产生系统，包括电机组件，该电机组件包括具有定子和绕轴线旋转的转子的旋转的电机；测量该电机的磁感应值的磁性探针；在给定检测点检测转子的通过并限定参考信号的位置传感器；以及用于基于所检测的磁感应值以及参考信号限定电机的负载角的值的处理单元。
根据本发明的另一实施例，该系统包括耦合到电机的电能转换器和耦合到该转换器以及处理单元以接收所检测的负载角的值的控制单元；该控制单元用于基于所接收的负载角的值控制该转换器。
根据本发明的另一实施例，该系统包括测量器件，该测量器件耦合到电机上以测量电机的电气量，并且耦合到控制单元上以提供所检测的电气量的值；该控制单元用于基于所检测的电气量的值来控制该转换器。
本发明的又一目的是提供一种用于控制电机组件的方法，其能减小现有技术的不便性。
根据本发明，提供一种用于控制电机组件的方法；该电机组件包括旋转的电机；该方法包括：固定参考角位置；检测电机的磁感应值；当转子通过参考的角度位置时限定第一事件；当磁感应值到达其最大值时限定第二事件；检测第一事件和第二事件之间的时间间隔；基于所检测的时间间隔计算负载角；基于所检测的负载角控制该电机。
根据本发明的优选实施例，基于转子的旋转频率计算该负载角。
根据本发明的另一优选实施例，该方法包括测量该电机的电气量以及基于所测量的电气量以及负载角控制该电机。
附图说明
现在参考附图描述本发明，其中附图示出了其某些非限制性实施例，其中：
-图1是根据本发明的电能产生系统的示意图；以及
-图2是根据本发明的电能产生系统的电机的正视图，其中部分示出为横截面图。
具体实施方式
在图1中，由参考标记1作为整体标注的是电能产生系统。该电能产生系统1在互换点3上提供电能给电网2。
该电能产生系统1包括旋转的电机4，耦合到电机4上的电能转换器5，耦合到电能转换器5以及电机4上的控制器件6。
参考图2，电机4是同步电机，并且包括定子8，以及绕着轴线A彼此共轴的转子9。更具体地，电机4是两极电机。在另一实施例中，电机4具有两极以上的极数。
定子8是中空的，并且包括多个定子槽12以及间隔设置且沿着定子8的内表面14形成的多个定子齿13。此外，定子8包括安装在该多个槽12内的多个绕组15。
转子9限定磁场，并且包括沿着转子9的外表面19形成的多个转子槽18。特别是，该多个转子槽18被分成两组，以便定义出转子9的两极。
转子9包括安装在槽18中的绕组20，从而限定磁场。在附图未示出的本发明的另一个实施例中，该转子包括安装在转子槽中以限定磁场的永磁体。
参考图1，该控制器件6包括控制单元22，与控制单元22进行通信的处理单元23，与处理单元23进行通信以提供磁感应值B的磁性传感器24，与处理单元23进行通信并用于提供转子9的角位置PA的位置传感器25，以及测量电机4的电气量的测量器件27。
参考图1和图2，该磁性传感器24包括磁性探针24a，其被布置在定子8内部的检测点26处。磁性探针24a被布置在转子9和定子8之间的气隙(airgap)28中。更具体地，检测点26被布置在定子8的一个齿13上。贯穿于该说明书，术语磁场指的是磁感应B。
磁性传感器24是磁场或者磁性感应传感器。换句话说，磁性传感器24用于测量检测点26处的磁感应值B。更具体地，磁性传感器24用于测量点26处的相对于磁感应值B的轴线A的径向分量。磁性传感器24是霍尔效应传感器。在本发明的另一实施例中，磁性传感器24是用于测量磁感应值B尤其是相对于磁感应B的轴线A的径向分量的任何类型的传感器。
参考图2，位置传感器25包括与转子9和感测元件31一起集成的成型轮30，其中感测元件31面向该成型轮30，从而检测该成型轮30的角位置PA。尤其是，位置传感器25为编码器。该成型轮30包括凹槽34。感测元件31被布置在给定的角位置上，从而在凹槽34与检测点26对齐时，检测凹槽34的通过。换句说话，该位置传感器25用于转子9相对于检测点26的角位置PA，其中检测点26限定了测量的初始参考点，换句话说，值为0的角位置。更具体地，感测元件31和检测点26相对于轴线A径向对准。换句话说，感测元件31的角度位置等于检测点26和磁性探针24a的角位置。位置传感器25对凹槽34的通过的检测限定等于0的角位置PA的值，其依次限定参考信号。该参考信号限定触发信号。
感测元件31可以是光学的、磁性的或者任何其他类型的。
在附图未示出的另一实施例中，位置传感器并不必须是编码器，可以是任何类型的位置传感器，例如光学的、磁性的或者任何其他类型的。
参考图1，处理单元23连接到磁性传感器24上，从而接收磁感应值B并且处理单元23连接到位置传感器25上从而接收参考信号。
处理单元23用于基于所检测的磁感应值B以及参考信号计算电机4的负载角LA的值。
更具体地，处理单元23用于计算第一事件和第二事件之间经过的时间间隔，其中当位置传感器25检测转子9通过参考的角位置PA(角位置PA的值等于0)时出现第一事件，即，在其接收参考信号(或者触发信号)时；当所测量的磁感应值B达到其最大值时出现第二事件。处理单元23基于所述的时间间隔计算负载角LA。更具体地，所检测的磁感应值B近似于正弦变化的磁感应函数FB，处理单元23基于所检测的磁感应值B限定磁感应函数FB，然后计算该磁感应函数FB的一阶导数和二阶导数，并且在磁感应函数FB的一阶导数等于0且磁感应函数FB的二阶导数为负时确定第二事件。换句话说，参考信号用作确定计数时间间隔的开始的触发信号。
在另一实施例中，处理单元23通过比较连续测量的磁感应值B并检测所测量的值何时减小给定百分比来确定第二事件，即，当磁感应值B的最大值到达的时间瞬时，此时，处理单元23将最大值与所检测的直到所限定的百分比减小的最大值相关联。
处理单元23根据位置信号计算电机4的旋转频率。在另一实施例中，处理单元23从控制单元22接收旋转频率，控制单元22基于测量器件27测量的电气量依次确定旋转频率。
处理单元23基于所测量的时间间隔并基于旋转频率，尤其是通过将所测量的时间间隔和旋转频率相乘来计算负载角LA的值。
在本发明的另一个实施例中，处理单元23用于计算第一事件和第三事件之间经过的时间间隔，其中第一事件出现在位置传感器25检测转子9通过参考的角位置PA(角位置PA具有等于0的值)时，即当其接收到参考信号(或者触发信号)时；第三时间出现在所测量的磁感应值B达到零值时。处理单元23基于所述的时间间隔计算负载角LA。更具体地，所检测的磁感应值B接近正弦变化的磁感应函数FB，处理单元23基于所检测的磁感应值B限定磁感应函数FB，并确定磁感应函数FB的值等于零时的第三事件。换句话说，将参考信号用作确定计数时间间隔开始的触发信号。
处理单元23根据位置信号计算电机4的旋转频率。在另一实施例中，处理单元23从控制单元22接收旋转频率，其中控制单元22基于测量器件27所测量的电气量依次确定该旋转频率。
处理单元23基于所测量的时间间隔并且基于旋转频率，尤其是根据公式LA＝90°-(DT*Wr]，限定负载角LA的值，其中LA是负载角，DT是所测量的时间间隔，Wr是旋转频率。
在本发明的另一个实施例中，处理单元23接收与所检测的磁感应值B对应的角位置PA。换句话说，处理单元23一直接收磁感应值B和采用磁感应B测量法所测量的角位置PA。此外，处理单元23用于将所检测的磁感应值B与转子9的角位置PA相关联，并且限定一对值，其中所检测的每个磁感应值B与转子9的角位置PA关联。在本发明所述的实施例中，处理单元23用于基于所检测的磁感应值B和与所检测的磁感应值B相关联的角位置PA计算电机4的负载角LA的值。
测量器件27与电机4关联，以测量下面电气量中的至少一个：定子电压，定子电流和励磁电流。测量器件27发送所测量的电气量给控制单元22。
控制单元22从处理单元23接收负载角LA的值，并用于基于所检测的负载角LA的值并基于测量器件27所测量的电气量控制能量转换器5。
归功于本发明，可以一直并且实时计算电机4的负载角LA的值，并且并不估算成现有技术方案中基于电机4的数学模型的情形。这意味着负载角LA的值分辨率更高，不确定性程度更低，这导致电能转换器5的控制更有效率。换句话说，采用实时测量的负载角LA的值减小了电机4的误动作，减小了电机4进入到不稳定运行点的可能性，在该不稳定运行点上，转子9的速度不受限制地增加使得电机4出现机械损坏。
最后，清楚的是，不脱离本发明的范围可以进行本发明的修正和变形，如权利要求书中所述的。

Claims (12)

1.电机组件，包括具有定子(8)以及绕轴线(A)旋转的转子(9)的旋转的电机(4)；用以测量电机(4)的磁感应值(B)的磁性探针(24a)；位置传感器(25)，用以在给定的检测点(26)检测转子(9)的通过并限定参考信号；以及处理单元(23)，用于基于所检测的磁感应值(B)以及参考信号限定电机(4)的负载角(LA)的值；其中处理单元(23)计算所接收的磁感应值(B)之间的最大值，并且基于所检测的最大值计算负载角(LA)的值；其中该处理单元(23)测量参考信号和到达磁感应值(B)的最大值之间所经过的时间间隔，并且基于所述的时间间隔和电机(4)的旋转频率计算负载角(LA)的值；
其中，负载角(LA)的值＝90°－(所述的时间间隔*电机(4)的旋转频率)。
2.电机组件，包括具有定子(8)以及绕轴线(A)旋转的转子(9)的旋转的电机(4)；用以测量电机(4)的磁感应值(B)的磁性探针(24a)；位置传感器(25)，用以在给定的检测点(26)检测转子(9)的通过并限定参考信号；以及处理单元(23)，用于基于所检测的磁感应值(B)以及参考信号限定电机(4)的负载角(LA)的值；其中处理单元(23)测量参考信号和到达磁感应值(B)等于零之间所经过的时间间隔，并且基于所述的时间间隔和电机(4)的旋转频率计算负载角(LA)的值；
其中，负载角(LA)的值＝90°－(所述的时间间隔*电机(4)的旋转频率)。
3.根据权利要求1或2所述的电机组件，其中该磁性探针(24a)被布置在电机(4)的气隙(28)中，以检测相对于磁感应值(B)的轴线(A)的径向分量。
4.根据权利要求1或2所述的电机组件，其中该磁性探针(24a)被布置在电机(4)的气隙(28)中的给定的检测点(26)处。
5.根据权利要求1或2所述的电机组件，其中位置传感器(25)包括与检测点(26)相对于轴线(A)径向对齐的感测元件(31)。
6.根据权利要求1或2所述的电机组件，其中位置传感器(25)检测参考的角位置(PA)并将其发送给处理单元(23)；处理单元(23)限定一对值，其中一个值为所检测的磁感应值(B)，另一个值为与该磁感应值(B)相关联的所述参考的角位置(PA)；处理单元(23)基于所述的一对值限定负载角(LA)。
7.电能产生系统，包括根据权利要求1所述的电机组件。
8.根据权利要求7所述的电能产生系统，包括：耦合到电机(4)上的电能转换器(5)、和耦合到电能转换器(5)以及处理单元(23)上以接收所检测的负载角(LA)的值的控制单元(22)；该控制单元(22)用于基于所接收的负载角(LA)的值控制该电能转换器(5)。
9.根据权利要求8所述的电能产生系统，包括测量器件(27)，该测量器件耦合到电机(4)上以测量电机的电气量，并且耦合到控制单元(22)上以提供所检测的电气量的值；该控制单元(22)用于基于所检测的电气量的值控制电能转换器(5)。
10.电机组件的控制方法，该电机组件包括旋转的电机(4)；该方法包括：固定参考的角位置(PA)；检测电机(4)的磁感应值(B)；限定当转子通过参考的角位置(PA)时的第一事件；限定当磁感应值(B)到达其最大值时的第二事件；检测第一事件和第二事件之间的时间间隔；基于所检测的时间间隔和电机(4)的旋转频率计算负载角(LA)；基于所检测的负载角(LA)控制电机(4)；
其中，负载角(LA)的值＝90°－(所述的时间间隔*电机(4)的旋转频率)。
11.电机组件的控制方法，该电机组件包括旋转的电机(4)；该方法包括：固定参考的角位置(PA)；检测电机(4)的磁感应值(B)；限定当转子通过参考的角位置(PA)时的第一事件；限定当磁感应值(B)到达零值时的第二事件；检测第一事件和第二事件之间的时间间隔；基于所检测的时间间隔和电机(4)的旋转频率计算负载角(LA)；基于所检测的负载角(LA)控制电机(4)；
其中，负载角(LA)的值＝90°－(所述的时间间隔*电机(4)的旋转频率)。
12.根据权利要求10或11所述的方法，包括测量电机(4)的电气量以及基于所测量的电气量和负载角控制电机的步骤。
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