CN107112934B - 驱动装置的调节 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及了一种用于调节驱动装置(1)的方法和调节装置，该驱动装置具有带有电动机轴(7)的电动机(5)和用于为电动机(5)供能的变流器(11)。在此检测表征驱动装置(1)的损失功率的测量参量的测量值并且根据所检测的测量值调节变流器输出电压，以减小损失功率。
Description
技术领域
本发明涉及了一种用于调节驱动装置的方法和调节装置，该驱动装置具有带有电动机轴的电动机和用于为电动机供能的变流器。
背景技术
在工业中应用转速可变的驱动装置能够明显提升过程效率以及减小生产和产品成本。在此，过程效率能够借助对驱动装置的优化调节进一步提升。
US 2007/0278986 A1公开了一种电动机的控制系统，电动机具有直流电源、直流电压转换器、逆变器和控制单元，控制单元为直流电压转换器的电压设置额定值。
EP 1 211 798 A2公开了一种电动机控制系统，其基于交流电动机的转矩额定值来调节电动机电流。
US 5 585 708 A公开了一种根据电动机参数实现的电动机控制系统，电动机参数例如是转矩、速度或者位置。
发明内容
本发明的目的在于，给出一种用于调节驱动装置的方法和改善的调节装置。
根据本发明的方法用于调节驱动装置，其具有带有电动机轴的电动机和用于为电动机供能的变流器。在此检测表征驱动装置的损失功率的测量参量的测量值，并且根据所检测的测量值调节变流器的变流器输出电压，以减小损失功率。
有利地，该方法能够通过减少驱动装置的损失功率来提高变流器馈电的驱动装置的效率。这通过根据表征损失功率的测量参量的测量值调节变流器输出电压来实现。
在此优选地，将电动机轴的电动机转速和/或变流器的输出电流和/或变流器的输入电压和/或变流器的输入电流应用为测量参量。在变流器具有整流器和与整流器经由中间电路连接的逆变器的情况下，还优选地将中间电路的中间电路电压应用为测量参量。
有利地，这些测量参量能够通过测量或者计算输入功率和/或电动机功率来得出驱动装置的损失功率以作为变流器的输入端上的电输入功率与电动机的机械电动机功率的差值。例如，能够从电动机轴的电动机转速和变流器的输出电流中得出电动机功率，并且从变流器的输入电压和输入电流中得出输入功率。
优选地，为了调节变流器输出电压而在连续的调节时间间隔中分别根据所检测的测量值得出变流器输出电压的输出电压额定值，并且将变流器输出电压调节到所得出的输出电压额定值。
有利地，由此能够将变流器输出电压持续地匹配于相应所检测的测量值，从而能够持续地优化驱动装置的损失功率。
在此优选地，输出电压额定值
-或者根据测量参量的值从用于输出电压额定值的查询表中提取出，
-或者借助于用于计算输出电压额定值的数学模型根据测量参量的值来计算出，
-或者根据所检测的测量值逐步地改变，其中，在每个调节时间间隔中检测测量值并且从相应所检测的测量值中得出损失功率，并且如果所得出的损失功率相对于在之前调节时间间隔中得出的损失功率增加，那么输出电压额定值的改变的改变方向相对于之前调节时间间隔中的改变方向进行改变，并且如果所得出的损失功率相对于在之前调节时间间隔中得出的损失功率减小，那么所述输出电压额定值的改变的改变方向相对于之前调节时间间隔中的改变方向保持不变。
在此，输出电压额定值的改变的改变方向理解为输出电压额定值的向更小或更大的值的改变。
每个可替换方案都能够根据测量参量的所检测的测量值来实现输出电压额定值的持续更新。应用查询表具有以下优点，即需要特别少的计算花费并且由此能特别快速和简单地实现，然而需要创建查询表并且因此相对于系统改变、例如由于构件替换或磨损而是不太灵活的。与此相对地，应用用于计算输出电压额定值的数学模型是更灵活的，然而要求更多计算时间和花费以及数学模型的参数，该参数的值不是经常能够简单确定的。按照第三上述可替换方案根据测量参量的所检测的测量值来逐步改变输出电压额定值的应用方案一方面相对于系统改变是灵活的，因为其不取决于系统的具体的构件，并且此外能利用相对较少的计算花费实现，从而使其结合其它两个可替换方案的优点。
本发明的另外的设计方案集中在驱动装置上，其变流器具有整流器和与整流器经由中间电路连接的逆变器，其中，中间电路的中间电路电压借助于整流器进行调节。在此根据本发明，除了变流器输出电压之外也根据所检测的测量值来调节中间电路电压，以减少损失功率。
有利地，这能够通过同时调节变流器输出电压和中间电路电压来更有效地减少驱动装置的损失功率。
类似于调节变流器输出电压的上述设计方案，优选地在连续的调节时间间隔中分别根据所检测的测量值得出中间电路电压的中间电路电压额定值，并且将中间电路电压调节到所得出的中间电路电压额定值。
在此优选地，中间电路电压额定值
-或者根据测量参量的值从用于中间电路电压额定值的查询表中提取出，
-或者借助于用于计算中间电路电压额定值的数学模型根据测量参量的值来计算出，
-或者根据所检测的测量值逐步地改变，其中，在每个调节时间间隔中检测测量值并且从相应所检测的测量值中得出损失功率，并且如果所得出的损失功率相对于在之前调节时间间隔中得出的损失功率增加，那么中间电路电压额定值的改变的改变方向相对于之前调节时间间隔中的改变方向进行改变，并且如果所得出的损失功率相对于在之前调节时间间隔中得出的损失功率减小，那么所述中间电路电压额定值的改变的改变方向相对于之前调节时间间隔中的改变方向保持不变。
调节中间电路电压的这些设计方案对应于调节变流器输出电压的具有上面同样描述的优点的上述设计方案。
用于按照根据本发明的方法调节驱动装置的根据本发明的调节装置包括对于每个测量参量来说用于检测测量参量的测量值的测量传感器、用于评估所检测的测量值的评估单元和用于根据所检测和评估的测量值来调节变流器输出电压的电压调节器。
在此优选地，只要变流器具有带有能经由整流器调节的中间电路电压的中间电路，那么电压调节器也设计用于根据所检测和评估的测量值来调节在变流器的整流器和逆变器之间的中间电路的中间电路电压。
这样设计的调节装置能够实现用于调节驱动装置的具有上述优点的根据本发明的方法。
附图说明
本发明的上述特性、特征和优点以及如何实现这些的方式和方法结合下述联系附图详细阐述的对实施例的说明更清楚易懂。在此示出：
图1是驱动装置和用于调节驱动装置的调节装置，并且
图2是用于调节驱动装置的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了驱动装置1和用于调节驱动装置1的调节装置3的框图。
驱动装置1包括具有用于驱动负载9的电动机轴7的电动机5和用于为电动机5供能的变流器11。变流器11包括整流器13和与整流器13经由中间电路15连接的逆变器17，其中，中间电路15的中间电路电压uZK借助于整流器13调节。
调节装置3包括：测量传感器19至21，用于检测表征驱动装置1的损失功率的多个测量参量的测量值；用于评估所检测的测量值的评估单元23，和；电压调节器25，用于根据所检测的测量值来调节变流器11的变流器输出电压和中间电路电压uZK。在此，驱动装置1的损失功率限定为变流器11的输入端处的电输入功率与电动机5的机械电动机功率的差值。
在所示的实施例中，将中间电路电压uZK、变流器11的输出电流is和电动机轴7的电动机转速ωm应用为测量参量。调节装置3对于这些测量参量中的每个来说都具有测量传感器19至21，其检测相应的测量参量的测量值并且将其输送给评估单元23。
借助于评估单元23和电压调节器25，根据所检测的测量值如下地调节变流器输出电压和中间电路电压uZK，以使得驱动装置1的损失功率减少。对此在评估单元23的下面详细表述的方式中，在连续的调节时间间隔中分别根据所检测的测量值更新变流器输出电压的输出电压额定值u* s和中间电路电压uZK的中间电路电压额定值u* ZK。借助于电压调节器25将变流器输出电压调节到相应的当前的输出电压额定值u* s，并且将中间电路电压uZK调节到相应的当前的中间电路电压额定值u* ZK。
经由相应的频率额定值ω* e将电动机转速ωm调节到转速额定值ω* m，借助于转速调节器27将变流器输出电压的输出频率调节到该频率额定值。
图2示出了用于调节驱动装置1的方法的流程图。该方法在图2中分为八个方法步骤S1至S8。在此，开始在第一调节时间间隔中实施三个方法步骤S1至S3并且其它五个方法步骤S4至S8形成方法循环，其重复地在相应的连续的调节时间间隔中实施。
在第一调节时间间隔中，在第一方法步骤S1中首先借助于测量传感器19至21检测测量参量的测量值并且将其输送给评估单元23。在第二方法步骤S2中，借助于评估装置23由在第一方法步骤S1中检测的测量值得出驱动装置1的损失功率。在第三方法步骤S3中，借助于评估单元23将输出电压额定值u* s和中间电路电压额定值u* ZK在预定的改变方向中、即向更小或更大的值地以一个预定的改变值进行改变，并且借助于电压调节器25将变流器输出电压调节到所改变的输出电压额定值u* s并且将中间电路电压uZK调节到中间电路电压额定值u* ZK。
在另外的调节时间间隔中，分别首先在第四方法步骤S4中像在第一方法步骤S1中那样借助于测量传感器19至21检测测量参量的测量值并且将其输送给评估单元23。在第五方法步骤S5中类似于第二方法步骤S2地，借助于评估单元23由在第四方法步骤S4中检测的测量值得出驱动装置1的损失功率。在第六方法步骤S6中，借助于评估单元23检查，在第五方法步骤S5中得出的损失功率是否相对于在之前调节时间间隔中得出的损失功率减小。当该检查的结果表明损失功率减小，那么就在第七方法步骤S7中将输出电压额定值u* s和中间电路电压额定值u* ZK在改变方向上进行改变，其与之前的调节时间间隔中的改变方向一致。否则，即当在第六方法步骤S6中没有确定损失功率减小的时候，在第八方法步骤S8中将输出电压额定值u* s和中间电路电压额定值u* ZK在以下改变方向上进行改变，其与之前的调节时间间隔中的改变方向相反。在此例如，输出电压额定值u* s和中间电路电压额定值u* ZK在第七方法步骤S7和/或第八方法步骤S8中的改变分别以一个固定预设的值或与损失功率的在第六方法步骤S6中得出的改变相关的值进行。此外，在第七方法步骤S7或者第八方法步骤S8中，借助于电压调节器25将变流器输出电压调节到已改变的输出电压额定值u* s并且将中间电路电压uZK调节到已改变的中间电路电压额定值u* ZK。具有方法步骤S4至S8的方法一直重复，直到所得出的损失功率的改变相对于在之前调节时间间隔中得出的损失功率小于预设的改变值为止，或者直到变流器输出电压达到预设的输出电压最大值或预设的输出电压最小值为止，或者直到中间电路电压uZK达到预设的中间电路电压最大值或预设的中间电路电压最小值为止。
作为上述根据图2描述的实施例的替换，用于调节驱动装置1的方法的其它的实施例设置为，输出电压额定值u* s和中间电路电压额定值u* ZK在每个调节时间间隔中或者根据测量参量的值从用于输出电压额定值u* s和中间电路电压额定值u* ZK的查询表中提取出，或者借助于用于计算输出电压额定值u* s和中间电路电压额定值u* ZK的数学模型根据测量参量的值来计算出。
在以下情况中，即驱动装置1具有不带有中间电路15(即在也称为矩阵转换器的直接变流器11的情况)的变流器11或具有简单设计的、不设计用于调节中间电路电压uZK的整流器11，类似于上述实施例地，代替于变流器输出电压和中间电路电压uZK地仅通过改变输出电压额定值u* s来调节变流器输出电压。此外也能够实现的是，在驱动装置1具有带有能调节的中间电路电压uZK的变流器11的情况中，直接仅调节中间电路电压并由此间接地调节变流器输出电压。
此外，上述实施例能够如下进行转化，即可替换或附加地检测和评估表征驱动装置1的损失功率的其它或另外的测量参量，例如变流器11的输入电压和/或输入电流和/或中间电路15的中间电流和/或电动机轴7上的转矩。
尽管通过优选的实施例在细节上详细地阐述并描述了本发明，但本发明并不局限于所涉及的实例，并且其他的变体能够由本领域技术人员推导出，而并不脱离本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于调节驱动装置(1)的方法，所述驱动装置具有带有电动机轴(7)的电动机(5)和用于为所述电动机(5)供能的变流器(11)，其中，
-所述变流器(11)具有整流器(13)和与所述整流器(13)经由中间电路(15)连接的逆变器(17)，
-检测表征所述驱动装置(1)的损失功率的测量参量的测量值，
-并且根据所检测的所述测量值来调节所述变流器(11)的变流器输出电压并且借助于所述整流器(13)调节所述中间电路(15)的中间电路电压(uZK)，以减小所述损失功率，
-其中，在连续的调节时间间隔中分别根据所检测的所述测量值来得出所述变流器输出电压的输出电压额定值(u* s)和所述中间电路电压(uZK)的中间电路电压额定值(u* ZK)，并且将所述变流器输出电压调节到所得出的所述输出电压额定值(u* s)，且将所述中间电路电压(uZK)调节到所得出的所述中间电路电压额定值(u* ZK)
-将所述中间电路(15)的所述中间电路电压(uZK)应用为测量参量，
-并且所述中间电路电压额定值(u* ZK)根据所检测的所述测量值逐步地改变，直到所述损失功率相对于之前调节时间间隔中的损失功率的改变小于预设的改变值，或者直到所述中间电路电压(uZK)达到预设的中间电路电压最大值或预设的中间电路电压最小值，其中，在每个调节时间间隔中检测所述测量值并且由相应的所检测的所述测量值得出所述损失功率，并且如果所得出的损失功率相对于在之前调节时间间隔中得出的损失功率增加，那么所述中间电路电压额定值(u* ZK)的改变的改变方向相对于之前调节时间间隔中的改变方向进行改变，并且如果所得出的所述损失功率相对于在之前调节时间间隔中得出的损失功率减小，那么所述中间电路电压额定值的改变的改变方向相对于之前调节时间间隔中的改变方向保持不变，其中所述改变方向是所述中间电路电压额定值向更小或更大的值的改变。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述电动机轴(7)的电动机转速(ωm)应用为测量参量。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将所述变流器(11)的输出电流(is)应用为测量参量。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将所述变流器(11)的输入电压应用为测量参量。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将所述变流器(11)的输入电压应用为测量参量。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将所述变流器(11)的输入电流应用为测量参量。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，将所述变流器(11)的输入电流应用为测量参量。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述输出电压额定值(u* s)
-或者根据所述测量参量的值从用于所述输出电压额定值(u* s)的查询表中提取出，
-或者借助于用于计算所述输出电压额定值(u* s)的数学模型根据所述测量参量的值来计算出，
-或者根据所检测的所述测量值逐步地改变，直到所述损失功率相对于之前调节时间间隔中的损失功率的改变小于预设的改变值，或者直到所述变流器输出电压达到预设的输出电压最大值或预设的输出电压最小值，其中，在每个调节时间间隔中检测所述测量值并且由相应的所检测的所述测量值得出所述损失功率，并且如果所得出的损失功率相对于在之前调节时间间隔中得出的损失功率增加，那么所述输出电压额定值(u* s)的改变的改变方向相对于之前调节时间间隔中的改变方向进行改变，并且如果所得出的损失功率相对于在之前调节时间间隔中得出的损失功率减小，那么所述输出电压额定值的改变的改变方向相对于之前调节时间间隔中的改变方向保持不变。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述输出电压额定值(u* s)
-或者根据所述测量参量的值从用于所述输出电压额定值(u* s)的查询表中提取出，
-或者借助于用于计算所述输出电压额定值(u* s)的数学模型根据所述测量参量的值来计算出，
-或者根据所检测的所述测量值逐步地改变，直到所述损失功率相对于之前调节时间间隔中的损失功率的改变小于预设的改变值，或者直到所述变流器输出电压达到预设的输出电压最大值或预设的输出电压最小值，其中，在每个调节时间间隔中检测所述测量值并且由相应的所检测的所述测量值得出所述损失功率，并且如果所得出的损失功率相对于在之前调节时间间隔中得出的损失功率增加，那么所述输出电压额定值(u* s)的改变的改变方向相对于之前调节时间间隔中的改变方向进行改变，并且如果所得出的损失功率相对于在之前调节时间间隔中得出的损失功率减小，那么所述输出电压额定值的改变的改变方向相对于之前调节时间间隔中的改变方向保持不变。
10.一种用于按照根据前述权利要求中任一项所述的方法调节驱动装置(1)的调节装置(3)，所述调节装置(3)包括
-对于每个测量参量来说用于检测测量参量的测量值的测量传感器(19至21)，
-用于评估所检测的所述测量值的评估单元(23)，
-和，用于根据所检测和评估的所述测量值来调节变流器输出电压和中间电路电压(uZK)的电压调节器(25)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20190827 |