CN111164879B - 电机 - Google Patents

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Abstract

在一种用于运行电机(1)的方法中，将第一测试信号(2)馈入到电机(1)中，其中，测量第一响应信号(3)，其中，根据第一测试信号(2)确定用于电机(1)的转子(5)的第一状态参量(4)，其中，确定用于电机(1)的转子(5)的第二状态参量(6)，其中，一起评估第一状态参量(4)和第二状态参量(6)。为此提出一种驱动系统(8)，该驱动系统具有至少一个用于驱动电机(1)的变流器(7)，该变流器(7)用于将第一测试信号(2)施加到电机(1)中。

Description

电机
技术领域
本发明涉及电机，具体是一种同步电机及其运行。
背景技术
同步电机的运行可以在许多应用领域中安全地进行。为了安全运行同步电机例如使用测量系统，例如编码器。利用编码器可以实现多种安全功能。为了电机的安全运行、尤其是同步电机的安全运行，经常需要用于限制转速、速度、轴位置等的安全功能。为此，使用具有集成的安全功能的变频器，或安全PLC、转速监控器等。对于用于检测主轴上的轴位置或旋转角度的所属的传感系统，主要使用带有Sin/Cos接口的位置编码器。在这些产品中有越来越安全的设计方案，它们是针对以特定的性能水平(PL)或SIL1的应用来提供的。
电机、例如同步电机，也可以在没有编码器的情况下运行。例如，DE197 03 248A1公开了一种用于确定无编码器的、磁场定向地运行的感应电机的转子角速度的方法和装置。
从EP 2 023 479B1中已知一种用于无缝地确定电机的永磁转子的、速度和/或位置包括静止状态的系统。描述了一种用于从多相定子电流的测量中确定电驱动速度和/或位置的方法。
从EP 2 226 929A1中已知一种用于在电驱动装置上进行运动测量的可信性监控系统。在用于监控电驱动装置上的运动测量的可信性的方法中，对编码器的运动测量进行监控。基于驱动装置中的电流测量，产生用于驱动装置的位置、速度和/或加速度的一个或多个估计值，将一个或多个估计值与由编码器输出信号产生的一个或多个测量值进行比较。
发明内容
本发明的一个目的是提出一种用于电机的替代运行方法，其中，该替代运行方法尤其是一种安全的方法。
该目的通过根据本发明第一方面的方法或通过根据本发明第二方面的驱动系统来实现。一些设计方案也由各个实施方式得出。
在用于运行电机、尤其是同步电机的方法中，将第一测试信号馈入到电机中。电机尤其是同步磁阻电机。该同步磁阻电机尤其具有阻磁部段或凸极。同步磁阻电机尤其设计为，其转子不具有永磁体，也就是说没有永磁体。测量和/或确定第一响应信号，其中，根据第一测试信号、即尤其是根据第一响应信号来确定用于电机的转子的第一状态参量。确定用于电机的转子的第二状态参量，其中，第一状态参量和第二状态参量被一起评估。第一响应信号尤其取决于第一测试信号。该响应信号例如是脉冲响应、阶跃响应等。该响应信号尤其是以对电机的电压和/或电流的测量为基础。电机由变流器供电。测试信号通过变流器馈入电机。尤其是，基于所测得的电压和/或电流在数学上确定第一状态参量，例如转子转速或转子位置。尤其是，也基于所测得的电压和/或电流在数学上确定第二状态参量，例如转子转速或转子位置。通过确定第一状态参量和第二状态参量，可以在不使用编码器测量系统的情况下实现电机的安全运行，因为例如实现了转子转速和/或转子位置的可靠确定。这样，即使在对电机、例如同步电机的无编码器调节的情况下直到停机状态都可以确保安全运行。尤其地，无编码器同步电机可以作为位置受调节的轴来运行，其中，可以通过算法来计算转子位置和机构位置。
为了获得输出信号、即响应信号，测试信号可以被认为是用于系统(例如电机)的输入信号。用于生成响应信号的输入信号也可以称为测试信号。
在该方法的一个设计方案中，为确定第二状态参量，将第二测试信号馈入电机中，其中，测量和/或确定第二响应信号，其中，根据第二响应信号确定第二状态参量。
在该方法的一个设计方案中，也能够使用电机的矢量变换调节的额定参量作为第二响应信号。
在该方法的一个设计方案中，第二测试信号可以至少通过以下标准之一来区别于第一测试信号：
·第一测试信号相对于第二个测试信号具有时间偏差；
·第一测试信号具有不同于第二测试信号的幅值；或者
·第一测试信号具有不同于第二测试信号的信号频率。
在该方法的一个设计方案中，在两个分开的通道中进行对电机状态的确定。通过状态(例如转子转速或转子位置)的双通道式确定，可以实现电机的安全运行。该双通道性例如可以通过具有各一个响应信号的两个测试信号来实现，但也可以利用一个测试信号和由此产生的两个响应信号来实现。为了安全定位，尤其通过两个单独的通道来计算安全的位置信息。可以例如通过两个单独的通道对电机的电压和/或电流进行安全评估来确定安全的位置信息。在一个设计方案中，例如可以针对两个通道使用相同的安全的测试信号。
在该方法的一个设计方案中，使用两个状态参量来确定电机的特定状态，这些状态参量是在没有编码器的情况下确定的。以这种方式，可以在没有编码器的情况下通过两个通道安全地评估电机的状态。省去编码器是具有成本优势的。电机的无编码器运行也可以使其更具鲁棒性并提高了其可靠性。
在该方法的一个设计方案中，在也使用所测得的电压和/或所测电流作为调节电机的实际值时，以比调节电机所需的频率或采样率更高的频率或采样率(例如，至少高出50％)测量响应信号，也就是例如测量电压和/或电流。
在该方法的一个设计方案中，测试信号具有比电机的额定值的最大频率高50％的频率。电机的额定值例如是转子转速、相电压、电压相量，电流相量、磁通相量等。
在该方法的一个设计方案中，第一测试信号和第二测试信号被用于确定转子的相同状态，也就是例如用于确定转子位置和/或转子转速。
在该方法的一种设计方案中，如果由于对电机的调节(即尤其在定位时非常重要的转速为零的情况中)而不存在足够高的电压信号，执行测试信号(尤其是测试脉冲)的安全馈入，其中，测试信号或者测试脉冲也被调节装置使用来计算转子位置信号。
在该方法的一个设计方案中，第一测试信号和/或第二测试信号是叠加的信号。叠加的信号被叠加在用于调节电机的信号上。电机的调节尤其是磁场定向的调节。这样的信号的实例是电流额定值和/或电压额定值和/或磁通额定值。这些额定值尤其可以存在于在调节装置中使用的坐标系之一中，也就是例如存在于αβ坐标系或d/q坐标系中。
在该方法的一个设计方案中，第一测试信号和/或第二测试信号是转子固定信号。在此使用d/q坐标系。在该方法的一个设计方案中，第一测试信号和/或第二测试信号是定子固定信号。在此使用αβ坐标系。
在该方法的一个设计方案中，第一测试信号是定子固定测试信号，第二测试信号是转子固定测试信号。
在该方法的一个设计方案中，第一响应信号是定子固定响应信号，第二响应信号是转子固定响应信号。
在该方法的一个设计方案中，基于定子固定的测试信号在第一通道中计算电机的状态(例如转子位置)，并且基于转子固定的测试信号在第二通道中计算电机的状态。该双通道性可确保电机的安全运行。
在该方法的一个设计方案中，第一测试信号与第二测试信号正交。因此，经由彼此正交的测试信号形成两个不同的通道。
在该方法的一种设计方案中，待确定的电机状态是位置、速度和/或加速度。
在该方法的一个设计方案中，第一测试信号和/或第二测试信号是形成扭矩的。
在该方法的一个设计方案中，第一测试信号和/或第二测试信号是扭矩中性的。扭矩中性表示测试信号不影响电机转子的位置和/或运动。
在该方法的一个设计方案中，电机是无编码器电机。借助于所描述的方法，也可以利用合适的公式和/或算法来进行对测量值的安全的评估以及位置和转速的计算。
在该方法的一种设计方案中，电机是同步电机，尤其是同步磁阻电机。
在该方法的一个设计方案中，当一起评估第一状态参量和第二状态参量时，将这些状态参量相互比较，其中，在这两个状态参量一致的情况下，可靠地识别出电机的状态。在检查两个状态参量的一致性时，例如可以为这些参量的差设置阈值，尤其只在低于阈值时才表示状态参量识别是可靠的。状态或状态参量尤其涉及电机的转子的位置。
在该方法的一个设计方案中，脉冲信号被用于第一测试信号和/或第二测试信号。
通过该方法的设计方案之一，能够以无编码器的方式安全地对轴进行定位和监控。这包括例如不以位置绝对值(尤其SOS)为前提的速度相关的监控功能，以及需要安全的位置绝对值的功能。
驱动系统具有至少一个用于驱动电机的变流器，该变流器被设置用于将第一测试信号施加到电机中。驱动系统能够设置用于执行此处描述的方法。尤其地，驱动系统还具有电机，可以借助于变流器为该电机提供电能，其中，电机尤其是同步磁阻电机。
在驱动系统的一个设计方案中，变流器被设置用于将第二测试信号馈入到电机中。
在驱动系统的一个设计方案中，设置有至少一个具有变流器控制集的ASIC，以用于生成第一测试信号和/或第二测试信号。例如可以通过测试脉冲(Testimpluse)的相应硬件实现方式来可靠地实行测试信号、尤其是测试脉冲的馈入。例如，利用变流器中的具有能够为此使用的控制集的ASIC是可行的。
在驱动系统的一种设计方案中，例如采取相应的安全预防措施来进行在联合的或单独的ASIC或FPGA上对测量值的安全处理和准备。如果需要，可以使用不同的通道，如在本文为所描述的那样。
借助于所描述的方法或所描述的驱动系统，可以通过可靠地馈入测试信号来省去用于电机的编码器。此外，还得到了基于此构建的、通过两个独立通道进行的安全评估。可以按照所描述的不同途径来发生该实现方式。尤其地，可以实现对轴的鲁棒且经济的定位。
借助于所描述的方法和/或所描述的装置满足了与安全相关的功能，例如安全的绝对定位。
附图说明
下面参照附图中示意性示出的实施例更详细地解释根据本发明以及根据从属权利要求的特征的本发明的另外的设计方案，而本发明不受限于这些实施例。
图1中示出了根据本发明的驱动系统8的一个实施例的示意图。
具体实施方式
图1中示出了驱动系统8，其具有用于驱动电机1的至少一个变流器7，其中，该变流器7被设置用于将第一测试信号2馈入电机1中。电机1具有转子5。第一测试信号2具有电压阶跃Uk，其被调制到形成扭矩的电压Uk上。根据用于运行电机1的方法，将第一测试信号2馈入电机1中，其中，测量第一响应信号3，其中，在评估装置9中根据第一测试信号2确定用于电机1的转子5的第一状态参量4。在评估之前，借助于滤波器10滤出响应信号ik。例如借助于用于电机1的调节装置12确定用于电机1的转子5的第二状态参量6，其中，在另一评估装置11中一起评估第一状态参量4和第二状态参量6。由电压Uk形成的电流Ik也可以通过滤波器10确定。如所示出的，在利用测试脉冲评估的无传感器调节中，以相加的方式为基波电压Uk(基波电压驱动电机)叠加小电压脉冲Uk。从这种激励与所产生的电流Ik和ik的脉冲响应的相关性中，可以获得有关转子位置和转速的信息。

Claims (10)

1.一种用于运行电机(1)的方法，其中，所述电机(1)是同步磁阻电机，其中，将第一测试信号(2)馈入到所述电机(1)中，其中，测量第一响应信号(3)，其中，根据所述第一测试信号(2)确定用于所述同步磁阻电机(1)的转子(5)的第一状态参量(4)，其中，确定用于所述同步磁阻电机(1)的所述转子(5)的第二状态参量(6)，其中，在变流器(7)的评估装置(11)中将所述第一状态参量(4)和所述第二状态参量(6)一起评估，其中，为了确定所述第二状态参量，将第二测试信号馈入到所述电机(1)中，其中，测量第二响应信号，其中，根据所述第二响应信号确定所述第二状态参量，其中，所述第一测试信号(2)和/或所述第二测试信号是叠加的信号，其中，所述第一测试信号(2)和所述第二测试信号用于确定所述转子(5)的相同状态，并且其中，所述第一测试信号(2)与所述第二测试信号正交，其中，在一起评估所述第一状态参量(4)和所述第二状态参量(6)时，将所述第一状态参量(4)和所述第二状态参量(6)相互比较，其中，在所述第一状态参量(4)和所述第二状态参量(6)一致时可靠地识别出所述电机(1)的状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一测试信号(2)和/或所述第二测试信号是转子固定信号或定子固定信号。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述状态是位置、速度和/或加速度。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一测试信号(2)和/或所述第二测试信号是形成扭矩的。
5.据权利要求1或2所述的方法，其中，所述电机(1)是无编码器电机(1)。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述状态涉及所述电机的所述转子(5)的位置。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，针对所述第一测试信号(2)和/或所述第二测试信号，使用脉冲信号。
8.一种驱动系统(8)，具有至少一个用于驱动同步磁阻电机(1)的变流器(7)，其中，所述变流器(7)被设置用于将第一测试信号(2)施加到所述同步磁阻电机(1)中，并且其中，所述变流器(7)被设置用于执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法。
9.根据权利要求8所述的驱动系统(8)，其中，所述变流器(7)被设置用于将第二测试信号施加到电机(1)中。
10.根据权利要求9所述的驱动系统(8)，其中，为了生成所述第一测试信号(2)和/或所述第二测试信号而设置有用于所述变流器(7)的控制集的至少一个专用集成电路。
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