CN111527691B - 用于运行同步电机的方法 - Google Patents

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Abstract

用于运行同步电机的方法，具有如下步骤：‑针对半桥的开关元件（T1...T6）生成居中的经脉冲宽度调制的切换信号，其中所述开关元件（T1...T6）中的分别两个开关元件接线成分别一个半桥，其中每个半桥的第二开关元件（T4...T6）与每个半桥的第一开关元件（T1...T3）互补地被操控，只要由此提供足够的最小测量时长（TM），在所述最小测量时长期间，两个半桥的开关元件（T1...T6）的切换信号处在不同的电位上；‑否则：‑针对所述半桥的开关元件（T1...T6）生成如下经脉冲宽度调制的切换信号，所述经脉冲宽度调制的切换信号与居中至少偏差得大得使得提供足够的最小测量时长(TM)，其中‑所述开关元件（T1...T6）的切换信号被构造为使得避免了在所述开关元件（T1...T6）的切换信号中与所述最小测量时长（TM）相对应的时间突变；而且‑在所提供的最小测量时长（TM）之内执行1‑分流器‑电流测量。

Description

用于运行同步电机的方法
技术领域
本发明涉及一种用于运行同步电机的方法。本发明还涉及一种用于运行同步电机的设备。本发明还涉及一种计算机程序产品。
背景技术
已知应用永磁同步电机作为用于风扇、例如在机动车领域中的散热器风扇的驱动装置。还已知对同步电机的无传感器调节、也就是说在不使用转子方位（Rotorlage）传感器的情况下进行的调节。接着，转子方位根据同步电机的感应电压（BEMF，backelectromotive force（反电动势），电动势EMK）被确定。
为了操控或调节同步电机，在很多情况下需要知道同步电机的相电流。例如需要相电流作为用于无传感器转子角度估计方法或者用于调节方法的输入参量。
在经成本优化的解决方案中，相电流通过在半桥的共同的接地或供电路径中的仅仅一个分流器（“1-分流器-电流测量”）被确定。
DE 10 2015 202 693 A1公开了一种用于确定电多相系统中的支路电流的方法。
发明内容
本发明的任务是：提供一种用于经改善地运行同步电机的方法。
按照第一方面，该任务利用一种用于运行同步电机的方法来解决，该方法具有如下步骤：
- 针对半桥的开关元件生成居中的经脉冲宽度调制的切换信号，其中这些开关元件中的分别两个开关元件接线成分别一个半桥，其中每个半桥的第二开关元件与每个半桥的第一开关元件互补地被操控，只要由此提供足够的最小测量时长，在该最小测量时长期间，两个半桥的开关元件的切换信号处在不同的电位上；
- 否则：
- 针对这些半桥的开关元件生成如下经脉冲宽度调制的切换信号，这些经脉冲宽度调制的切换信号与居中至少偏差得大得使得提供足够的最小测量时长，其中
- 开关元件的切换信号被构造为使得避免了在这些开关元件的切换信号中与该最小测量时长相对应的时间突变；而且
- 在所提供的最小测量时长之内执行1-分流器-电流测量。
以这种方式，利用特定地非居中的操控信号就可以实现无传感器调节的同步电机的经噪声优化的运行，因为避免了在相信号中变化了测量时长的时间突变。
按照第二方面，该任务利用一种用于运行同步电机的设备来解决，该设备具有：
- 生成装置，该生成装置用于针对半桥的开关元件生成居中的经脉冲宽度调制的切换信号，其中这些开关元件中的分别两个开关元件接线成分别一个半桥，其中每个半桥的第二开关元件与每个半桥的第一开关元件互补地被操控，只要由此提供足够的最小测量时长，在该最小测量时长期间，两个半桥的开关元件的切换信号处在不同的电位上，
- 否则：用于针对这些半桥的开关元件生成如下经脉冲宽度调制的切换信号，这些经脉冲宽度调制的切换信号与居中至少偏差得大得使得提供足够的最小测量时长，
- 其中借助于该生成装置，能将开关元件的切换信号构造为使得避免了在这些开关元件的切换信号中与该最小测量时长相对应的时间突变；和
- 测量装置，该测量装置用于执行1-分流器-电流测量，其中借助于这些开关元件的切换信号来提供所限定的最小测量时长，在该最小测量时长期间，半桥的两个切换信号处在不同的电位上。
用于运行同步电机的方法的优选的实施方式是从属权利要求的主题。
该方法的一个优选的扩展方案规定：在第一开关元件的切换信号具有所限定地类似的占空比的情况下，这些第一开关元件的其中执行1-分流器-电流测量的三个切换信号的上升沿在它们相对于彼此的时间顺序方面固定并且被构造为使得在这些第一开关元件的切换信号之间的最小测量时长被提供，其中1-分流器-电流测量在这些第一开关元件的切换信号的上升沿的情况下在PWM周期的前二分之一内被执行。以这种方式，考虑在同步电机运行时的如下场景，该场景由于在占空比方面的区别小而实现了低电机功率或转速。
该方法的另一优选的扩展方案的特点在于：在第一开关元件的切换信号具有所限定地类似的占空比的情况下，这些第一开关元件的其中执行1-分流器-电流测量的三个切换信号的下降沿在它们相对于彼此的时间顺序方面固定并且被构造为使得在这些第一开关元件的切换信号之间的最小测量时长被提供，其中1-分流器-电流测量在这些第一开关元件的切换信号的下降沿的情况下在PWM周期的后二分之一内被执行。以这种方式，针对同步电机提供了与之前所描述的类似的场景，其中在这种情况下1-分流器-电流测量在切换信号的下降沿的情况下被执行。
该方法的另一优选的实施方式的特点在于：这些开关元件的三个切换信号的占空比类似而且在这三个切换信号的占空比方面的区别优选地小于大约20%至大约30%。以这种方式，该方法能应用于切换信号的多种不同的构造方案。优选地，由此在这三个切换信号的占空比方面的区别小（也就是说在占空比方面的区别直至大约20-30%）或电机电压幅度（“总占空比”）最大约为20-30%。在此，有利地，这三个切换信号的占空比的绝对值不相关，例如三个占空比可能会为60%或70%或80%，有利地，该方法也会在这些情况下发挥作用，因为占空比的最大区别只会是20%。
该方法的另一优选的实施方式的特点在于：在第一开关元件的至少两个切换信号具有所限定地大的不同的占空比的情况下，其中在占空比方面的区别大于大约25%至大约100%，在这些切换信号的大小比例在从一个切换周期过渡到下一个切换周期时发生变化的情况下，这些切换信号被构造为使得这些1-分流器-电流测量分别在这些切换信号的沿变换时被执行。在这种情况下，在同步电机运行时覆盖了如下场景，在该场景中，由于在操控信号的占空比方面的区别大而出现高电机电压。在这种情况下，也可以支持同步电机的非常安静的运行。
该方法的另一优选的实施方式规定：该方法针对永磁同步电机或者针对外部激励同步电机被执行。以这种方式，该方法可以有利地被用于在结构上不同的同步电机。
在下文，本发明利用其它特征和优点依据多张附图详细地予以描述。其中相同或功能相同的元件具有相同的附图标记。这些附图尤其旨在阐明反映发明本质的原理。
所公开的设备特征从相对应的所公开的方法特征中类似地得出，而且反之亦然。这尤其是意味着：关于用于运行同步电机的方法方面的特征、技术优点和实施方案从关于用于运行同步电机的设备方面的相对应的实施方案、特征和优点中得出，而且反之亦然。
附图说明
在附图中：
图1和2示出了用于阐述同步电机的常规1-分流器-电流测量的工作原理的原理图；
图3-5示出了用于阐述同步电机的运行的工作原理的信号图；
图6示出了用于阐述在同步电机运行时的扇区变换的图示；
图7-8示出了具有按照用于运行同步电机的常规方法的操控信号的时间图；
图9-10示出了用于运行同步电机的方法的第一实施方式的原理图；
图11-12示出了用于运行同步电机的方法的另一实施方式的原理图；
图13示出了所提出的用于运行同步电机的方法的流程图；并且
图14示出了所提出的用于运行同步电机的设备的原理性框图。
具体实施方式
图1示出了用于运行同步电机的常规设备的原理性框图，其中同步电机借助于经脉冲宽度调制的电控制信号被操控。优选地，该设备包括三个半桥，这三个半桥具有开关元件T1...T6，这些开关元件针对同步电机的相绕组生成所提到的控制信号。
示范性地，这在下文针对3相系统来示出，该3相系统具有三个相连接端U、V、W以及B6桥配置，该B6桥配置具有三个半桥T1-T2、T3-T4、T5-T6或在这些半桥的接地通路中的分流器R。
为了可以从分流器电流IR推断出三个相电流，B6桥的六个电子开关元件T1...T6必须具有所限定的切换模式。例如，在图1的切换模式1中，分流器电流IR对应于相电流U。在图2的切换模式2中，分流器电流IR对应于负的相电流W。
通常，借助于脉冲宽度调制（PWM）来生成三个相电压U、V和W，其中为了该目的而优选地、但是不排他地使用居中的PWM操控信号。
图3示出了在PWM周期期间三个高压侧开关T1、T3、T5的切换模式的示例，该PWM周期具有居中的PWM生成以及结果得到的分流器电流IR。为了可以确定在PWM周期期间的三个相电流，必须在两个不同的开关姿态（这三个高压侧开关中的一个高压侧开关闭合或这三个高压侧开关中的两个高压侧开关闭合）下检测分流器电流IR。在图3的示例中，这会在区域II和III中或在区域V和VI中是可能的。经此，三个相电流中的两个相电流可以通过对分流器电流IR的测量直接被确定，其中接着第三相电流可以借助于电节点规则被计算。
为了以测量技术方式来检测分流器电流IR，两种切换模式（这三个高压侧开关T1、T3、T5中的一个高压侧开关闭合或这三个高压侧开关T1、T3、T5中的两个高压侧开关闭合）必须存在最小时长。因而，如果在三个相中的至少两个相处的占空比类似，则在没有其它措施的情况下不可能进行1-分流器-电流测量。在如下示例中，1-分流器-电流测量会不可能，因为在开关元件T3和T5处的占空比过于类似，如在图4中能看出的那样。
为了在这种情况下也能够实现1-分流器-电流测量，在三个半桥T1-T2、T3-T4、T5-T6中的至少一个半桥处的两个切换沿必须随时间被移动。在如下示例中，在移动开关元件T3、T5处的切换沿之后借助于1-分流器-电流测量对相电流的确定是可能的，如在图5中能看出的那样。
朝哪个方向移动PWM切换信号的沿通常基于在这三个相处的占空比的大小比例来被确定。图6依据矢量图示出了在三个相U、V、W处的占空比的大小比例。在所谓的“扇区变换”的情况下，通常也改变了这些切换信号被移动的方向。但是由此，在扇区变换时，在最小测量时长TM的长度内在切换沿的位置中发生突变而且其结果是在相电流变化曲线中发生常常不符合期望的突变。视应用而定，在相电流中的这些突变可能在利用同步电机的应用的噪声性能方面是关键的。
图7的如下示例示出了在扇区变换前和扇区变换后结果得到的切换模式，其中在扇区变换之前适用如下条件：
TVW > TVV > TVU
其中：
TVW ......占空比W
TVV ......占空比V
TVU ......占空比U
并且在扇区变换之后适用如下条件：
TVV > TVW > TVU。
由于以这种方式所生成的、分别变化了最小测量时长TM的切换信号突变，生成变换的相电流，该变换的相电流具有由此所造成的不符合期望的噪声电平。
因而，提出了将切换信号的相布置为使得所提到的突变不再出现。
图9以右侧图示出了所提出的方法的第一实施方式，左侧图表示在没有按照本发明的修改方案的情况下的切换信号。可以看出：三个切换信号的占空比类似，其中这三个切换信号的占空比的区别优选地小于大约20%至大约30%。在这种情况下，在扇区变换时，这三个切换信号的上升沿固定定位，使得提供了用于执行1-分流器-电流测量的最小测量时长TM。
在图10的右侧图中情况也是如此，在该情况下，在各个切换信号之内的沿只是不显著地发生变化并且由此结果是实现同步电机在噪声方面安静的运行。由此，结果是在图9和10的右侧图中的三个切换信号不再居中。
从图9到图10，实现了与在从图7到图8的常规方法中相同的扇区变换。
在这些图中未示出如下情况：所提到的这些切换信号的固定是相对这些信号的下降沿而言，使得即使在这种情况下在各个PWM切换信号之内也不出现显著的、噪声造成的突变。
图11和图12示出了所提出的方法的另一实施方式，其中在这种情况下在至少两个PWM切换信号的占空比之间存在大的差，使得图9和图10的方法会不能应用。在这种情况下，在扇区变换时、也就是说在从图11过渡到图12时，PWM切换信号被构造或布置为使得在上升沿（图11的右侧图）处或在扇区变换之后在下降沿处（图12的右侧图）交替地执行一次测量。在这种情况下也能看出：按照右侧图的切换信号没有显著的突变并且由此生成安静的相电流变化曲线。
由此，结果是在该变型方案中在图11和12的右侧图中的三个切换信号也经限定地不同于居中。
结果是，这对应于如下实施方案，该实施方案尤其是在平均的和高的电机电压幅度的情况下应用，其中尽管如果利用原来的（未发生变化的）切换模式不会可能进行1-分流器-电流测量，切换沿的位置也与在三个半桥处的占空比的大小比例相对应地被移动。
在此，在每次扇区变换时，都在正切换沿处或在负切换沿处执行对分流器电流IR的测量。通过该做法，在扇区变换期间切换沿的位置保持不变，由此有利地避免了在这些切换沿中并且借此在相电流变化曲线中的突变。
如果在测量在正切换沿处的分流器电流IR时，不同相的两个切换信号具有类似的占空比，则在占空比较大的相处的切换信号向左被移动，在占空比较小的相处的切换信号向右被移动。如果在测量在负切换沿处的分流器电流IR时，两个相具有类似的占空比，则在占空比较大的相处的切换信号向右被移动，在占空比较小的相处的切换信号向左被移动。
在按照图12的如下示例中，在扇区变换时：
TVW > TVV > TVU
从测量在正切换沿处的相电流变换到测量在负切换沿处的相电流。在此，切换沿的位置保持不变。
有利地，所提出的方法丝毫不需要附加的硬件，而是可以仅仅通过软件被实现，其中适当的算法以编程技术方式被保存在微控制器中。由此，支持该方法的简单的可自适应性或可修改性。
有利地，所提出的方法不仅可以在永磁同步电机的情况下被实现而且可以在外部激励同步电机的情况下被实现。
在上文，所提出的方法是示例性地依据三相同步电机来描述的，其中然而指出所提出的方法也可以被用于单相、双相、四相、五相和更多相同步电机。
在上文，所提出的方法是示例性地依据高压侧开关T1、T3、T5来描述的。然而不言而喻的是：该方法的实施方案也可能借助于低压侧开关T2、T4、T6。
图13示出了所提出的用于运行同步电机的方法的原理性流程。
在步骤100中，执行针对半桥的开关元件T1...T6生成居中的经脉冲宽度调制的切换信号，其中这些开关元件T1...T6中的分别两个开关元件接线成分别一个半桥，其中每个半桥的第二开关元件T4...T6与每个半桥的第一开关元件T1...T3互补地被操控，只要由此提供足够的最小测量时长TM，在该最小测量时长期间，两个半桥的开关元件T1...T6的切换信号处在不同的电位上。
否则，在步骤110中执行针对这些半桥的开关元件T1...T6生成如下经脉冲宽度调制的切换信号，这些经脉冲宽度调制的切换信号与居中至少偏差得大得使得提供足够的最小测量时长TM，其中这些开关元件T1...T6的切换信号被构造为使得避免了在这些开关元件T1...T6的切换信号中与最小测量时长TM相对应的时间突变，而且其中在所提供的最小测量时长TM之内执行1-分流器-电流测量。
图14示出了用于运行同步电机的设备200的原理性框图。能看出生成装置210，该生成装置用于针对半桥（未示出）的开关元件T1...T6（未示出）生成居中的经脉冲宽度调制的切换信号，其中这些开关元件T1...T6中的分别两个开关元件接线成分别一个半桥，其中每个半桥的第二开关元件T4...T6与每个半桥的第一开关元件T1...T3互补地被操控。生成装置与用于执行1-分流器-电流测量的测量装置220在功能上连接，其中借助于开关元件T1...T6的切换信号来提供所限定的最小测量时长TM，在该最小测量时长期间，半桥的两个切换信号处在不同的电位上，其中借助于生成装置210能将开关元件T1...T6的切换信号构造为使得避免了在开关元件T1...T6的切换信号中与最小测量时长TM相对应的时间突变。
在上文，本领域技术人员也可以不实现或者只是部分地实现本发明的所公开的实施方式，而不偏离本发明的核心。
如果从一个PWM时钟到下一个PWM时钟从向左移动变换到向右移动或者反过来从向右移动变换到向左移动，则存在时间突变。优选地，这些切换信号从一个PWM时钟到下一个PWM时钟应该只是稍微发生变化并且不应该具有大的突变、即时间突变。这些切换信号的移动优选偏离居中地向右或向左进行，以便获得足够的测量时间。尤其应该防止从一个PWM时钟到下一个PWM时钟从向左移动变换到向右移动，或者反过来从向右移动变换到向左移动。
通过三个半桥来产生的电压向量处在按照图6的六边形之内。在同步电机运行时，该电压向量通常发生转动。扇区变换意味着：该电压向量从六边形的扇区中的一个扇区变换到另一扇区。
在已知的方法中，在每次扇区变换时，在两个半桥中的PWM移动都发生变化，一个半桥从向左移动变换到向右移动，另一个半桥反过来从向右移动变换到向左移动。这造成了噪声、尤其是时间突变，而且通过本发明被消除。

Claims (9)

1.用于运行同步电机的方法，所述方法具有如下步骤：
- 针对半桥的开关元件（T1...T6）生成居中的经脉冲宽度调制的切换信号，其中所述开关元件（T1...T6）中的分别两个开关元件接线成分别一个半桥，其中每个半桥的第二开关元件（T4...T6）与每个半桥的第一开关元件（T1...T3）互补地被操控，只要由此提供足够的最小测量时长（TM），在所述最小测量时长期间，两个半桥的开关元件（T1...T6）的切换信号处在不同的电位上；
- 否则：
- 针对所述半桥的开关元件（T1...T6）生成如下经脉冲宽度调制的切换信号，所述经脉冲宽度调制的切换信号与居中至少偏差得大得使得提供足够的最小测量时长(TM)，其中
- 所述开关元件（T1...T6）的切换信号被构造为使得避免了在所述开关元件（T1...T6）的切换信号中与所述最小测量时长（TM）相对应的时间突变；并且
- 在所提供的最小测量时长（TM）之内执行1-分流器-电流测量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在第一开关元件（T1、T3、T5）的切换信号具有所限定地类似的占空比的情况下，所述第一开关元件（T1、T3、T5）的三个切换信号的如下上升沿在它们相对于彼此的时间顺序方面固定，在所述上升沿的情况下执行1-分流器-电流测量，并且所述上升沿被构造为使得在所述第一开关元件（T1、T3、T5）的切换信号之间的最小测量时长（TM）被提供，其中所述1-分流器-电流测量在所述第一开关元件（T1、T3、T5）的切换信号的上升沿的情况下在PWM周期的前二分之一内被执行。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在第一开关元件（T1、T3、T5）的切换信号具有所限定地类似的占空比的情况下，所述第一开关元件（T1、T3、T5）的三个切换信号的如下下降沿在它们相对于彼此的时间顺序方面固定，在所述下降沿的情况下执行1-分流器-电流测量，并且所述下降沿被构造为使得在所述第一开关元件（T1、T3、T5）的切换信号之间的最小测量时长（TM）被提供，其中所述1-分流器-电流测量在所述第一开关元件（T1、T3、T5）的切换信号的下降沿的情况下在PWM周期的后二分之一内被执行。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中所述开关元件（T1、T3、T5）的三个切换信号的占空比类似并且所述三个切换信号的占空比的区别小于20%。
5.根据权利要求2或3所述的方法，其中所述开关元件（T1、T3、T5）的三个切换信号的占空比类似并且所述三个切换信号的占空比的区别小于30%。
6.根据权利要求1所述的方法，其中在第一开关元件（T1、T3、T5）的至少两个切换信号具有所限定地大的不同的占空比的情况下，其中所述占空比的区别大于25%至小于或等于100%，在所述切换信号的大小比例在从一个切换周期过渡到下一个切换周期时发生变化的情况下，所述切换信号被构造为使得所述1-分流器-电流测量分别在所述切换信号的沿变换时被执行。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述方法针对永磁同步电机或针对外部激励同步电机被执行。
8.用于运行同步电机的设备（200），所述设备具有：
- 生成装置（210），所述生成装置用于针对半桥的开关元件（T1...T6）生成居中的经脉冲宽度调制的切换信号，其中所述开关元件（T1...T6）中的分别两个开关元件接线成分别一个半桥，其中每个半桥的第二开关元件（T4...T6）与每个半桥的第一开关元件（T1...T3）互补地被操控，只要由此提供足够的最小测量时长（TM），在所述最小测量时长期间，两个半桥的开关元件（T1...T6）的切换信号处在不同的电位上，
- 否则：用于针对所述半桥的开关元件（T1...T6）生成如下经脉冲宽度调制的切换信号，所述经脉冲宽度调制的切换信号与居中至少偏差得大得使得提供足够的最小测量时长（TM）；
- 其中借助于所述生成装置（210），能将所述开关元件（T1...T6）的切换信号构造为使得避免了在所述开关元件（T1...T6）的切换信号中与所述最小测量时长相对应的时间突变；和
- 测量装置（220），所述测量装置用于执行1-分流器-电流测量，其中借助于所述开关元件（T1...T6）的切换信号来提供所限定的最小测量时长（TM），在所述最小测量时长期间，半桥的两个切换信号处在不同的电位上。
9.计算机程序产品，用于当所述计算机程序产品在用于运行同步电机（200）的设备（100）上运行或者存储在计算机可读存储介质上时实施根据权利要求1至7之一所述的方法。
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