用于对用于三相交流电动机的变频器进行磁场定向调节的方法技术

对三相交流电动机的变频器进行磁场定向调节的方法，电动机中旋转场的新位置的调整借助于定子线圈的电压脉冲进行，通过电压脉冲的持续时间和其时间偏移来预先给定旋转场向量的幅度和角度，所述持续时间和偏移是在转子固定的坐标系中对数字调节对象中的调整参量计算的结果，调整参量通过反变换被换算成定子固定的坐标系中的调整参量，电压脉冲边沿的时间点由定子固定的坐标系中的调整参量来求取。电压脉冲的第二边沿对定子固定的坐标系中的调整参量的计算被分解成具有第一边沿的旋转角度和具有从第一直至第二边沿的旋转角度的两个子计算，第一边沿的调整参量的第一子计算也被使用用于第二边沿，调整参量的第二子计算被使用用于预先给定数量的坐标旋转。

【技术实现步骤摘要】

用于三相交流电动机的变频器目前几乎无例外地利用微控制器工作，所述微控制器承担调节和生成用于电动机的定子线圈的操控信号的整个任务。在此，操控信号是脉冲宽度调制（PWM）的，以便在所述信号的脉冲持续时间上能够调整旋转场的所期望的位置。在具有高转速的电动机情况下并且在高的操控频率的情况下，也应当使用所述方法。关于电动机操控信号的所期望的正弦形，在此开关频率变得关键。
技术介绍
为了保证对电动机的最优的操控，作为操控方案选择偏移的计时（Taktung）。在此，微控制器对PWM信号的两个边沿进行调制。因此，电动机在每个边沿时获得适当的电压脉冲。这优选地通过计时器在控制器内部发生，所述计时器对于第一边沿从零向上计数直至最大值，以便对于第二边沿向下计数直至零。将用于三个相的三个比较寄存器的内容与计数器读数比较。由计数方向和比较匹配信号生成用于输出晶体管的原始信号。因为在高转速的情况下，电动机在PWM信号的半周期之内已经值得注意地旋转，所以比较值优选地对于每个边沿重新被计算。电动机的场在例如100000RPM/2极对以及25kHz的开关频率的情况下，从开关边沿到开关边沿旋转24°。在25kHz开关频率的情况下，在此仅20μs的时间可供使用。这意味着，计算效率非常强的微控制器必须被使用。因为在通常对于这样的应用使用的微处理器情况下所需要的计算效率通常不可供使用，所以必须接受折衷。第一步骤经常是放弃两个边沿的计算。这将需要的计算效率平分。接着，磁场定向调节的部分以更低的速率被计算，这例如在转速调节器情况下由于其小的带宽也完全足够。然而，这导致不令人满意的不精确性。专利技术内容本专利技术的任务是，在尽可能小的所要求的计算效率的情况下能够实现令人满意的精确度。通过用于对用于三相交流电动机的变频器进行磁场定向调节的方法来解决所述任务，其中在三相交流电动机中的旋转场的新的位置的调整借助于用于定子线圈的电压脉冲进行，其中通过用于相应线圈的电压脉冲的持续时间以及所述持续时间的时间偏移来预先给定旋转场向量的幅度和角度。用于定子线圈的电压脉冲的持续时间和偏移是在转子固定的坐标系中根据当前的旋转角度和当前的旋转速度以及当前的电流值和预先给定的转矩和预先给定的旋转速度对数字调节对象中的调整参量的计算的结果，其中在转子固定的坐标系中计算的调整参量通过反变换被换算成定子固定的坐标系中的调整参量，并且用于电压脉冲的边沿的时间点由定子固定的坐标系中的所述调整参量来求取。对于电压脉冲的第二边沿在定子固定的坐标系中的调整参量的计算被分解成用于针对第一边沿的旋转角度和从第一直至第二边沿的旋转角度的两个子计算，其中已经针对第一边沿计算了第一子计算，并且对于预先给定的数量的坐标旋转使用第二子计算。完全的反变换因此不再被计算。代替地，针对第二边沿，坐标旋转被分解成两个子旋转。坐标的第一旋转已经针对第一边沿被计算，在相同的转速的情况下，第二子旋转总是以相同的角度进行，使得变换矩阵仅须比较罕见地重新被计算，其中在所述变换矩阵中计算耗费的正弦和余弦计算是必要的。因此，坐标系的第二旋转仅仅是向量与矩阵的乘法，很多微控制器极其快速地掌握（beherrschen）这一点。在一种有利的构造中，在第二子计算的反变换矩阵中，子旋转角度的余弦用1近似并且子旋转角度的正弦用角度自身近似。因此，在高动态情况下，第二旋转矩阵可以通过近似来计算。因为角度是小的，所以附加角度的余弦可以用1近似并且角度的正弦可以用角度自身近似。在本专利技术的一种有利的改进方案中，用于电压脉冲的第一边沿的时间点的值被考虑用于计算用于所述电压脉冲的第二边沿的时间点，并且借助于旋转角度进行到定子固定的坐标系中的反变换，所述旋转角度由用于电压脉冲的第一边沿的旋转角度以及旋转速度来外推（extrapoliert）。因此，附加地不放弃单独地计算边沿，然而第二边沿不通过在磁场定向调节中的完全地计算的场位置得出。电流调节器的计算被放弃。为了此外获得平滑的电压形状，场位置角由旋转速度以及最后由定子线圈电流所计算的场位置角来外推，然而之前所计算的电压值重新被使用。因此，针对第二边沿的计算仅还由借助于外推的场位置角到定子固定的坐标系中的反变换组成。特别异乎寻常（exotische）的组合是可能的，其中第一边沿的坐标旋转与用于第二边沿的继续旋转一起被使用，并且电流调节器仍然重新被计算（gerechnet）。因此，以按照本专利技术的方式，磁场定向调节的部分通过外推代替，所述外推可以显著更快速地被计算。此外，特别耗费的坐标旋转通过表面上更耗费的双重旋转代替，然而所述旋转可以显著更快速地被计算，因为第一耗费的子旋转已经完全地被计算，并且对于第二旋转，计算耗费的部分很少被计算或者计算被近似。附图说明以下根据实施例借助于图进一步描述本专利技术。在此，图1示出按照现有技术具有用于具有永磁电动机的三相交流电动机的磁场定向调节的变频器的示意图，和图2示出利用两个部分旋转的按照本专利技术的计算从转子固定的到定子固定的坐标的换算。具体实施方式在图1中，具有永磁转子PMSM的同步三相交流电动机借助于三个脉冲调制的电压UR、US、UT以已知的方式被驱动。脉冲调制的电压UR、US、UT由例如执行向量调制的调制单元6产生。由于脉冲调制的电压UR、US、UT而流过三相交流电动机的定子线圈的电流IR、IS、IT例如借助于分流电阻被检测，并且被输送给变换单元7，所述变换单元7从中算出在定子固定的复数坐标系中的、代表电动机中的场位置的电流矢量（Stromzeiger）Ialpha、Ibeta。在换算单元8中，定子固定的坐标系的电流矢量Ialpha、Ibeta被换算成转子固定的坐标系中的电流矢量ID、IQ。为此，需要转子位置角（Rotorlagewinkel）Theta，所述转子位置角Theta在转子位置估计器9中从定子固定的坐标系的矢量Ialpha、Ibeta以及定子固定的坐标系中的调整参量Ualpha、Ubeta中求取。转子固定的坐标系的电流矢量ID和IQ被输送给电流调节器ID2或者电流调节器IQ3，其中电流调节器ID2调节构成场的或者衰减场的电流ID，并且在示出的示例中被供应额定值0，因为场支持（Feldstützung）或者场衰减不是期望的。电流调节器IQ3被供应用于构成转矩的电流IQ的额定值。所述额定值由转速调节器1提供，一方面额定转速Omegasoll和另一方面由转子位置估计器9求取的实际转速Omega被输送给所述转速调节器1。去耦或者预控制单元4的输出信号分别被添加给电流调节器ID2和电流调节器IQ3的输出信号，不仅转子固定的坐标系的电流矢量ID、IQ而且实际转速Omega被输送给所述去耦或者预控制单元4。转子固定的坐标系的、通过添加获得的电压矢量UD、UQ被输送给反变换单元5，所述反变换单元5借助于转子位置估计器9的转子位置角Theta将转子固定的坐标系的电压矢量DU、UQ变换成定子固定的坐标系的电压矢量Ualpha、Ubeta。定子固定的坐标系的所述电压矢量Ualpha、Ubeta被输送给调制单元6。转子固定的坐标系到定子固定的坐标系的反变换是非常计算耗费的，然而在高转速的情况下应该对于用于三相交流电动机的脉冲调制的操控信号的两个边沿被执行，因为转子在本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于对用于三相交流电动机的变频器进行磁场定向调节的方法，其中在电动机的旋转场的新的位置的调整借助于用于定子线圈的电压脉冲（UR、US、UT）进行，其中通过用于相应的线圈的电压脉冲（UR、US、UT）的持续时间和所述持续时间的时间偏移来预先给定旋转场向量的幅度和角度，其中用于定子线圈的电压脉冲（UR、US、UT）的持续时间和偏移是在转子固定的坐标系中根据当前的旋转角度（Theta）和当前的旋转速度（Omega）以及当前的电流值（Iu、Iv、Iw）和预先给定的转矩（Msoll）和预先给定的旋转速度（Omegasoll）对数字调节对象中的调整参量（Ud、Uq）的计算的结果，并且在转子固定的坐标系中计算的调整参量（Ud、Uq）通过反变换被换算成在定子固定的坐标系中的调整参量（Ualpha、Ubeta），并且用于电压脉冲（UR、US、UT）的边沿的时间点由在定子固定的坐标系中的所述调整参量（Ualpha、Ubeta）来求取，其特征在于，对于电压脉冲的第二边沿在定子固定的坐标系（Uα、Uβ）中的调整参量的计算被分解成具有用于第一边沿（Θ0）的旋转角度和具有从第一直至第二边沿（ΔΘ）的旋转角度的两个子计算，其中用于第一边沿的调整参量的第一子计算也被使用用于第二边沿，并且调整参量的第二子计算被使用用于预先给定数量的坐标旋转。...

【技术特征摘要】
2015.08.26 DE 102015216309.11.用于对用于三相交流电动机的变频器进行磁场定向调节的方法，其中在电动机的旋转场的新的位置的调整借助于用于定子线圈的电压脉冲（UR、US、UT）进行，其中通过用于相应的线圈的电压脉冲（UR、US、UT）的持续时间和所述持续时间的时间偏移来预先给定旋转场向量的幅度和角度，其中用于定子线圈的电压脉冲（UR、US、UT）的持续时间和偏移是在转子固定的坐标系中根据当前的旋转角度（Theta）和当前的旋转速度（Omega）以及当前的电流值（Iu、Iv、Iw）和预先给定的转矩（Msoll）和预先给定的旋转速度（Omegasoll）对数字调节对象中的调整参量（Ud、Uq）的计算的结果，并且在转子固定的坐标系中计算的调整参量（Ud、Uq）通过反变换被换算成在定子固定的坐标系中的调整参量（Ualpha、Ubeta），并且用于电压脉冲（UR、US、UT）的边沿的时间点由在定子固定的坐...

【专利技术属性】
技术研发人员：M格岑贝格尔，
申请(专利权)人：大陆汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE