控制电动机的方法技术

本公开的实施例涉及一种控制电动机的方法。提供了一种执行基于标量控制电动机(M)的方法，该电动机(M)经由至少一个无源电抗部件(15、17、19)连接到功率转换器(13)，其中该方法包括：估计电动机(M)的端子处的电动机电流(i

Method of controlling motor

【技术实现步骤摘要】
控制电动机的方法
本公开涉及电动机控制，特别是在其中具有电抗的一个或多个无源部件连接在电动机与控制电动机的功率转换器之间的应用中。
技术介绍
存在一些应用，其中电动机经由具有电抗的一个或多个部件连接到功率转换器，该功率转换器控制电动机。例如，在油气工业中，电潜泵(ESP)在井下应用中非常流行。ESP通常地以2-10km的深度操作，其中由来自地面的长电缆供应电力。在变速泵应用中，变速驱动器(VSD)用于向ESP电动机供电。在地面上，主设备通常包括具有输出正弦滤波器的VSD，该VSD被配置成以可变速度运行ESP泵。ESP电动机通常是中压电动机，以便避免过大的电缆电压降和电动机尺寸。因此，通常在中压水平下进行到ESP电动机的电力传输。因此，中压变压器经常被安装在地平面处，以将转换器输出电压升高到中压水平。在井下，ESP系统可以包括具有在井下环境条件下操作的特殊考虑的感应电动机。来自一千米或数千米的距离的电机的驱动提供了挑战。这是因为VSD与电动机之间的电抗可能使得在驱动器处可用的可测量参数较不相关，并且这些参数通常用于控制。在长电源线路上例如可能存在较大的电压降。US2012/0319628公开了一种用于通过长线路控制机器的方法，并且旨在解决该问题。驱动控制器布置有电路和/或控制过程，以将AC电流以恒定的电压和频率的比率提供给机器或负载。尽管存在通常可能由负载引起的电压和/或频率的波动，但是驱动控制器在机器端子处保持电压和频率。这通过估计机器端子处的电压和电流并且相应地调整驱动控制器输出以根据机器负载或其他负载主动地改变转换器输出来完成。然而，该方法不适用于所有类型的控制策略。
技术实现思路
鉴于上文，本公开的目的是提供一种控制电动机的方法，该方法解决或至少缓解现有技术的问题。因此，根据本公开的第一方面，提供了一种执行基于标量控制电动机的方法，该电动机经由至少一个无源电抗部件连接到功率转换器，其中该方法包括：估计电动机的端子处的电动机电流，从而获得所估计的电动机电流，以及基于所估计的电动机电流来控制功率转换器。该方法在基于搜索的控制中特别有利，该基于搜索的控制旨在使电动机的特定操作状态的电动机电流最小化。一个实施例包括：在控制之前，基于所估计的电动机电流生成电压扰动，其中该控制基于电压扰动。根据一个实施例，该方法是迭代的，并且该估计涉及确定在先前电压扰动期间存在的第一估计电动机电流和在先前电压扰动已经消退后存在的第二估计电动机电流，其中在控制之前，该方法涉及基于第一估计电动机电流与第二估计电动机电流之间的差值来确定偏移信号、以及将偏移信号添加到搜索信号以生成电压扰动。电压扰动的量值因此取决于偏移信号，该偏移信号进而由第一估计电流与第二估计电流之间的差值确定。由于电动机的电压-电流特性，最小电动机电流可以以这种方式迭代地找到。随着每次迭代，第一估计电动机电流与第二估计电动机电流之间的差值朝着最小值收敛，这意味着偏移信号以及因此搜索信号也将收敛。在这种情况下，电压扰动将仅最低限度地影响电动机电流，并且因此获得用于电动机的特定操作状态的最小估计电动机电流。这是所谓的基于搜索的最优控制方法。由于较低的电流消耗，可以提供更节能的解决方案。电动机的操作温度也可以降低，由此可以延长电动机的使用寿命。根据一个实施例，电压扰动被用于调整用于控制功率转换器的V/f控制器的电压基准。根据一个实施例，借助于开环控制来执行控制。特别地，在这种情况下，没有从电动机获得用于反馈的速度测量。这是标量控制方法的特性。根据一个实施例，该估计涉及利用至少一个无源电抗部件的模型。根据一个实施例，至少一个无源电抗部件包括滤波器，其中模型包括滤波器模型。该滤波器可以是LC滤波器。根据一个实施例，至少一个无源电抗部件包括变压器，其中模型包括变压器模型。根据一个实施例，至少一个无源电抗部件包括具有千米量级的长度的电缆，其中模型包括长电缆模型。根据一个实施例，估计涉及利用滤波器模型而使用功率转换器电流和功率转换器电压来估计滤波器输出电流和滤波器输出电压、利用变压器模型而使用滤波器输出电流和滤波器输出电压来估计变压器输出电流和变压器输出电压、利用长电缆模型而使用变压器输出电流和变压器输出电压来获得所估计的电动机电流。一个实施例包括借助于测量来获得功率转换器电流和功率转换器电压。功率转换器电流和功率转换器电压通常是容易获得的，并且可以由功率转换器中的一个或多个传感器来检测。根据一个实施例，电动机驱动电动潜水泵ESP。根据一个实施例，功率转换器经由滤波器、变压器和电缆而连接到电动机，其中该方法包括：将滤波器、变压器、电缆和电动机的简化模型的固有频率与电动机的标称速度进行比较，其中仅在固有频率距标称速度在预定范围内的情况下，该控制基于所估计的电动机电流，并且其中在标称速度在预定范围之外的情况下，该控制基于所测量的功率转换器电流。标称速度和固有频率可以通过按2π缩放这两个量中的一个来进行比较。例如，可能发生的是，所估计的电动机电流和所测量的功率转换器电流非常接近。在这种情况下，固有频率将在预定范围之外，并且所测量的功率转换器电流有利地用于控制功率转换器。优选地，可以在估计电动机的端子处的电动机电流的步骤之前执行将固有频率与电动机的标称速度进行比较的步骤，并且基于所估计的电动机电流来控制功率转换器。可以在预调试阶段期间确定固有频率，并且选择器模块可以决定所估计的电动机电流或所测量的功率转换器电流是否将用于控制。可以基于滤波器、变压器、长电缆和电动机的简化模型的并联电感以及滤波器的电容来确定固有频率。电缆可以具有千米量级的长度。根据一个示例，当固有频率和标称频率在预定范围之外时，在先前电压扰动期间测量电动机电流，以获得第一测量电动机电流，并且在先前电压扰动已经消退之后，获得第二测量电动机电流，其中在控制之前，该方法涉及基于第一测量电动机电流与第二测量电动机电流之间的差值来确定偏移信号、以及将偏移信号添加到搜索信号以产生电压扰动，其中该控制基于该电压扰动。根据本公开的第二方面，提供了一种包括计算机代码的计算机程序，该计算机代码在由控制系统的处理电路执行时使控制系统执行根据第一方面的方法的步骤。根据本公开的第三方面，提供了一种用于执行基于标量控制电动机的控制系统，该电动机经由至少一个无源电气部件连接到功率转换器，其中该控制系统包括：处理电路，以及包括计算机代码的存储介质，其中当计算机代码由处理电路执行时，控制系统被配置为执行根据第一方面的方法的步骤。通常，在权利要求中所使用的所有术语将根据它们在
中的普通含义来解释，除非本文中另有明确地定义。对“一/一个/该元件、装置、组件、部件等”的所有引用将被开放式地解释为表示元件、装置、组件、部件等的至少一个实例，除非另外明确相反说明。附图说明现在将通过示例的方式，参考附图来描述本专利技术构思的特定实施例，在附图中：图1示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种执行基于标量控制电动机(M)的方法，所述电动机(M)经由至少一个无源电抗部件(15、17、19)而连接到功率转换器(13)，其中所述方法包括：/n估计所述电动机(M)的端子处的电动机电流(i

【技术特征摘要】
20181017 EP 18200917.51.一种执行基于标量控制电动机(M)的方法，所述电动机(M)经由至少一个无源电抗部件(15、17、19)而连接到功率转换器(13)，其中所述方法包括：
估计所述电动机(M)的端子处的电动机电流(im)，从而获得所估计的电动机电流以及
基于所估计的电动机电流来控制所述功率转换器(13)。


2.根据权利要求1所述的方法，包括：在控制之前，基于所估计的电动机电流来生成电压扰动，其中所述控制基于所述电压扰动。


3.根据权利要求2所述的方法，其中所述方法是迭代的，并且所述估计涉及确定在先前电压扰动期间存在的第一估计电动机电流、以及在所述先前电压扰动已经消退后存在的第二估计电动机电流，其中在控制之前，所述方法涉及基于所述第一估计电动机电流与所述第二估计电动机电流之间的差值来确定偏移信号(uoff)、以及将所述偏移信号(uoff)添加到搜索信号(ustep)以生成所述电压扰动。


4.根据权利要求2或3所述的方法，其中所述电压扰动被用于调整用于控制所述功率转换器(13)的V/f控制器(7)的电压基准。


5.根据权利要求1所述的方法，其中所述控制借助于开环控制来执行。


6.根据权利要求1所述的方法，其中所述估计涉及利用所述至少一个无源电抗部件(15、17、19)的模型(23、25、27)。


7.根据权利要求6所述的方法，其中所述至少一个无源电抗部件包括滤波器(15)，其中所述模型包括滤波器模型(23)。


8.根据权利要求6或7所述的方法，其中所述至少一个无源电抗部件包括变压器(17)，其中所述模型包括变压器模型(25)。


9.根据权利要求6或7所述的方法，其中所述至少一个无源电抗部件包括具有千米量级的长度的电缆(19)，其中所述模型包括长电缆模型(27)。


10.根据权利要求7所述的方法，
其中所述至少一个无源电抗部件包括变压器(17)，其中所述模型包括变压器模型(25)，
其中所述至少一个无源电抗部件包括具有千米量级的长度的电缆(19)，其中所述模型包括长电缆模型(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·坎查恩，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH