高能效的异步电机制造技术

在一种用于确定异步电机(1)的通量(4)的方法中，根据异步电机(1)的损耗(7)来设定通量(4)。因此，用于确定异步电机(1)的通量(4)的装置具有用于根据异步电机的通量计算异步电机(1)的损耗(7)的模型(5)和用于根据损耗来选择通量(7)的选择装置(8)。

High energy efficiency asynchronous motor

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高能效的异步电机
本专利技术涉及一种异步电机。异步电机可以在一个运行点或不同的运行点中运行。为此可以设置各种控制器或调节器。
技术介绍
已知有用于异步电机的控制和/或调节的各种概念。EP0019138B1示出了一种用于调节由逆变器供电的异步电机的方法。在不检测转子转速的情况下，由预定的转速额定值与替换实际值之间的调节偏差形成与额定有效电流相对应的电流控制参量。根据由额定有效电流和与预设通量相对应的额定磁化电流形成的额定定子电流的振幅，来调节逆变器输出电流的振幅。由定子电流和定子电压的实际值计算有效电流和通量值的实际值，并由此作商形成负载状态变量，其在稳定运行中对应于负载角的切线。逆变器输出电流的频率基于频率控制参量来进行控制，该频率控制参量由实际值和由电流控制参量形成的负载状态参量的额定值的调节偏差形成。频率控制参量用作替换实际值。从WO2005/018086A1中已知一种方法，该方法用于受控地施加用于由变流器供电的感应电机的定子电流额定值和转矩额定值，其中，根据预定的转子通量额定值和确定的转子通量实际值计算定子电流额定值的形成磁场的电流分量，并且根据预定的转矩额定值、所确定的转子通量实际值和所测量的定子电流的所确定的形成转矩的电流分量来计算定子电流额定值的形成转矩的电流分量，其中，根据所确定的转子滑差频率和角频率来确定定子角频率实际值，其中，由这些计算出的值根据与频率相关的漏感和定子电阻的参数计算出定子电压的积分作为调节参量，并由此导出从存储的离线优化通量曲线中选择出的通量曲线。从DE4138066B4中也已知另一种磁场定向的调节。磁场定向的调节的结构对于有效电流实际值和通量ψ的准确性至关重要，因此也对适应过程的准确性至关重要。转子温度模型可用于提高精度。从DE19524654A1中已知一种用于异步电机的无传感器的磁场定向的调节方法。在此使用机器模型来形成例如用于定子电阻的估计值。由EP0771067B1已知另一种用于转子电阻的温度模型。
技术实现思路
在异步电机的情况中，越来越需要以高能效的方式运行它们。本专利技术的目的是改善异步电机的调节和/或控制。这实现了对异步电机的更高效的运行。本专利技术的目的由根据权利要求1所述的用于确定异步电机的通量的方法或根据权利要求10所述的用于确定异步电机的通量的设备来实现。为此，本专利技术的目的还通过用于调节异步电机的方法来实现，其中使用了确定异步电机的通量的方法。该方法尤其用于使异步电机的损耗最小化和/或优化异步电机的效率。异步电机可以在电压设定范围内以异步电机的额定通量运行。但是，预定的负载状态(固定转矩和固定转速)也可以利用不同的通量值实现。通量值可以在大约50％到120％的范围内自由选择(根据负载状态)。此自由度可被用于优化，例如用于效率优化。在用于确定异步电机的通量的方法中，根据异步电机的损耗来设定通量。通过减少/最小化异步电机的损耗，可以提高/优化异步电机的效率(损耗优化)。在该方法的一个设计方案中，在此使用了非线性饱和特性曲线。借助于非线性饱和特性曲线可以更精确地计算损耗。在异步电机中，存在有可能与损耗相关的不同区域。这些区域例如是定子中的欧姆损耗、转子中的欧姆损耗、铁损、机械损耗等。机械损耗包括摩擦损耗，例如轴承中的损耗。冷却过程中可能出现的通风损耗也增加总体损耗。在自主通风的机器中，功率要求与转速的三次方成比例地变化。还可以考虑由于定子和转子之间的空气涡流而产生的电流损耗，但是它们通常很小，因此可以忽略不计。在确定损耗功率时，可以分为损耗功率的直接确定和损耗功率的间接确定。在直接确定的情况下，损耗类型通过有针对性的测量来获得。在间接测量时，定义输入和输出功率。而损耗功率被定义为差。由于在此形成差的是两个大致相等的参量，因此必须非常精确地确定各个功率Pin和Pout，以便以足够的精度获得损耗功率PV：PV＝Pin-Pout。尽管机械损耗在某些情况下非常相关，但它们在逆变器的能量优化中并不重要，因为由转速和转矩确定的工作点没有给出足够的范围。这种损耗类型的减少通过结构性措施、例如外部通风来实现。例如根据DINEN60034-2-1的定义，未单独考虑的所有类型的损耗都称为“额外损耗”。在该方法的一个设计方案中，使用模型来确定损耗。该模型特别考虑马达中、即电机中的损耗。这尤其是欧姆损耗、即电机定子中的欧姆损耗和/或电机转子中的欧姆损耗。铁损也是电机的损耗，也可以在模型中对其加以考虑。由于在静止状态下转子频率相对较低，因此与定子相比，转子中的基础振动铁损可以忽略不计。由于谐波分量很大(电流，电压)，因此逆变器运行中的铁损要高于市电运行中的铁损。在电机的等效电路图中，例如可以通过与主电感并联的电阻来考虑铁损。在模型中也可以考虑磁滞损耗。在电压设定范围内，磁滞损耗远超(dominieren)铁损。其如下地得出：Ph＝kh*f*ψ2。在模型中也可以考虑涡流损耗。涡流损耗在磁场弱势区域远超铁损。其如下地得出：Pw＝kw*f2*ψ2。在该方法的一个设计方案中，在模型中考虑非线性饱和特性曲线。该特性曲线可以直接存储在模型中。在该方法的一个设计方案中，借助于模型来确定损耗，其中，为了减少(最小化)损耗，通量或者被降低到100％以下或增高到100％以上。异步电机可以在电压设定范围内以100％通量下的异步电机的额定通量运行。预设的负载状态(固定转矩和固定转速)也可以利用其它的通量值实现。通量值例如可以在大约50％至120％的范围内选择(取决于负载状态)。通过所选通量来影响异步电机的损耗。根据异步电机的运行状态，将通量增加到额定通量的100％以上可以减少损耗。在该方法的一个设计方案中，通过迭代地设定通量来逐步逼近最小损耗，由此来达到新的待设定的通量。在该方法的一个设计方案中，确定一通量，在该通量下损耗最小，并且在一个步骤中设定所确定的通量。在该方法的一个设计方案中，电机的模型具有热学模型。异步电机中的至少一部分损耗可以使用热学马达模型来计算。该热学模型也可以用于马达保护和电阻适配。在一个设计方案中，热学模型的计算(也)用于效率优化。在该方法的一个设计方案中，考虑欧姆损耗。欧姆损耗与电流的平方成正比，并且与导体的电阻线性相关。该电阻值与温度有关，并且通常不能忽略此关系：Rθ＝R20℃*(1+α*ΔT)。其中，因子α与材料相关。在铜的情况下，值为在铝的情况下，值为一般的经验法则是，随着温度增加100K，可以预期电阻会增加40％。在静止状态中的基本振荡频率下，电流位移通常不发挥特别重要的作用。然而，在逆变器运行中，由于减小的穿透深度，无法再忽略电流中的谐波和由它们引起的欧姆损耗。第n阶谐波Rn的等效电阻例如可以如下建模，其中n是相应谐波的阶数，f是谐波的频率(基于额定频率)：Rn＝Rs，DC*(1+kn*fn0.5)。参数kn可以使用有限元方法获得。定子中的欧姆损耗根据以下公式计算：...

【技术保护点】
1.一种用于确定异步电机(1)的通量(4)的方法，其中，所述通量(4)根据所述异步电机(1)的损耗(7)来设定，其中，尤其是使用非线性饱和特性曲线。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170929 EP 17194133.91.一种用于确定异步电机(1)的通量(4)的方法，其中，所述通量(4)根据所述异步电机(1)的损耗(7)来设定，其中，尤其是使用非线性饱和特性曲线。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述损耗(7)通过模型(5)来确定，其中，所述通量(4)或被降低至低于100％或被增高至高于100％。


3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述模型(5)具有热学模型(5)。


4.据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，设定在最小损耗下的通量(4)。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，对效率(6)进行优化。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述通量(4)根据负载来设定。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述损耗(7)的变化根据所述通量(4)的变化来计算，并且所述通量(4)根据所计算的损耗来设定...

【专利技术属性】
技术研发人员：米哈伊·内梅特乔卡，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE