借助调节器级联对具有软起动器的永磁激励的三相电机进行转速调节的方法和三相电机技术

为了达到在IEC标准60034中定义的能效等级IE4，需要永磁激励的同步电机直接在网络上运行。因为这不容易实现，因此考虑软起动器作为具有成本效益的解决方案。本申请描述了一种借助调节器级联对永磁激励的三相电机(M)进行转速调节的方法，三相电机具有包括晶闸管的软起动器(SS)。在所述方法中，计算软起动器(SS)的晶闸管的所有可能的点火时间点，并且确定与每个点火时间点相关联的转矩，转矩由晶闸管的点火在相应的点火时间点产生。此外，根据预先给定的计算规则确定转矩通道(ΔM

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】借助调节器级联对具有软起动器的永磁激励的三相电机进行转速调节的方法和三相电机
三相电机将机械能转换为三相电流，或者将三相电流转换为机械能。三相电机原则上可以作为发电机或者作为电动机运行。将在接通电气设备、例如电机时用于限制功率的措施称为软启动。
技术介绍
根据IEC标准60034，将三相电机根据其效率划分为不同的能效等级。尤其是在直至大约20kW的低功率范围内，难以遵守法律规定的电驱动装置的效率，因此越来越多地寻求在转子中使用永磁体，例如作为永磁激励的同步电机(PMSM)。图1示出了在实施中作为具有定子St和转子L的极式电机(Innenpol-maschine)的这种永磁激励的同步电机M的示意图。转子包括磁北极N和磁南极S。定子St包括绕组相U、V、W。该图示应当理解为仅仅是示例性的，并且对请求保护的主题的保护范围没有任何限制作用。这种电机类型虽然使得能够实现高的能效等级，但是在刚性网络上不易起动以及运行。为了能够实现这一点，可以在电机的转子中设置鼠笼()，其虽然使得能够在刚性网络上安全地启动，但是由于启动电流非常大，对供电网施加非常大的负荷。同样可以借助适当的功率电子控制元件、例如变频器或者软起动器来运行。在此，特别是使用软起动器(也称为软启动装置)是一种用于在刚性网络上启动永磁激励的同步电机的成本友好的解决方案。在接通时，这种软起动器(例如借助相位截止(Phasenanschnitt))使电压降低，并且使电压缓慢地增大，直到达到完全的网络电压。然而，这种软启动经常仅在没有负载的状态下或者在负载很小的情况下是可能的。然而，目前对此仍然没有市场成熟的解决方案已知。在MarcelBenecke博士(Magdeburg(马格德堡大学))的题目为“AnlaufvonenergieeffizientenSynchronmaschinenmitDrehstromsteller(具有三相控制器的节能型同步电机的启动)”的博士论文中，提出了一种借助软起动器来启动永磁激励的同步电机的解决方案。然而，在这篇论文中提出的方法需要电机当前的转子角度(Polradwinkel)，从而必须为这篇论文使用的电机装备相应的编码器系统。编码器(Geber)应当理解为转速和位置编码器。编码器检测机械参量、即转速和位置。需要编码器的信号来向调节器提供实际值，并且使存在的位置和转速调节回路闭合。对于三相驱动装置中的矢量调节方法来说，位置和转速信号也用作电流调节回路的重要的输入参量。在这种情况下，编码器直接在电机轴上检测转速和/或位置。编码器系统对系统的成本和可用性产生负面影响，这目前使软起动器解决方案对于高效电机来说没有吸引力。由于这些原因，寻求一种用于在没有编码器的情况下进行启动的方法。在具有软起动器的永磁激励的同步电机运行时，为了实现不同的使用，期望迄今无法实现的转速调节。所需要的方法与在现有技术中已知的没有编码器的方法的不同之处在于，其必须能够用于晶闸管控制器，而不是变频器。因此，不能使用这些已知的方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，给出一种使得能够保持外部负荷的、在没有编码器的情况下运行永磁激励的同步电机的方法。此外，本专利技术要解决的技术问题是，给出一种没有编码器的永磁激励的同步电机，其利用根据本专利技术的方法工作。上述技术问题通过根据权利要求1的特征的方法以及根据权利要求13和14的特征的控制设备和三相电机来解决。有利的设计方案从从属权利要求中得到。本申请描述了借助调节器级联对具有包括晶闸管的软起动器的永磁激励的三相电机进行转速调节的方法。在所述方法中，计算软起动器的晶闸管的所有可能的点火时间点，并且确定由晶闸管的点火在相应的点火时间点产生的、与每个点火时间点相关联的转矩。根据预先给定的计算规则来确定转矩通道(Drehmomentkorridor)，将实际转速(nIst)和额定转矩(MSoll)作为输入参量馈送至该计算规则。通过进行比较来确定所确定的转矩中的哪个位于转矩通道中。然后，确定与所确定的转矩相关联的晶闸管的点火时间点。随后，在相关联的点火时间点将晶闸管点火。在典型的由转速调节器和电流/转矩调节器构成的转速调节器级联中，由电流调节器一一实现转速调节器输出的额定转矩。由此，可以非常好地保持额定转速，并且在存在导向跃变(Führungssprung)的情况下，转速额定值和实际值也良好地一致。在具有软起动器的永磁激励的同步电机运行时，这是不可能的。在此，使用申请人在WO2018/086688A1中提出的方法，利用所述方法，随着软起动器的晶闸管的第一次点火，使电机最大地加速，并且随后，基于所测量的感应电压来计算电机的磁通角。在第一次点火过程之后，已经可以直接从所测量的端子电压确定电机的磁通角(在此期间，相电流为零)。点火时间点的确定首先基于对感应电压、即电动势(EMK)的直接测量。然后，对于随后的点火过程，可以使用计算的角度。由此，即使在低转速下，也可以非常好地由测量的电压确定角度。为了在第一次点火时使电机真正最大地加速，在WO2018/072810A1中描述的投入运行方法的过程中，可以在电机起动时(起动角是已知的)，准确地确定最佳的点火角。申请人已知的、在这种方法的过程中使用的方法不能产生恒定的转矩，而是仅能够产生随着时间变化的(在一阶近似中正弦半波形的)转矩。同样，不能像在具有电流调节的以脉冲变化运行的电机的情况下一样，自由地选择并且(通过电流)精确地调节转矩的大小，因为申请人提出的方法不是转矩调节。如果丢失了或多或少好的点火机会，那么在一些情况下，在又产生将晶闸管点火的适当的情形之前可能持续几毫秒。也就是说，考虑到这些情况，如果使用典型的调节器级联来进行转速调节，那么系统将无法工作。根据本专利技术提出的方法通过借助所确定的转矩通道修改点火时间点的计算，来消除这些缺点。转矩通道使得能够根据不同的运行点、例如根据实际转速来确定点火时间点。在此，可以借助传感器来测量实际转速，或者可以由EMK计算实际转速。为了确保在一阶近似中产生所需要的额定转矩，而不产生大太多或者小太多的转矩，定义与转速和额定转矩有关的通道，在该通道中存在预测的随着时间变化的转矩的平均值。因为所述方法不涉及电流调节器，因此由此保证额定转矩和实际转矩具有类似的值。与借助软起动器的异步电机比较，这使得能够实现新的应用。特别是在主要需要连续运行、但是仍然临时需要较小的速度的应用中，可以借助软起动器和具有鼠笼的永磁激励的三相电机，来提供利用变频器运行的电机的有利的替换方案。其示例是简单的利用两个光栅的定位。一个适宜的设计方案设置为，当对于所有可能的点火时间点，在转矩通道中不存在相关联的转矩时，不进行晶闸管的点火。由此，三相电机的转子可以不“错误地”加速，即，不以太大或者太小的转矩加速。此外，适宜的是，在所确定的转矩中的多个位于转矩通道中的情况下，选择如下与转矩相关联的点火时间点，该点火时间点的相关联的转矩最接近额定转矩。这使得能够本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种借助调节器级联对永磁激励的三相电机(M)进行转速调节的方法，所述三相电机具有包括晶闸管的软起动器(SS)，所述方法包括以下步骤：/n-计算所述软起动器(SS)的晶闸管的所有可能的点火时间点，并且确定与每个点火时间点相关联的转矩，所述转矩由晶闸管的点火在相应的点火时间点产生；/n-根据预先给定的计算规则来确定转矩通道(ΔM

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种借助调节器级联对永磁激励的三相电机(M)进行转速调节的方法，所述三相电机具有包括晶闸管的软起动器(SS)，所述方法包括以下步骤：
-计算所述软起动器(SS)的晶闸管的所有可能的点火时间点，并且确定与每个点火时间点相关联的转矩，所述转矩由晶闸管的点火在相应的点火时间点产生；
-根据预先给定的计算规则来确定转矩通道(ΔMKorridor)，实际转速(nIst)和额定转矩(MSoll)作为输入参量被馈送至所述计算规则；
-确定所确定的转矩中的哪个位于所述转矩通道(ΔMKorridor)中，并且确定相关联的晶闸管的点火时间点；
-在相关联的点火时间点将晶闸管点火。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当对于所有可能的点火时间点，没有相关联的转矩位于所述转矩通道(ΔMKorridor)中时，不进行晶闸管的点火。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所确定的转矩中的多个位于所述转矩通道(ΔMKorridor)中的情况下，选择如下的与转矩相关联的点火时间点，该点火时间点的相关联的转矩最接近额定转矩(MSoll)。


4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述计算规则包括上限和下限，其中，通过到额定转矩(MSoll)的百分比增加来定义所述上限，并且通过到额定转矩(MSoll)的百分比减小来定义所述下限。


5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述计算规则包括上限和下限，其中，通过到额定转矩(MSoll)的绝对增加来定义所述上限，并且通过到额定转矩(MSoll)的绝对减小来定义所述下限。


6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使额定转矩(MSoll)匹配于负载特性，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：H南宁，H扎托西尔，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE