旋转电机的控制器制造技术

本发明专利技术涉及旋转电机的控制器，具体而言，涉及旋转电机的运行方法的领域。在用于控制在旋转电磁机和马达中的转矩和电磁通量的直接转矩控制(DTC)中，切换损失相当大。切换损失的减小可引起驱动器的运行成本的显著降低。此外，切换损失的这样的减小可导致更耐用的且更可靠的系统，并且扩展了DTC的使用范围，因为所减小的切换损失允许以更高的功率运行相同的设备。本发明专利技术的目的是，提供带有更小的运行成本和提高的功率的电驱动器。为了在旋转电机中使切换损失最小，本发明专利技术提出一种迭代控制方法，使得预先计算最佳的切换状态。

Controller of rotating motor

The invention relates to a controller of a rotating motor, in particular to the field of operation of a rotating motor. In direct torque control (DTC) used to control torque and electromagnetic flux in rotating electromagnetic machines and motors, switching losses are considerable. The loss of switching loss can cause a significant reduction in the operating cost of the drive. In addition, such a decrease in switching losses can lead to more durable and more reliable systems, and extends the scope of use of DTC because the reduced switching losses permit the same device to run at higher power. It is an object of the present invention to provide an electric driver with a smaller running cost and improved power. In order to minimize the switching loss in a rotating electrical machine, the invention proposes an iterative control method to pre compute an optimal switching state.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及旋转电机(elektrischer Maschine)的运行方法的领域。尤其地，本专利技术涉及用于运行旋转电机的方法、用于电变换器(elektrischen Umrichter)的控制器 (Steuerung)、马达系统(Motorsystem)、计算机程序以及计算机可读取(computerlesbar) 的介质。
技术介绍
直接转矩控制(Direct Torque Control, DTC)是用于控制在旋转电磁机和马达中、尤其为在中压范围中的转矩和电磁通量(Fluss)的方法。这类控制器的典型示例可例如在ABB的ACS 6000的驱动器(Antrieb)中找到。近10年以来，DTC已证明具有较高的可靠性、耐用性及性能。然而，通过由控制器切换半导体所产生且为驱动器的总损失的很大一部分或甚至主要部分的切换损失(Schaltverlust)在DTC中可为相当大的。因此，寻找减小该切换损失的方法。已知的是，切换损失的这类减小可通过所谓的模型预报直接转矩控制(Model PredictiveDirect Torque Control, MPDTC)来实现，该转矩控制可基于驱动器的(数学) 模型。文件US 7，256，561和文件EP 1 670 135描述了这类方法。除变换器切换损失最小化外，DTC和MPDTC还可意图，保持旋转电机的三个输出变量或输出参数(即，电磁转矩、定子通量(Statorfluss)的参数及中性点电势或中点电势) 在预设的(滞后(Hysterese))极限值内。MPDTC基于可包括数学模型的控制算法，该数学模型与待切换的变换器和联接在该变换器处的机器或马达相匹配。在此，尤其地，列出变换器在一定的切换水平线 (Schalthorizont)上所允许的切换序列(Schaltsequenz)，并且在应用变换器和机器的内部模型的情况下计算相应的转矩轨线(Trajektorie)、定子通量轨线及中间回路中点电势轨线。还存在带有超过一个中性点的变换器。还存在具有其它参数(在一定情况下必须调节这些参数)的变换器。在此，外推(extrapolieren)该轨线直到达到针对相应输出参数的极限值。借助于预设的品质准则(GUtekriteriums)来评判所允许的切换序列。例如，该品质准则反映(abbilden)变换器的切换损失或切换频率。在最后的步骤中，确定最佳的切换序列，该切换序列使该品质准则最小化，也就是说，例如提供最小的切换损失或最小的切换频率。刚提及的步骤通常在每个控制循环中实施，并且在最佳的切换序列中仅应用第一步骤(也就是说第一切换过渡(SchaltUbergang)或切换状态)来控制变换器的功率半导体(Leistungshalbleiter)。
技术实现思路
切换损失的减小可引起驱动器的运行成本的显著降低。此外，切换损失的这样的减小可导致更耐用的且更可靠的系统，并且扩展了 DTC的使用范围，因为所减小的切换损失允许以更高的功率运行相同的设备。本专利技术的目的是，提供带有更小的运行成本和提高的功率的电驱动器。该目的通过独立权利要求的对象来实现。本专利技术的其它实施形式从从属权利要求中获得。本专利技术的第一个方面涉及用于运行旋转电机的方法。根据本专利技术的实施形式，旋转电机由变换器从直流电压电路 (Gleichspannungsschaltkreis)通过至少一个相而供应电流。变换器实施成将至少一个相切换到至少两个电压电平(Spannungsniveaus)上。旋转电机可为电马达或可包括电马达和变换器的电驱动器。旋转电机可包括变换器和/或控制器。通常，旋转电机具有三个相(三相交流电)。但是还可行的是，仅存在一个相或多个相。根据本专利技术的实施形式，该方法包括步骤产生切换序列，其中，每个切换序列包括带有第一切换过渡的变换器的一系列切换过渡；以品质值(GUtewert)评价切换序列中的每一个；选取带有最小品质值的切换序列；利用选取的切换序列的第一切换过渡作为选择的切换过渡来操控(Ansteuern)变换器的切换元件(Schaltelement)，以使得至少一个相切换到相应于切换过渡的电压电平上。在此，切换过渡可通过变换器的切换元件的切换状态或通过单独切换状态的切换状态的组合来限定。例如，切换过渡包括变换器的切换元件的切换状态组合。变换器的切换元件可为功率半导体，例如晶闸管(Thyristor)、IGCT或IGBT。例如，切换序列可为向量U = ，其中，利用切换状态组合U来限定切换过渡。对每个待控制的切换元件，U包括切换状态元素 (Schaltzustandselement)，该切换状态元素描述切换状态，即例如1、0或_1。这可为开关位置。根据本专利技术的实施形式，以如下方式产生切换序列(a)从较短的切换序列中产生较长的切换序列，其中，使至少一个可行的切换过渡配附加(:hangen)于较短的切换序列，以为了产生较长的切换序列；(b)基于较长的切换序列的切换过渡，为较长的切换序列计算电机、变换器和/或驱动器的输出参数；(C)假如所计算的输出参数(或至少一个输出参数)没有位于预先限定的极限值内和/或所计算的输出参数随着时间的增长远离预先限定的极限值，则拒绝(Verwerfen)较长的切换序列。 短的切换序列例如具有长度m，并且较长的切换序列例如具有长度n，其中η > = m+1。假如切换序列包括停顿元素(Pausenelement)，则较长的切换序列可比短的切换序列长多于一个步。当然，还可行的是η = m+1的情况。根据本专利技术的实施形式，利用先前所选择的切换过渡对第一切换序列或(长度0) 的启始切换序列进行初始化。在这种情况中，第一切换序列为较长的切换序列，对该较长的切换序列执行步骤(b)和(C)。根据本专利技术的实施形式，对于未拒绝的较长的切换序列，根据步骤(a)至(C)产生尤其比η长的其它的切换序列。换而言之，以迭代的方式产生切换过渡树，其中，每个切换序列可通过从树根到树叶的路径而获得。在此，待计算的输出参数可为旋转电机的转矩或通量，或者为在变换器中的直流电流中间回路的中点电势，或还为在电容上的电压，或者为通过变换器的线圈的电流。输出参数可为与时间有关的参数，或针对这样的间隔(Intervall)计算输出参数，即， 该间隔在当前的时刻下开始并且以一定的时间到达未来。也就是说，在旋转电机或驱动器中，利用迭代控制方法可使切换损失最小化，该迭代控制方法预先计算最佳的切换状态或切换序列。根据本专利技术的实施形式，该方法包括通过借助于递归或迭代算法将切换过渡附加到短的切换序列来从较短的允许的切换序列中产生(较长的)允许的切换序列。该算法可利用来自先前所选择的切换过渡(或当前应用在变换器处的切换过渡)的长度 0的切换序列来初始化。较长的切换序列的可允许性可通过模拟(Simulieren)或逼近 (Approximieren)至少一个输出参数来实现，该输出参数例如必须满足前文所提及的规则。通常变换器的每个切换循环实施切换序列的这种迭代的优化确定 (Optimumsbestimmung)。算法或方法可以顺序的方式来处理，也就是说代替首先产生切换序列以及此后产生输出参数的所属的轨线，通过分支(verzweigen)或附加允许的切换本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于运行旋转电机（１）的方法，其中，所述旋转电机由变换器（２）从直流电压电路通过至少一个相（ｕ，ｖ，ｗ）供应电流，并且所述变换器（２）实施成将所述至少一个相切换到至少两个电压电平上，所述方法包括步骤：产生切换序列，其中，每个切换序列包括带有第一切换过渡的变换器的一系列切换过渡；以品质值评价切换序列中的每一个（Ｓ２０）；选取带有最小品质值的切换序列（Ｓ２２）；利用所选取的切换序列的第一切换过渡作为选择的切换过渡来操控所述变换器的切换元件，以使得至少一个相切换到相应于所述切换过渡的电压电平上；其中，以如下方式产生所述切换序列：（ａ）从较短的切换序列中产生较长的切换序列，其中，使至少一个可行的切换过渡附加于所述较短的切换序列（Ｓ１４），并且利用先前所选择的切换过渡初始化第一切换序列（Ｓ１０）；（ｂ）基于所述较长的切换序列的切换过渡，为所述较长的切换序列计算电机的输出参数（Ｓ１４）；（ｃ）假如所计算的输出参数没有位于预先限定的极限值内和／或所计算的输出参数随着时间的增长远离于预先限定的极限值，则拒绝所述较长的切换序列（Ｓ１６）；根据步骤（ａ）至（ｃ）（Ｓ１２至Ｓ１８）从未拒绝的切换序列中迭代地产生其它的切换序列。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：T·盖耶，
申请(专利权)人：ABB研究有限公司，
类型：发明
国别省市：CH