专利名称：一种控制电动机的方法
技术领域：
本发明一般寻求在电动机的电驱动装置领域的应用。特别地，本发明涉及通过通常装备有反相器的电驱动装置控制电动机。
背景技术：
在现代技术中，电动机是各种应用中被最广泛使用的元件。根据特殊的应用类型， 很多不同类型的电动机被研发出和使用起来。举例来说，电动机可被归类为同步和异步电动机，或者是DC或AC电动机。无论如何，越来越感到需要提高这样的电动机的效率。根据以上观点来看，在不同工作时间电动机可以提供可变扭矩这一方面就有很多应用。因此，为了提高效率，当电动机工作于慢运转状态时，通过改变电动机速度来避免能量浪费可能是有用的。因此，使用了适于调节电动机速度的带有反相器的电驱动装置。通过所述驱动装置实现的主要电动机控制技术之一是矢量技术，而该技术的一个例子是场定向技术。简短来说，自从DC电动机被用作模型以来，由于偏置励磁电流与扭矩产生电枢电流之间的显著差别，一般的电动机是通过矢量技术来控制的，而该技术允许将所述供电电流分成两个分量，即，直接(direct)电流和正交(quadrature)电流，而其可类比为DC电流的励磁电流和电枢电流，因此所述电动机可理想地如上所述的模型电动机一样使用。这会最大化任何电动机在各种旋转速度下的扭矩、速度精确度以及效率方面的性能表现。在矢量控制中，直接电流近似为励磁电流，而正交电流对应于电枢电流。一旦确定了电动机特定的直接电流，通过调节正交电流来控制扭矩产生。一个典型的例子是同步磁阻电动机，其中，如上所述，直接电流控制可被直接磁通控制所替代。考虑到场定向矢量技术的例子，在现有技术的电动机的控制中，只有通过将直接电流设定为额定值才能获得准备响应，同时由速度或扭矩调整器设置正交电流。然而，这会影响效率，因为电动机总是以最大能力被供电，甚至是在最小扭矩需求的情况下，即，当电动机可以运转在低速时。换句话说，尽管这种布置在高的运转速度下保持电动机的效率不变，但在低运转速度下效率降低，可能会很大程度地降低。基于这些原因，已知这样的控制器，其可通过按照负载在电动机的末端调整其电压来改变直接电流。虽然这样通过降低在低运转速度下对其供应的电流，改进了电动机的效率，但是这种方法仍有缺陷，即，这种控制是以一种间接的，非最佳方式对直接电流进行作用。进一步地，这是通过在有预定负载的情况下通过提供预定直接电流来获得。这种解决方案显然不是最佳的，特别是在有混合负载的情况下。换句话说，即使当通过场定向(field orientation)矢量技术来控制现有技术的电动机，以将其类比为DC电动机时，在低运转速度下它们仍会有效率损失，尽管控制涉及正交电流和直接电流两者的改变。一个特殊的例子是，具有在矢量模式中操作的控制器的电动机，该控制器不带有位置传感器或旋转速度传感器，也被称为无传感器矢量控制。在这种电动机中，这种问题更严重。虽然在高运转速度下，通过反电动势可以测得转子的旋转速度和位置，但是电动机的固有阻抗阻止在低运转速度下使用这种方法。当与反电动势的绝对值相比较时，电压损失导致不可忽视的错误。因此，在低运转速度下，额外的零均值时变电压被增加到供给电压。合适的控制算法，表示电动机反相器组件，如旋转变压器-数字转换器，其中，电动机作为旋转变压器运作，而反相器将所得结果解码为被增加的噪声改变的电压信号，并提供与实际位置和估计位置之间的差大致成比例的数值，增加的信号与反相器的基频分量同时产生。无论如何，在低运转速度下，这样的被增加的电压导致了电动机中的额外工作，这会导致效率损失。
发明内容
本发明的目的是，通过提供一种用于控制电动机的方法，使得即使在低扭矩设置下也能提高效率，来至少部分地克服上述缺陷。另一个目的是提供一种用以控制电动机在低运转速度下增加效率的方法，甚至可用在无传感器电动机(即，不具有在工作时用于检测旋转速度和转子位置的传感器的电动机)中。如随后将更详细地说明的这些以及其它目标，将通过主要权利要求中限定的控制电动机的方法来实现。特别地，所述方法使用矢量技术和反相器。该方法主要包括以下步骤-确定对电动机产生所需的扭矩来说必要的正交电流I,的值；-依据方程式计算提供给电动机的直接电流Id的值^ )-其中，kt是已知所述电动机的扭矩常数所依据的电流矢量的相位；-通过所述直接电流Id和所述正交电流Itl计算所述电动机的供电电流；-通过所述反相器来为所述电动机提供所述供电电流。换句话说，直接电流Id不是恒定的，而是随所述正交电流Itl改变的。这允许按照设计开发的扭矩来最优化提供给所述电动机的供电电流。因此，这样被控制的电动机的效率被最优化。在本发明的一个方面，电动机的扭矩常数是可在任何负载条件下获得的最大扭矩常数，并在一个特定的步骤中被确定，在该步骤中，所述电动机被特征化为直接电流Id和正交电流I,的函数，以获得最大的扭矩常数曲线。因此，直接电流Id按照正交电流Itl的变化与最大可获得的扭矩常数相关，S卩，提供给所述电动机的供电电流的最优化与最大扭矩常数相关。这提供了最大化的电动机效率。相同目的也通过实现上述方法的电动机控制装置实现。因此，该装置将包括用于为电动机供电的至少一个反相器、以及作用在所述反相器上以控制供给电动机的电力的处理单元。 在本发明的一个方面，处理单元被设计为从直接电流Id和正交电流Itl计算电源电流，基于所述电动机被设计以控制(即，在制动扭矩的情况下吸收，或在动力扭矩的情况下
传递)的机械扭矩值来确定所述正交电流I,。通过方程式由处理单元来计算直接电流Id:
权利要求
1. 一种用于通过反相器和矢量技术控制电动机的方法，该方法包括以下步骤 -确定所述电动机产生所需扭矩所必需的正交电流Itl的值； -通过以下方程计算要被提供给所述电动机的直接电流Id的值
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电动机的所述扭矩常数是可获得的最高扭矩。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在确定所述正交电流Itl步骤之前，包含确定所述扭矩常数的步骤。
4.如在前所述的任一权利要求的方法，其特征在于，包含调整所述直接电流Id的步骤， 其中，所述直接电流Id的值的最低值被限定为预定阈值。
5.如在前所述的任一权利要求的方法，其特征在于，包含调整所述直接电流Id的步骤， 其中，所述直接电流Id的值最高被限定为预定最大值。
6.如在前所述的任一权利要求的方法，其特征在于，包含确定所述电动机的转子的旋转速度和位置的步骤，所述电动机不具有位置和速度传感器。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述转子的旋转速度和位置的所述确定步骤包括计算到所述电动机的所述电压源的额外的大体为正弦曲线的动力电压的和。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述额外的动力电压具有可随所述电动机的负载而改变的模量。
9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述额外的动力电压具有可随所述转子的旋转速度而改变的模量和/或随具有其负载的电动机所需的扭矩而改变的模量。
10.如权利要求7-9中任何一个所述的方法，其特征在于，所述额外的动力电压具有可随具有其负载的电动机所需的扭矩而改变的模量，以及由偶然或伪偶然计算技术确定的可变频率。
11.一种用于控制电动机的装置，该电动机包括用于向所述电动机提供电力的至少一个反相器，和工作于所述反相器上用以控制到所述电动机的供电电流供给的处理单元，其中，所述处理单元易于通过直接电流Id和正交电流Itl计算所述供电电流，通过所述电动机必须产生的扭矩常数来确定所述正交电流Itl，通过以下方程由所述处理单元计算所述直接电流Id
全文摘要
一种通过反相器和矢量技术来控制电动机的方法，其包含以下步骤检测对电动机产生所需扭矩所必要的正交电流Iq的值；通过作为电动机的扭矩常数所依赖的电流矢量的相的函数的方程，计算要供给电动机的直接电流的值；依据直接电流和正交电流计算所述电动机的供电电流；通过反相器向电动机提供供电电流。
文档编号H02P21/00GK102577090SQ201080034748
公开日2012年7月11日 申请日期2010年6月4日 优先权日2009年6月5日
发明者E·伯托托, E·马罗迪恩, F·迪·桑托 申请人:雷埃尔有限责任公司