专利名称：识别交流异步电动机电等效电路图参量的设备和方法
技术领域：
本发明由一种用于无编码器地识别交流异步电动机的电的等效电路图参量的方法、装置、设备和方法使用为出发点。电的等效电路图参量实现了交流电动机借助于电的等效电路图组件的表征，从而使得电动机在运行中的电特性可被模拟。
背景技术：
由现有技术公知各种不同的用于确定交流电动机的电特性的方法。通常进行在电动机处的直流试验、空转试验和短路试验，以便能测量在此类运行情景中的电特性，且能由此推导出用于其它运行情况的电运行特性。为了表征异步电动机的电特性，典型地使用所谓的T型等效电路，在T型等效电路中，定子线圈和转子线圈或者电的定子特性和转子特性借助于两个欧姆电阻RpR' 2、两个线圈电感Li。、L' 2。以及主电感Lh来模拟。借助于直流试验、空转试验和短路试验试图确定T型等效电路图的所涉及的构件参量的大小，其中，尤其在杂散电感Li。、L' 2。方面通常仅可进行估计。前面提及的试验是时域方法，在时域方法中电动机运动，且所述试验要求电动机在测试环境中驱动。在短路试验时电动机必须固定，其中，可能产生过载的危险。在空转试验中，机器自由旋转地运行，其中，可能产生机械的过载。在直流试验时可确定欧姆定子电阻队，且在短路试验时可确定欧姆转子电阻R' 2 以及杂散电感Li。、L' 2。，其中，可产生机械的或电的过载的危险。基于空转试验可估计主电感Lh。此外，前面所提及的短路试验、空转试验和直流试验在许多情况中考虑机械传感器例如位置传感器、角度传感器或转速传感器的测量结果，以便能在各种不同的转数中推导出运行特性的相互关系。在图4中示出了异步电动机关于单相研究的T型等效电路图，其中，在知道所提及的等效电路图量的情形下可估计交流电动机在静止的运行情况中也就是说在恒定的转速和负载时的电运行特性。参量s标明了滑差率，也就是说旋转的转子相对回转的定子磁场的滞后。由此可确定电动机在运行特性中的导纳，该导纳根据下面的方程式得出
G = Y =- 1
R2+s
Lh+L2a
-ν-‘
=Li y
广^s L7 + R7 G = Y =G = Y =
D1 S +O1 S+ O0其中，
S2 (Lla L2 + Lh Ζ)+ ^L1 R2 + L2 R1)+ R1R2 αλ s+ a0
a0 = R' 2, B1 = L2, b0 = R1R' 2, bi = (L1R' ^L2R1), b2 = (Ll0L2+LhL' 2。)。上面所提及的作为传递函数G = Y = I1ZiU1的导纳，在假设滑差率大小s为1也就是说停止的情形下推导出。此外在公式中，S’不是表示滑差率，而是表示在拉普拉斯域中的复数频率。在空转试验、短路试验和直流试验中的参量确定基于该T型等效电路图。关于在电动机电压和电动机电流的后面示出的α/β或d/q的坐标系中的复杂的研究，可考虑相同的等效电路图参量，然而该思考方式不仅允许电动机的静止的表征，而且使得动态特性的描述成为可能。在三相系统中，在Y型或Δ型接线中通过两相的馈入，在缺乏中性点接地时根据定律Iu+Iv+Iw = 0相应地得出第三相的电流。出于该原因，三相系统同样可借助于两个坐标来描述，其中，为了描述总电流可考虑在复平面中的坐标系，在复平面中实部和虚部两个坐标可根据
图1称为关于定子线圈的固位取向的α坐标和β坐标。α/β坐标系例如描述了电流的方向或在交流电动机的定子的静止的参考系中的转子磁通轴线。关于转动体的磁性取向，可引入旋转的第二坐标系，所述第二坐标系的轴线称作转子的d轴线和q轴线， 如其在图2中示出的那样。d轴线标明了转动体磁通的方向，而q轴线标明了对此呈直角的横向磁通轴线。定子磁场在转子的d轴线的方向上的取向在一定程度上引起转子的止位， 而在转子的q轴线的方向上的定子磁场取向引起到转子上的转矩。α/β定子坐标系到旋转的d/q转子坐标系的变换可通过在定子的相位U的绕组轴线与转子磁场的纵轴线之间的转角来产生。就此而言，总电动机电流I或者该总电动机电流的三个相电流IuUdPIw 可在定子固定的α/β坐标系中或在与转动体一起旋转的d/q坐标系中研究。关于交流异步电动机的线电流到α/β坐标系中的换算适用下面的关系式
权利要求
1.用于无编码器地识别交流异步电动机(09)的电的等效电路图参量(03、05、15)的方法，至少包括如下步骤 -占据转子(11)的停止位置；-在所述异步电动机(09)的α定子轴线方向和β定子轴线方向上同向馈入测试信号电压 Ula、Uie ；-测量所述异步电动机(09)的α轴线方向和β轴线方向的测量信号电流Ι1α、I10 ； -基于所述测试信号电压Ula、U10和所述测量信号电流Ila、I10识别所述异步电动机 (09)的等效电路图参量(03,05,15)；其中，到所述异步电动机(09)中的测试信号馈入以如下方式进行，即，使所述转子 (11)保持无转矩。
2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于，探明至少一个、尤其是所有频率响应函数Gi = Iia /Ula ，G2 = Iiβ/Uia ，G3 = Iia/Uiβ，G4 = Ii0/U10，用于识别等效电路图参量(03、05、15)，其中，所述频率响应函数的能预先确定的偏差引起所述方法的重复或故障信号发送。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法， 其特征在于，所述测试信号是伪噪声二进制信号。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法， 其特征在于，所述等效电路图参量(03、05、1幻的识别包括根据Welch方法进行时间离散信号的傅里叶变换。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法， 其特征在于，所述等效电路图参量(03、05、1幻的识别包括尤其根据Levenberg-Marqimrdt算法的传递函数-参量确定。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法， 其特征在于，将已识别的等效电路图参量(03、05、巧)使用在逆变器控制参量的调整和/或优化中， 和/或使用于电动机监控。
7.用于无编码器地识别交流异步电动机(09)的电的等效电路图参量(03、05、15)的识别装置(39)，所述识别装置适用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述识别装置包括逆变器接口单元(39)，所述逆变器接口单元为了控制的通讯且为了转子停止位置确定而能与逆变器控制装置(37)连接， 其特征在于，所述识别装置(39)此外包括用于产生α/β测试信号的测试信号发生装置(51)、用于将所述α / β测试信号变换成U/V/W控制测试信号的U/V/W变换单元03)、用于将测得的U/V/W测量信号电流变换成α/β测量信号电流的α/β变换单元Gl)和用于识别等效电路图参量(03、05、15)的参量识别单元(67)。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述参量识别单元(67)包括傅里叶变换器件0 和参量确定器件(47)，所述傅里叶变换器件尤其是用于将非连续的α/β信号值根据Welch方法进行傅里叶变换的FFT/DFT 器件，所述参量确定器件尤其是Levenberg-Marquardt传递函数-参量确定器件。
9.根据权利要求7或8中任一项所述的装置，其特征在于，此外包括监控和优化单元(49)，所述监控和优化单元安置为基于已识别的等效电路图参量(03、05、1幻来确定、优化和/或监控逆变器控制装置(37)的控制参量。
10.用于控制交流异步电动机(09)的电动机控制设备(35)，其特征在于，包括根据前述权利要求7至9中任一项所述的用于无编码器地识别交流异步电动机 (09)的电的等效电路图参量(03、05、15)的识别装置(39)，其中，已识别的等效电路图参量 (03,05,15)能用于确定、优化和监控所述电动机(09)和/或电动机控制。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述设备以如下方式安置，即，至少能在最初调试时，优选能多次在运行寿命期间，在转子停止时进行所述等效电路图参量(03、05、巧)的自动化的识别，其中，在已识别的等效电路图参量(03、05、1幻与事先确定的、存储的和/或模型相关的等效电路图参量(03、05、 15)有能预调设的偏差时，能触发故障信号发送。
12.根据前述方法权利要求中任一项所述的方法的用于确定、优化和监控用于控制电气驱动的电动机调节器参量的应用，尤其用于调整电动机控制设备(3 的调节参量的应
全文摘要
识别交流异步电动机电等效电路图参量的设备和方法。该方法用于无编码器地识别所述等效电路图参量，其至少包括如下步骤-占据转子的停止位置；-在异步电动机的α轴线方向和β轴线方向上同向馈入测试信号U1α、U1β；-测量异步电动机的α轴线方向和β轴线方向的测量信号电流I1α、I1β；-基于测试信号电压U1α、U1β和测量信号电流I1α、I1β识别异步电动机的等效电路图参量；其中，到异步电动机中的测试信号馈入如此实现，使得转子保持无转矩。所述设备涉及用于确定异步电动机等效电路图参量的识别装置和包括该识别装置的电动机控制设备，其中，识别的等效电路图参量可用于确定、优化和监控电动机控制。最后，提出将该识别方法用于控制电气驱动。
文档编号H02P29/00GK102375118SQ20111025131
公开日2012年3月14日 申请日期2011年8月16日 优先权日2010年8月16日
发明者塞巴斯蒂安·维尔沃克, 海科·扎托奇尔 申请人:包米勒公司