專(zhuān)利名稱(chēng)：用于控制無(wú)刷電機(jī)的方法以及控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明首先涉及一種如權(quán)利要求I的前序部分所述的用于控制電子換向式無(wú)刷電機(jī)的方法，在該方法中，三相交流電源電壓被整流成中間電路直流電壓(Zwischenkreis-Gleichspannung),并且將這個(gè)直流電壓通過(guò)一精簡(jiǎn)型中間電路 (schlanken Zwischenkreis)提供給一逆變器,該逆變器能夠通過(guò)電機(jī)控制器憑借可變的調(diào)節(jié)系數(shù)而得以控制，以便使電機(jī)換向并調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，這樣，通過(guò)一定的、在調(diào)節(jié)系數(shù)上可進(jìn)行變化的電壓脈沖就可形成近似于正弦波形的電機(jī)電流，其中，不帶濾波電容器或者至少不帶電解電容器的精簡(jiǎn)型中間電路被構(gòu)造為具有至少一個(gè)薄膜電容器，因此具有相應(yīng)較小的中間電路阻抗，特別是具有較小的中間電路電容，這樣，所述中間電路直流電壓會(huì)附帶周期性的干擾量，此時(shí)，為補(bǔ)償干擾量，利用一補(bǔ)償系數(shù)來(lái)影響調(diào)節(jié)系數(shù)，從而在中間電路中，使中間電路直流電壓與由此產(chǎn)生的中間電路電流在整個(gè)時(shí)間變化過(guò)程中的乘積保持恒定。此外本發(fā)明還涉及一種相應(yīng)的、如權(quán)利要求6的前序部分所述的按照本發(fā)明所述方法工作的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
眾所周知，在電子換向式無(wú)刷電機(jī)，也就是EC電機(jī)中，通過(guò)用PWM方式控制的逆變器(PWM=脈沖寬度調(diào)制(pulse width modulation) = Plusbreitenmodulation)可以用中間電路直流電壓產(chǎn)生用于電機(jī)繞組相帶的相電壓，而且通過(guò)改變PWM控制器的占空比，即所謂的調(diào)節(jié)系數(shù)，還能調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。中間電路直流電壓一般是由單相或者尤其是三相交流電源電壓通過(guò)整流產(chǎn)生，在這種情況下，首先利用通過(guò)無(wú)控橋式整流器首先產(chǎn)生強(qiáng)烈波動(dòng)形的脈沖直流電壓。在三相電源電壓頻率為通常的50Hz時(shí)，整流得到的電壓以300Hz的脈沖頻率脈動(dòng)。因此實(shí)際上需要通過(guò)至少一個(gè)濾波電容器(必要時(shí)尚需附加濾波軛流圈) 進(jìn)行濾波。由于濾波電容器為此實(shí)際需要相當(dāng)大的電容值，一般采用電解電容器(Elkos)， 但是，電解電容器在實(shí)際的使用中是有缺點(diǎn)的，特別是其結(jié)構(gòu)體積大，而使用壽命短。因此，目前具有這樣的趨勢(shì)，即完全不用濾波電容器或者至少不用電解電容器，其中在第二種情況下，采用的是電容較小但使用壽命長(zhǎng)的薄膜電容器。為此稱(chēng)之為“精簡(jiǎn)型中間電路”。然而在這種情況下會(huì)出現(xiàn)殘余波動(dòng)作為干擾量傳遞到電機(jī)轉(zhuǎn)矩之上的缺點(diǎn)。脈動(dòng)的轉(zhuǎn)矩或者說(shuō)轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致形成較強(qiáng)的噪聲，這種噪聲尤其在電機(jī)被用來(lái)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇時(shí)是極其擾人的。因此設(shè)計(jì)進(jìn)行干擾量補(bǔ)償已是公知技術(shù)，在干擾量補(bǔ)償技術(shù)中，求出干擾量倒數(shù)， 并用一補(bǔ)償系數(shù)影響調(diào)節(jié)系數(shù)，從而使得在中間電路中，中間電路直流電壓與通過(guò)逆變器所產(chǎn)生的中間電路電流的乘積在整個(gè)時(shí)間變化過(guò)程中保持恒定。因此，這種對(duì)波動(dòng)的中間電路直流電壓的補(bǔ)償將使電機(jī)的功耗保持恒定。所述中間電路直流電壓的逆函數(shù)(inverse Function)與電機(jī)的調(diào)節(jié)系數(shù)是相疊加的。因此，每當(dāng)中間電路直流電壓變小/變大時(shí)，電機(jī)調(diào)節(jié)系數(shù)就相應(yīng)地增大/減小，從而使中間電路電流與中間電路直流電壓的乘積保持恒定。這也意味著，每當(dāng)中間電路直流電壓變小時(shí)，中間電路電流必須變大。在EP 2 164 164 Al中示出的用于控制無(wú)刷電機(jī)的相應(yīng)控制系統(tǒng)中設(shè)計(jì)采用了一特殊種類(lèi)的干擾量補(bǔ)償技術(shù)，也就是動(dòng)態(tài)優(yōu)化型干擾量補(bǔ)償技術(shù)。在這種技術(shù)中，在運(yùn)行期間通過(guò)監(jiān)測(cè)實(shí)際轉(zhuǎn)矩的大小，測(cè)出相應(yīng)干擾量補(bǔ)償對(duì)實(shí)際轉(zhuǎn)矩的影響效果，并且通過(guò)改變補(bǔ)償值或者說(shuō)補(bǔ)償系數(shù)對(duì)該影響效果進(jìn)行周期性地優(yōu)化，從而使轉(zhuǎn)矩波動(dòng)最小化，并因此也使形成的噪聲降低到最小程度。在實(shí)際的應(yīng)用中，干擾量補(bǔ)償技術(shù)與精簡(jiǎn)型中間電路相結(jié)合可能帶來(lái)如下缺點(diǎn)， 即在中間電路中出現(xiàn)不允許出現(xiàn)的過(guò)壓現(xiàn)象。因?yàn)槟孀兤魍ǔＱb備有過(guò)壓斷路器，以在出現(xiàn)高出允許值的電壓時(shí)保護(hù)電子零件，但是這種斷路器可能會(huì)意外地切斷電機(jī)運(yùn)行。這種情況在驅(qū)動(dòng)關(guān)乎安全關(guān)系的裝置，例如驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇時(shí)，可能會(huì)因?yàn)槭勾鋮s裝置過(guò)熱而造成其他間接損害。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的基本目的在于，提供一種開(kāi)頭所述類(lèi)型的方法并且創(chuàng)造一種相應(yīng)的控制系統(tǒng)，以便擴(kuò)大電機(jī)的工作范圍，使得電機(jī)在本來(lái)易出故障的工作范圍中也能維持正常運(yùn) 轉(zhuǎn)。依據(jù)本發(fā)明，上述目的是通過(guò)具有如權(quán)利要求I或權(quán)利要求2所述特征的方法以及通過(guò)如權(quán)利要求6或權(quán)利要求7所述的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。其它的有利設(shè)計(jì)方案包含在各從屬權(quán)利要求中。本發(fā)明基于下述知識(shí)。通過(guò)上文闡述的干擾量補(bǔ)償技術(shù)，每當(dāng)中間電路直流電壓變小時(shí)，中間電路電流必須相應(yīng)地增大。因此會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)的電流，在高阻抗，特別是在高電感電源(Netz)中運(yùn)行時(shí),這種脈動(dòng)電流尤其會(huì)影響電源電壓(Netzspanung)的激勵(lì),并因此影響中間電路中的經(jīng)整流得到的中間電路直流電壓。在電壓較小時(shí)，流過(guò)電流較大，在電源電感(NetzinduktivitSt)上由此所引起的電壓降減小，因此加載到負(fù)載上的電壓也減小。如果電源電壓變大，則電源電流將變小。電源電感此時(shí)基本上起附加電壓源的作用，因?yàn)閮?chǔ)存在電源上的能量利用此時(shí)較小的電源電流流到中間電路中。與此同時(shí)，電源電感上的電壓與電源電壓相疊加，導(dǎo)致電壓增高。由此將導(dǎo)致中間電路直流電壓中的交流電壓份額增大，其中電壓幅度隨著電源阻抗與電機(jī)負(fù)荷的增加而升高。這樣的結(jié)果是可能會(huì)出現(xiàn)很高的電壓峰值，從而電機(jī)的運(yùn)行被過(guò)電壓保護(hù)裝置切斷。為了至少在整個(gè)擴(kuò)展工作范圍上避免出現(xiàn)這種現(xiàn)象，依據(jù)本發(fā)明，在第一實(shí)施方式(權(quán)利要求I和6)中是這樣設(shè)計(jì)的，即，對(duì)中間電路直流電壓中的交流份額 (Wechselanteil)大小進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如果所述交流份額達(dá)到或超過(guò)預(yù)先設(shè)定的第一極限值時(shí)， 就改變補(bǔ)償系數(shù)以減小干擾量補(bǔ)償，直至實(shí)時(shí)的交流份額重新下降到極限值或極限值之下。在這種情況下，補(bǔ)償?shù)牧靠梢恢睖p小，直至不進(jìn)行補(bǔ)償。在本發(fā)明可選的第二實(shí)施方式(權(quán)利要求2和7)中，不對(duì)中間電路直流電壓本身，而是對(duì)一額外從電源電壓分出且單獨(dú)經(jīng)過(guò)整流的測(cè)量直流電壓以類(lèi)似于第一實(shí)施方式的方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)和處理。該測(cè)量直流電壓與中間電路直流電壓是相等的，或者至少是成比例的。在此情況下，干擾量補(bǔ)償，包括依據(jù)本發(fā)明的改變都是利用獨(dú)立的測(cè)量直流電壓實(shí)現(xiàn)的，因此實(shí)際上就形成了獨(dú)立的、與中間電路無(wú)關(guān)的測(cè)量及調(diào)整電路。上述第二實(shí)施變例具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即，因電機(jī)換向而對(duì)中間電路本身形成的反饋不會(huì)對(duì)獨(dú)立的測(cè)量電路產(chǎn)生影響，因此能夠?qū)崿F(xiàn)更加精確、更加穩(wěn)定的控制作用。依據(jù)本發(fā)明，補(bǔ)償在上述兩種情況下都是減小的，因此脈動(dòng)的中間電路電流同樣也會(huì)減小，由此將避免對(duì)高阻抗電源形成激勵(lì)，或者至少可以減小對(duì)高阻抗電源的激勵(lì)，這樣就阻止了中間電路中出現(xiàn)電壓過(guò)高的現(xiàn)象，從而能夠在整個(gè)擴(kuò)展工作范圍中避免出現(xiàn)由過(guò)壓保護(hù)所致的意外斷路。然而，在這種依據(jù)本發(fā)明的運(yùn)行狀態(tài)中，中間電路中的功率將不再保持恒定，而這種功率的脈動(dòng)將對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生負(fù)面影響以及形成噪聲。不過(guò)為了擴(kuò)大電機(jī)工作范圍，這種缺陷是可以接受的。
若由于上述依據(jù)本發(fā)明的方法可能尚不足以將交流份額下降到第一極限值或第一極限值之下，因此設(shè)計(jì)有實(shí)際上作為依據(jù)本發(fā)明的第二運(yùn)行級(jí)別，即，如果中間電路直流電壓或測(cè)量直流電壓中的實(shí)時(shí)交流份額達(dá)到或超出預(yù)先設(shè)定的較高的第二極限值，就改變電機(jī)調(diào)節(jié)系數(shù)以減小電機(jī)功率。這樣，雖然功率降低且工作噪聲相應(yīng)地增強(qiáng)，但電機(jī)卻能夠繼續(xù)保持運(yùn)行。本發(fā)明特別地適合應(yīng)用于關(guān)乎安全的驅(qū)動(dòng)裝置，特別是例如風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)裝置等，這種裝置發(fā)生故障時(shí)，尤其有可能因?yàn)檫^(guò)熱而導(dǎo)致其它間接損害；本發(fā)明還適合在高電感電源處運(yùn)行此種驅(qū)動(dòng)裝置。此處需要補(bǔ)充說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)“高電感”是指電源電感達(dá)到或高于 0. 5mH。通過(guò)本發(fā)明，電機(jī)工作范圍可被擴(kuò)展至電源電感至少為4mH的范圍上。


下面借助優(yōu)選實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明更加詳細(xì)地進(jìn)行闡述。在附圖中圖I是依據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)的第一實(shí)施方式的簡(jiǎn)化的示意框圖；圖2是與圖I 一樣的框圖，圖中示出了第二優(yōu)選實(shí)施方式；以及圖3是一圖表，用于形象地說(shuō)明控制系統(tǒng)根據(jù)電機(jī)負(fù)載(也就是有效功率)和電源阻抗而擴(kuò)展的運(yùn)行類(lèi)型。
具體實(shí)施例方式對(duì)于下述說(shuō)明，需要強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明并不僅限于所述實(shí)施例，也不限于所描述的特征組合中的所有或多個(gè)特征，確切地說(shuō)，所述/每個(gè)實(shí)施例中的每一單獨(dú)的子特征在與所有其他與之關(guān)聯(lián)的子特征相分離的情況下以及與其他實(shí)施例的任意特征相組合仍然具有創(chuàng)新意義。如圖I和圖2所示，依據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)用于控制(激發(fā)(Ansteuern))僅以示意方式繪出的電機(jī)M,該電機(jī)M優(yōu)選是永磁勵(lì)磁的三相同步電機(jī)(PMSM),實(shí)際上也就是三相交流電機(jī)，但它是由受控的逆變器2用直流電壓驅(qū)動(dòng)的。因此，此類(lèi)電機(jī)M經(jīng)常被稱(chēng)作無(wú)集電極的電子換向式直流電流電機(jī)，或者簡(jiǎn)稱(chēng)為EC電機(jī)。為給電機(jī)M供電，首先通過(guò)未受控的電源整流器4將三相交流電源電壓Un整流成中間電路直流電壓Uzko在交流電源電壓Un的輸入電路中，在三條相線中繪出了等效電阻R 和等效電感L。電源整流器4通過(guò)中間電路6與逆變器2連接，所述中間電路6被構(gòu)造成所謂的“精簡(jiǎn)型中間電路”。這意味著，該中間電路不包含或者只包含極小的中間電路阻抗，因?yàn)樗耆珬売脼V波電容器或者像示出的實(shí)施例一樣，不用電解電容器，而僅包含更簡(jiǎn)單且電容值極小的薄膜電容器作為中間電路電容8。精簡(jiǎn)型中間電路6中的電容值最大僅為采用所謂“豐滿(mǎn)型中間電路”為對(duì)經(jīng)整流得到的脈動(dòng)式中間電路直流電壓Uzk進(jìn)行濾波而實(shí)際所需電容值的10%。這個(gè)電容值的大小原則上至少依賴(lài)于負(fù)載功率。根據(jù)不同的設(shè)計(jì)方案， 在豐滿(mǎn)型中間電路中電容值例如可以是330 UF;在這種情況下，如設(shè)計(jì)采用精簡(jiǎn)型中間電路，則中間電路電容8的數(shù)量級(jí)可能只有5至20 ii F。由于精簡(jiǎn)型中間電路6中的中間電路電容8很小，因此中間電路直流電壓Uzk帶有周期性的干擾量；該干擾量在中間值左右脈動(dòng)，也就是說(shuō)，在與中間值相對(duì)應(yīng)的直流電壓上會(huì)疊加交流份額。逆變器2作為全橋輸出級(jí)是由六個(gè)受控功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件構(gòu)成的，電機(jī)控制器 10根據(jù)用適合的裝置測(cè)出的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)位置0對(duì)這些半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件實(shí)施控制，以便使電機(jī)M換向并調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。這一過(guò)程是以充分公開(kāi)的方式通過(guò)脈沖寬度調(diào)制(PWM)實(shí)現(xiàn)的，因此調(diào)制出的電機(jī)相電壓與相電流近似正弦波形。為此，作為電機(jī)控制器10的決定性的參數(shù)， PWM調(diào)節(jié)系數(shù)(經(jīng)常也稱(chēng)作“占空比”)在逆變器2處被給出。這種電機(jī)控制方式已充分公開(kāi)，無(wú)需贅述。由于中間電路6是精簡(jiǎn)形式的，因此帶有干擾量的脈動(dòng)式中間電路直流電壓Uzk通過(guò)逆變器2帶來(lái)相應(yīng)的脈動(dòng)的電機(jī)轉(zhuǎn)矩，這樣就可能會(huì)隨之產(chǎn)生干擾性的運(yùn)行噪聲。為避免這種情況，在依據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)中包含同樣已知的干擾量補(bǔ)償。在如圖I所示的實(shí)施方案中，帶有干擾量的，脈動(dòng)的中間電路直流電壓Uzk在一倒轉(zhuǎn)單元(Inversionsglied) 12中被倒轉(zhuǎn),并且中間電路直流電壓Uzk的這一逆函數(shù)將作為補(bǔ)償系數(shù)k而與電機(jī)調(diào)節(jié)系數(shù)A疊加。在整個(gè)時(shí)間進(jìn)程中，每當(dāng)中間電路直流電壓Uzk減小時(shí)，調(diào)節(jié)系數(shù)A就增大，從而使得作為中間電路直流電壓Uzk與相應(yīng)地產(chǎn)生的中間電路電流 Izk乘積的中間電路功率Pzk盡可能保持恒定，即Pzk (t) = Uzk (t) Izk (t) =fl[定值由此可得每當(dāng)中間電路直流電壓Uzk變小時(shí)，中間電路電流Izk必須相應(yīng)地變大。 這樣的結(jié)果是中間電路電流Izk也相應(yīng)地脈動(dòng)，這種脈動(dòng)的電流在高阻抗電源中會(huì)由于電源的逆作用而導(dǎo)致在中間電路6中形成高的電壓峰值，隨之產(chǎn)生的結(jié)果是，由于對(duì)逆變器2 需進(jìn)行過(guò)壓保護(hù)，因此電機(jī)運(yùn)行可能會(huì)被切斷。為了避免上述情況的發(fā)生并擴(kuò)展電機(jī)M的工作范圍，使其在高阻抗電源中也能運(yùn)行，本發(fā)明采取了下述解決措施。如圖I所示，利用電壓測(cè)量器14對(duì)中間電路6上的中間電路直流電壓Uzk進(jìn)行測(cè)量，得到實(shí)際電壓UZK.Akt_s。由此，在一平均值計(jì)算器16中求出平均值UZK.Mitt,_。此外，根據(jù)本發(fā)明，還要確定出在一AC部分18中測(cè)得的實(shí)際中間電路直流電壓Uzk的交流份額UZKa。， 以作為最大值與最小值之間的值，并且在一從屬于第一調(diào)節(jié)器20的比較器21中與一預(yù)先設(shè)定的極限值UZKac;.maxl作比較。如果達(dá)到或者超過(guò)這個(gè)極限值，則減少上述干擾量補(bǔ)償，以降低中間電路6中的中間電路電流Izk的波動(dòng)，從而避免強(qiáng)烈地激勵(lì)電源。 構(gòu)造成PI調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)器20優(yōu)選將輸出信號(hào)提供給乘法器22，在該乘法器22 中，實(shí)時(shí)測(cè)得的中間電路電壓UZK.Akt, mess被轉(zhuǎn)變成為干擾量補(bǔ)償而調(diào)制的電壓UZK.Akt, neu0在串接在轉(zhuǎn)換部分12之后(nachgeschaltet)的乘法器24中，由平均值UZK.Mitt, mess與轉(zhuǎn)變得到的實(shí)時(shí)中間電路電壓UZK.Akt,■計(jì)算出合適的實(shí)時(shí)補(bǔ)償系數(shù)k，并將此實(shí)時(shí)補(bǔ)償系數(shù)與調(diào)節(jié)系數(shù)A在乘法器26中疊加，這樣，通過(guò)改變調(diào)節(jié)系數(shù)A，將使AC份額重新下降并至少下降至預(yù)先設(shè)定的極限值U—。對(duì)中間電路電壓中的交流電壓份額的校準(zhǔn)是通過(guò)下述等式實(shí)現(xiàn)UzK.Akt，neu ^ZK. Akt, mess ^ZK. Mitt, mess ) SK+U
ZR.Mitt,mess其中UZK. Akt, neu =經(jīng)校準(zhǔn)的中間電路直流電壓UZK.Akt,mess =實(shí)際測(cè)得的中間電路直流電壓 UZK.Mittjmess = Unniess 的平均值(=DC 份額) (UZK. Akt,mess_UZK. Mitt,mess) —UZK. Akt, mess 的父流份額(AC 份名頁(yè))Sk = AC份額的比例因子，其中Sk = 0至I用于對(duì)波動(dòng)的中間電路直流電壓的干擾量補(bǔ)償進(jìn)行調(diào)制的補(bǔ)償系數(shù)k是通過(guò)下式算出的
\r— ZK .Mitt, messK-—-
ZK.akt.neu如果在一定的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，上述解決措施尚不足以，通過(guò)降低直到完全停止干擾量補(bǔ)償?shù)氖侄螌⒔涣鞣蓊~uZKa。保持在第一極限值UZK_axl或該第一極限值UZKa。.-i之下，那么優(yōu)選設(shè)置第二調(diào)節(jié)器28和串接在該調(diào)節(jié)器之前(VOrgeSChaltet)AC部分30以及第二極限值比較器31。當(dāng)中間電路電壓中實(shí)時(shí)確定出的交流份額UZKa。達(dá)到或超過(guò)預(yù)先設(shè)定的、t匕上述第一極限值更大的第二極限值UZKac;._2時(shí)，PI調(diào)節(jié)器28發(fā)出輸出信號(hào)a，設(shè)計(jì)該輸出信號(hào)的目的是為了在乘法器32中與調(diào)節(jié)系數(shù)A相疊加，從而促使電機(jī)功率減小。圖2中示出的本發(fā)明的實(shí)施變例與圖I所示之實(shí)施例在很大程度上是一致的，因此相同或者功能相當(dāng)?shù)臉?gòu)件及參數(shù)皆配以相同的附圖標(biāo)記或

。相比較圖1，圖2中的實(shí)施方式的本質(zhì)區(qū)別在于，中間電路直流電壓Uzk并不是直接測(cè)量、監(jiān)測(cè)并用于后續(xù)處理的。取而代之的是，從三相交流電源電壓Un分出一部分，并通過(guò)一未受控的額外電源整流器 4a將此部分整流成同樣也相應(yīng)地脈動(dòng)并帶有干擾量的測(cè)量直流電壓，該測(cè)量直流電壓與中間電路直流電壓Uzk是相當(dāng)?shù)幕蛑辽偈浅杀壤?。因此同樣利用電壓測(cè)量器14測(cè)得的測(cè)量直流電壓用U, ZK來(lái)表示，為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，該測(cè)量直流電壓的實(shí)際測(cè)量值如圖I中一樣用
表示。因此其余的求值和處理過(guò)程與圖I中的實(shí)施方式完全相同，請(qǐng)參閱前文說(shuō)明。圖2所示的這一具有獨(dú)立測(cè)量直流電壓U' ZK的實(shí)施方式特別有利，因?yàn)闇y(cè)量電路、 控制電路和調(diào)節(jié)電路并不依賴(lài)于實(shí)際的中間電路直流電壓Uzk和出現(xiàn)在中間電路6中的電機(jī)反饋，因此能夠更加精確、穩(wěn)定地工作。在圖3中形象地示出了擴(kuò)展的工作范圍。在該圖表中，在X軸上示例性地以步長(zhǎng) 0. 3mH繪出了 0. 3mH至6mH的電源電感，而在Y軸上則示例性地以步長(zhǎng)200W繪出了 200W至 6000W的有效功率。第一工作范圍I是具有完整干擾量補(bǔ)償?shù)恼＿\(yùn)行范圍。而在第二工作范圍II中，可以以干擾量補(bǔ)償減少并直至完全停止的方式繼續(xù)運(yùn)行。在第二工作范圍II 與毗鄰的范圍III之間的過(guò)渡區(qū)域中，則能夠以有效功率減小且不進(jìn)行干擾量補(bǔ)償?shù)姆绞竭\(yùn)行。若依據(jù)本發(fā)明的兩種措施仍不滿(mǎn)足要求時(shí)，則通過(guò)逆變器2的通用的過(guò)壓斷路裝置中斷運(yùn)行。
利用本發(fā)明，電機(jī)M除了能夠在正常工作范圍I運(yùn)行之外，還能夠有利地在范圍II 與II之間的過(guò)渡區(qū)域中運(yùn)行，雖然運(yùn)行噪聲會(huì)增大，并有可能出現(xiàn)的功率降低的現(xiàn)象。在一優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，可以應(yīng)用特殊的、動(dòng)態(tài)優(yōu)化的干擾量補(bǔ)償技術(shù)，就像在上文提及的文獻(xiàn)EP 2 164 164 Al中所描述的那樣，本申請(qǐng)完全包括了該文獻(xiàn)的內(nèi)容。 本發(fā)明并不僅限于附圖以及描述中的實(shí)施例，其也包括所有與本發(fā)明的本質(zhì)上具有相同效果的實(shí)施方案。需要強(qiáng)調(diào)的是，所述實(shí)施例不僅限于所有特征組合，每個(gè)獨(dú)立特征也都可作為本發(fā)明的意義而與其他特征分離。另外，本發(fā)明迄今為止也不限制于各獨(dú)立權(quán)利要求定義的特征組合，其也可被定義為由已全部公開(kāi)的單個(gè)特征中的一定特征組合而成的任何其他組合。這意味著，原則上并實(shí)踐中，每個(gè)獨(dú)立權(quán)利要求的每一個(gè)單個(gè)特征都可以刪去，或者說(shuō)，獨(dú)立權(quán)利要求中所述的每一個(gè)單個(gè)特征都可以被在本申請(qǐng)中的其他地方公開(kāi)的單個(gè)特征所取代。權(quán)利要求只可被理解為對(duì)于一個(gè)發(fā)明的一種最初的表述嘗試。
權(quán)利要求
1.用于控制電子換向式無(wú)刷電機(jī)(M)的方法，其中，三相交流電源電壓(Un)被整流成中間電路直流電壓(Uzk)，并且將此直流電壓(Uzk)通過(guò)精簡(jiǎn)型中間電路(6)提供給逆變器(2)，該逆變器能夠通過(guò)用于改變PWM脈沖的電機(jī)控制器(10)憑借可變的調(diào)節(jié)系數(shù)(A)而得以控制，從而實(shí)現(xiàn)使電機(jī)(M)換向并調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，其中，所述精簡(jiǎn)型中間電路被構(gòu)造為不包含濾波電容器或至少不包含電解電容器，因此所述中間電路直流電壓(Uzk)附帶有周期性的干擾量，其中，為進(jìn)行干擾量補(bǔ)償，利用補(bǔ)償系數(shù)(k)影響調(diào)節(jié)系數(shù)(A)，使得在中間電路(6)中，所述中間電路直流電壓(Uzk)與產(chǎn)生的中間電路電流(Izk)的乘積保持恒定，其特征在于，對(duì)所述中間電路直流電壓(Uzk)中的交流份額(UZKa。)的大小進(jìn)行監(jiān)測(cè)，若所述交流份額(UZKa。)達(dá)到或者超過(guò)預(yù)先設(shè)定的第一極限值(UZKac;.maxl)，則改變所述補(bǔ)償系數(shù) (k)以便減小干擾量補(bǔ)償，直到實(shí)時(shí)交流份額(UZKa。)重新下降到所述極限值(UZK_axl)或所述極限值(UZKac. maxi)之下。
2.如權(quán)利要求I的前序部分所述的方法，其特征在于，將所述交流電源電壓(Un)整流成與所述中間電路直流電壓(Uzk)相當(dāng)或者成比例的附加測(cè)量直流電壓(U' ζκ)，其中，對(duì)所述測(cè)量直流電壓(U' ζκ)中的交流份額(UZKa。)的大小進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其中，在所述交流份額 (UZKac)達(dá)到或者超過(guò)預(yù)先設(shè)定的第一極限值(UZKac;.maxl)時(shí)，改變所述補(bǔ)償系數(shù)k以減小干擾量補(bǔ)償，直到實(shí)時(shí)交流份額(UZKa。)重新下降到所述極限值(UZKac;.maxl)或所述極限值(UZKa。.maxi)卜'。
3.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，如果所述實(shí)時(shí)交流份額(UZKa。)沒(méi)有下降到所述極限值(uZKac;.maxl)或所述極限值(uZKac;.maxl)之下，而是達(dá)到或者超過(guò)預(yù)先設(shè)定的、 所述中間電路直流電壓(Uzk)或者測(cè)量直流電壓(U' ζκ)的交流份額(UZKa。)的較高的、第二極限值(UZKac;.max2)時(shí)，則改變所述調(diào)節(jié)系數(shù)㈧以便減小電機(jī)功率。
4.如權(quán)利要求I至3之一所述的方法，其特征在于，在所述中間電路直流電壓(Uzk)或者測(cè)量直流電壓(U' ζκ)出現(xiàn)高于限定允許值的電壓峰值時(shí)，電機(jī)(M)的運(yùn)轉(zhuǎn)將被關(guān)停。
5.如權(quán)利要求I至4之一所述的方法，其特征在于，利用調(diào)節(jié)器對(duì)所述干擾量補(bǔ)償實(shí)施動(dòng)態(tài)優(yōu)化，以便使所述電機(jī)(M)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)最小化。
6.用于電子換向式無(wú)刷電機(jī)(M)且應(yīng)用了如前述權(quán)利要求之一所述方法的控制系統(tǒng)， 包括電源整流器(4)，其用于將三相交流電源電壓(Un)整流成中間電路直流電壓(Uzk);逆變器(2)，其串接在構(gòu)造成不帶濾波電容器或至少不帶電解電容器的中間電路(6)之后，所述逆變器能夠通過(guò)用于改變PWM電壓脈沖的電機(jī)控制器(10)憑借可變的調(diào)節(jié)系數(shù)(A)而得以控制，從而實(shí)現(xiàn)使電機(jī)(M)換向及調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的；以及用于干擾量補(bǔ)償?shù)难b置， 其針對(duì)帶有周期性干擾量的中間電路直流電壓(Uzk)實(shí)施干擾量補(bǔ)償，其中，所述調(diào)節(jié)系數(shù) (A)受到補(bǔ)償系數(shù)(k)影響，從而在中間電路(6)中，使得所述中間電路直流電壓(Uzk)與產(chǎn)生的中間電路電流(Izk)的乘積保持恒定，其特征在于，具有帶有調(diào)節(jié)器(20)的第一調(diào)節(jié)電路，所述調(diào)節(jié)器將中間電路直流電壓 (Uzk)中的交流份額(UZKa。)的大小與預(yù)先設(shè)定的第一極限值(UZKac;.maxl)進(jìn)行比較，若所述交流份額達(dá)到或者超過(guò)所述第一極限值，則通過(guò)改變所述補(bǔ)償系數(shù)(k)減小干擾量補(bǔ)償，直到實(shí)時(shí)交流份額(UZKa。)重新下降到所述第一極限值或第一極限值之下。
7.如權(quán)利要求6的前序部分所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，具有附加電源整流器(4a)，其將交流電源電壓(Un)整流成獨(dú)立的測(cè)量直流電壓(U' ζκ);帶有調(diào)節(jié)器(20)的調(diào)節(jié)電路，所述調(diào)節(jié)器將所述測(cè)量直流電壓(U' ζκ)中的交流份額(UZKa。)的大小與預(yù)先設(shè)定的第一極限值(UZKac;.maxl)進(jìn)行比較，若所述交流份額達(dá)到或者超過(guò)所述第一極限值，則通過(guò)改變補(bǔ)償系數(shù)(k)減小干擾量補(bǔ)償，直到實(shí)時(shí)交流份額(UZKa。)重新下降到所述第一極限值或第一極限值之下。
8.如權(quán)利要求6或7所述的控制系統(tǒng)，其特征在于具有帶有調(diào)節(jié)器(28)的第二調(diào)節(jié) 電路，所述調(diào)節(jié)器將所述中間電路直流電壓(Uzk)或者測(cè)量直流電壓(U' ζκ)中的交流份額(UZKac)的大小與預(yù)先設(shè)定的、較高的第二極限值UZKac;.max2進(jìn)行比較，若所述交流份額達(dá)到或者超過(guò)所述第二極限值，則通過(guò)改變所述調(diào)節(jié)系數(shù)(A)來(lái)減小電機(jī)功率。
9.如權(quán)利要求6至8之一所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述/每個(gè)調(diào)節(jié)器(20，28)被構(gòu)造為PI調(diào)節(jié)器。
10.如權(quán)利要求6至9之一所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，通過(guò)對(duì)干擾量補(bǔ)償進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化的方式實(shí)施調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)使電機(jī)(M)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)最小化。
全文摘要
本發(fā)明涉及控制電子換向式無(wú)刷電機(jī)的方法，其中將三相交流電源電壓整流成中間電路直流電壓并將直流電壓通過(guò)精簡(jiǎn)型中間電路提供給逆變器。逆變器由改變PWM脈沖的電機(jī)控制器憑借可變調(diào)節(jié)系數(shù)進(jìn)行控制以實(shí)現(xiàn)電機(jī)換向及調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。精簡(jiǎn)型中間電路構(gòu)造為不含濾波電容器或至少不含電解電容器，因此中間電路直流電壓帶有周期性干擾量。為實(shí)現(xiàn)干擾量補(bǔ)償，用補(bǔ)償系數(shù)影響調(diào)節(jié)系數(shù)，以使中間電路的中間電路直流電壓與中間電路電流的乘積保持恒定。對(duì)中間電路直流電壓或從交流電源電壓分出的獨(dú)立測(cè)量直流電壓的交流份額大小監(jiān)測(cè)，若交流份額達(dá)到或者超過(guò)預(yù)先設(shè)定的第一極限值，則改變補(bǔ)償系數(shù)以減小干擾量補(bǔ)償直到實(shí)時(shí)交流份額重新下降到極限值或其下。
文檔編號(hào)H02P6/10GK102624302SQ20121001996
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月27日
發(fā)明者丹尼爾·柯尼希, 拉爾夫·維什塔帕 申請(qǐng)人:依必安-派特穆?tīng)柗腋煞萦邢迌珊瞎?br>