專利名稱：識別交流同步電動機磁力機械特性參數的設備和方法
技術領域：
本發明以一種用于無旋轉編碼器地識別交流同步電動機的磁力機械特性參數尤其是轉子的慣性矩J和在轉子與定子之間的永磁磁通ΨΡΜ的方法、裝置、設備和方法應用為出發點。磁力機械特性參數使得交流電動機關于在定子與轉子之間的磁性相互作用和機械的動態特性的表征成為可能，從而使得不僅電動機的磁性特性而且電動機的機械回轉特性也可在運行中得到表征。
背景技術：
由現有技術公知各種方法，以便于確定交流電動機的磁性的和機械的特性。為了確定磁性特性，通常評估位置指示器、轉角指示器或轉速指示器的傳感器數據，且在考慮交
流電動機的機械的結構數據的情形下確定轉子的慣性矩J V= P"(F)#，其中，P⑺為
與轉子的旋轉軸線間距為r的容積V內的質量密度。然而，現代的無旋轉編碼器地調節的電氣驅動不可能依靠傳感器數據，從而不能在正常的運行中探明機械的特性參數。慣性矩J說明了轉子在改變轉子轉動狀態時的阻力，且由此描述了電動機的旋轉動力學性能。由該旋轉動力學性能可借助于M = = 計算轉矩M。為了確定在定子與轉動體之間的磁通量ΨΡΜ可使用磁場傳感器，例如霍爾傳感器、AMR傳感器或類似物，以便于測量磁通密度B的大小。磁通的大小提供了關于最大待達到的轉矩的信息，該轉矩由洛倫茲力F = /.『χ月得出。交流同步電動機包括帶有至少三個定子線圈的定子和帶有永久磁化的轉子，所述永久磁化或者由永磁體引起或者由以直流電流流經的、由電刷供電的線圈產生。典型地，為了簡化地表征同步電動機的電特性而使用等效電路圖，如其在圖4d中示出的那樣，在該等效電路圖中定子線圈借助于歐姆電阻札和電感L1以及用于考慮感應的電壓的電壓源Up來模仿。為了確定磁力機械參數，電的參數的獲悉可能是有利的。在三相系統中，在Y型或Δ型接線中通過兩相的饋入，在缺乏星形中性點接地的情形中根據定律Iu+Iv+Iw = 0相應地得出第三相的電流。出于該原因，三相系統同樣可借助于兩個坐標來描述，其中，為了描述總電流可考慮在復平面中的坐標系，在復平面中實部和虛部兩個坐標可稱為關于定子磁場的固位的取向的α坐標和β坐標。α/β坐標系例如描述了電流的方向或在交流電動機的定子的靜止的參考系中的轉子磁通軸線。關于轉動體可引入旋轉的第二坐標系，該坐標系的軸線稱為轉子的d軸線和q軸線，如其在圖2中示出的那樣。d軸線標明了轉動體的主磁通方向，而q軸線標明了對此呈直角的橫向磁通軸線。定子磁場在轉子的d軸線的方向上的取向在一定程度上引起轉子的止位，而在轉子的 q軸線的方向上的定子磁場取向引起到轉子上的轉矩。α/β定子坐標系到旋轉的d/q轉子坐標系的變換可通過在定子的相位U的繞組軸線和轉子磁場的縱軸線之間的轉角β k來產生。就此而言，總電動機電流I或者該總電動機電流的三個相電流1 、、和Iw可在定子固定的α/β坐標系中或在與轉動體一起旋轉的d/q坐標系中研究。關于交流同步電動機的線電流到α/β坐標系中的換算適用下面的關系式
權利要求
1.用于無旋轉編碼器地識別交流同步電動機(09)的磁力機械特性參數(79)、尤其是慣性矩J和在轉子(11)與定子(1 之間的永磁磁通ψΡΜ的方法，至少包括如下步驟-通過輸入直流電流Ild= Idc在所述轉子(11)的d磁通軸線方向上饋入恒定電壓Uld; -在所述轉子(1 的q橫向軸線方向上饋入測試信號電壓仏,，其中，所述d磁通軸線方向保持直流通電；-測量所述q橫向磁通軸線方向的測量信號電流Iltl ；-基于所述測試信號電壓Ultl和所述測量信號電流Iltl識別所述同步電動機(09)的磁力機械特性參數(79)；其中，到所述同步電動機(09)中的測試信號饋入以如下方式進行，即，所述轉子(11) 能由于所述測試信號饋入而實施帶有能預先限定的最大幅度的偏轉運動(75)。
2.根據權利要求1所述的方法， 其特征在于，在知道d/q轉子軸線方向相對α/β定子軸線方向的位置的情形下進行相應的Ula、 U10饋入，從而使得能在d磁通軸線方向上實現恒定的定子磁場且能在q橫向磁通軸線方向上執行測試信號饋入。
3.根據權利要求2所述的方法， 其特征在于，在所述定子(13)的α軸線方向上的恒定電壓饋入Ra通過輸入直流電流Ila =、引起所述轉子(11)的d磁通軸線關于所述定子(13)的α軸線的對齊；且-在β軸線方向上進行測試信號電壓饋入，其中，所述α軸線方向保持直流通電； 從而使得-能測量所述β軸線方向的測量信號電流測量I10。
4.根據前述權利要求中任一項所述的方法， 其特征在于，恒定電壓Uld相對測試信號電壓Ulq的比例能如此優化地選擇，以便于在一定高度上達到所述偏轉運動(7 的最大幅度，從而使得能調整的彈簧質量系統(77)的磁力機械特性參數(79)能以能預先確定的精度探明。
5.根據前述權利要求中任一項所述的方法， 其特征在于，為了識別所述磁力機械特性參數(79)而考慮或同樣識別所述同步電動機(09)的其它特性參數，尤其是等效電路圖特性參數1^1(03.05.1 以及機械的結構參數如極對數ρ和 /或電的測量參數如Ila、I10，尤其是Ila = Idco
6.根據前述權利要求中任一項所述的方法， 其特征在于，所述測試信號是偽噪聲二進制信號。
7.根據前述權利要求中任一項所述的方法， 其特征在于，所述磁力機械特性參數(79)的識別包括根據Welch方法進行時間離散信號的傅里葉變換。
8.根據前述權利要求中任一項所述的方法， 其特征在于，所述磁力機械特性參數(79)的識別包括尤其根據Levenberg-Marquardt算法的傳遞函數-參量確定。
9.根據前述權利要求中任一項所述的方法， 其特征在于，將已識別的磁力機械特性參數(79)使用在逆變器控制參量的調整和/或優化中，和/ 或使用于電動機監控。
10.用于無旋轉編碼器地識別交流同步電動機(09)的磁力機械特性參數(79)、尤其是轉子(11)的慣性矩J和在轉子(11)與定子(13)之間的永磁磁通ΨρΜ的識別裝置(39)， 所述識別裝置適用于執行根據前述權利要求中任一項所述的方法，所述識別裝置包括逆變器接口單元(39)，所述逆變器接口單元為了控制的通訊且為了轉子位置確定而能與逆變器控制裝置(37)連接， 其特征在于，所述識別裝置(39)此外包括用于產生d/q測試信號的測試信號發生裝置(51)、用于將所述d/q測試信號變換成U/V/W控制測試信號的U/V/W變換單元、用于將測得的U/V/ W測量信號電流變換成d/q測量信號電流的d/q變換單元和用于識別所述磁力機械特性參數(79)的參量識別單元(67)。
11.根據權利要求10所述的裝置， 其特征在于，所述參量識別單元(67)包括傅里葉變換器件GO和參量確定器件(47)，所述傅里葉變換器件尤其是用于將非連續的d/q信號值根據Welch方法進行傅里葉變換的FFT/DFT器件，所述參量確定器件尤其是Levenberg-Marquardt傳遞函數-參量確定器件。
12.根據權利要求10或11中任一項所述的裝置， 其特征在于，此外包括監控和優化單元(49)，所述監控和優化單元安置為基于已識別的磁力機械特性參數(79)來確定、優化和/或監控逆變器控制裝置(37)的控制參量。
13.用于無旋轉編碼器地控制交流同步電動機(09)的電動機控制設備(35)， 其特征在于，包括用于無旋轉編碼器地識別交流同步電動機(09)的磁力機械特性參數(79)的根據前述權利要求7至9中任一項所述的識別裝置(39)，其中，已識別的特性參數(79)能用于確定、優化和監控所述電動機(09)和/或電動機控制。
14.根據權利要求13所述的設備， 其特征在于，所述設備以如下方式安置，即，至少能在最初調試時、優選能多次在運行壽命期間進行所述磁力機械特性參數(79)的自動化的識別，其中，在所述磁力機械特性參數(79)與事先確定的、存儲的和/或關于模型的特性參數(79)有能預調設的偏差時，能觸發故障信號發送。
15.根據前述方法權利要求中任一項所述的方法的用于確定、優化和監控用于控制電氣驅動的電動機調節器參量的應用，尤其是用于調整電動機控制設備(3 的調節參量的應用。
全文摘要
識別交流同步電動機磁力機械特性參數的設備和方法。該方法用于無旋轉編碼器地識別所述特性參數，尤其是慣性矩J和在轉子與定子間的永磁磁通ΨPM，其至少包括如下步驟-在d磁通軸線方向上饋入恒定電壓U1d；-在q橫向磁通軸線方向上饋入測試信號電壓U1q；-測量q橫向磁通軸線方向的測量信號電流I1q；-基于測試信號電壓U1q與測量信號電流I1q識別同步電動機磁力機械特性參數；其中，轉子能實施帶有可預先限定的最大幅度的偏轉運動。所述設備涉及用于確定同步電動機磁力機械特性參數的識別裝置以及包括識別裝置的電動機控制設備，其中，已識別的特性參數可用于確定、優化和監控電動機控制。最后，提出將該識別方法用于控制電氣驅動。
文檔編號H02P6/06GK102375119SQ20111025134
公開日2012年3月14日 申請日期2011年8月16日 優先權日2010年8月16日
發明者塞巴斯蒂安·維爾沃克, 海科·扎托奇爾 申請人:包米勒公司