变频器供电的电机的振荡分析和噪声分析的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于测定电机的电传递函数和至少一个机械传递函数的测定方 法，该电机经由变频器接通在供电网络上，
[0002] -其中，电传递函数表明，在以确定的频率的电压进行激励时，在哪些范围内在电 机中激励相同频率的电流，
[0003] -其中，至少一个机械传递函数表明，在以具有确定的频率的电机的气隙中的径向 力进行激励时，在哪些范围内在电机中激励相同频率的机械振荡。
[0004] 在本发明的范畴内，不仅将电机的元件（例如壳体或板叠）的振荡视为机械振荡， 而且也将电机周围的空气的声学振荡视为机械振荡。为了从语言上进行区分，在后面将机 械振荡这一概念始终用作上位概念，其不仅包括电机的元件的振荡、而且也包括声学振荡。 如果仅仅指的是电机的元件的振荡，在后面则使用振动这一概念。声学振荡仍旧表示为声 学振荡。相应的传递函数也以类似的方式表示为机械的、振荡的或声学的传递函数。
[0005] 此外，本发明涉及一种用于电机的变频器，经由该变频器将电机接通在供电网络 上，其中，该变频器具有控制装置。
[0006] 此外，本发明涉及一种用于这种变频器的可软件编程的控制装置的控制程序，其 中，该控制程序包括机器代码，该机器代码能够由控制装置直接实施，并且其实施通过控制 装置确定变频器的工作方式。
【背景技术】
[0007] 上述对象是普遍已知的。
[0008] 当在变频器上的电机工作时，除了电机的不可避免的工作噪音外，还会产生由电 流的谐波造成的附加噪音。电流的谐波在电机的气隙中引起径向力波、即力波，其中，相应 的力在电机的径向方向上起作用。径向力波是附加噪音的真正原因。附加噪音在很大程度 上取决于例如脉冲频率那样的变频器的调制特性。附加噪音的产生独立于电机是否作为发 动机或作为发电机工作。
[0009] 产生附加噪音的原因主要在于，通过变频器所跳动的电压在电机的线圈中引起了 电流，该电流具有高比重的谐波振荡。由此在电机的气隙中形成较高频率的磁场，该磁场导 致了磁致噪音。此外，较高频率的磁场导致了电机的板叠在径向的方向上的变形，并且由 此使其处于振荡状态。该振荡是附加的噪音发射的原因。通常，附加噪音在极大程度上在 IKHz到5KHz之间的频率范围内出现。特别地，人耳对该频率范围特别敏感。
[0010] 为了从理论上、以模型为支撑地分析相应的噪音并且随后实现噪音的最小化，不 仅激励的特性（即电流的谐波和由此产生的径向力）应当是已知的，而且电机的机械传递 函数也应当是已知的。因此，需要相应的测定方法。
[0011] 虽然能够相对容易地确定电传递函数，因为为此仅必须测量在电机上供应的电压 和在电机中通过所供应的电压而产生的电流。然而困难的是，通过测量来确定在电机的气 隙中的通过电流引起的径向力，因为为此必须测量气隙中的磁感应波。因此在现有技术中， 通常通过解析方程或者通过根据有限元法（Finite-Element-Methode)的计算来测定磁感 应波。例如当通过径向力波进行已知的激励时，电机的声学传递函数能够在考虑到麦克风 到电机的距离和其他环境条件的情况下通过测量声压等级来计算，或者更好的是通过直接 测量声功率-如有可能，与测量声压等级相结合地-来计算。振荡传递函数通常通过所谓 的模态分析进行测量。为实现该目的，借助于所谓的模态锤（Modalhammer)激励电机的壳 体使其振荡。在现有技术中，借助于振荡传感器测量所激励的振荡。
[0012] 从 T. Eilinger 的博 士论文''Larmerzeugung in wechselrichtergespeisten Asynchronmaschinen und Larmbeeinflussung durch optimierte Pulsmuster(交流 供电的异步机器中噪声产生和通过优化的脉冲模式的噪声影响）"，Eidgendssische Technische Hochschule Zurich (苏黎世联邦理工学院），1997,中已知了一种用于测量机 械的和声学的传递函数的方法。在该方法中，借助于三相信号源和在正弦供电电机的端子 箱上的功率放大器，对于实际供电来说，以IkHz的频率间隔叠加谐波振荡。谐波振荡具有 与实际供电相同的旋转方向。每个谐波振荡与基波振荡的相互作用都引发了气隙中的两个 径向力波、即二个频率之和的径向力波与二个频率之差的径向力波各一个。频率为差频的 径向力波是脉冲力波。频率为和频的径向力波是旋转力波，其具有等于基波振荡的双倍极 对数的序数。在所述博士论文中提出的是，使谐波的频率分别改变50Hz，并且随后测量声压 等级，以便将用于脉冲分量和旋转分量的传递函数确定为频率的函数。
[0013] 在该博士论文中提出的方法要求了一种附加的、具有功率放大器、电容器、电感器 等、用于叠加在正弦工作时不存在的谐波振荡的装置。此外，在该博士论文中提出的这一方 法在绝大多数情况下只能在纯测试环境下实现，因为在实际应用中，电机不是正弦供电的， 而是变频器供电的。然而，变频器供电本身已经具有较高频率的、能够与激励叠加的分量。 由此，该博士论文的方法难以在实践中应用，特别是无法立刻在已安装完成的、具有变频器 和电机的系统中应用。此外，在该博士论文中提出的方法成本过高。
【发明内容】
[0014] 本发明的目的在于，提出可能性，即在变频器供电的电机中也能够以简单并且可 靠的方式测定电的和机械的传递函数。
[0015] 该目的通过具有权利要求1所述的特征的测定方法来实现。根据本发明的测定方 法的有利的设计方案是从属权利要求2至7的内容。
[0016] 根据本发明，在测定传递函数的范畴内将变频器本身用于激励电机。相应的、根据 本发明的特征在于，
[0017] -通过变频器的相应驱控实施电机的从初始转速到最终转速的启动，
[0018] -在电机启动时，对电机施加相应的电压变化曲线，
[0019] -测定相应的电压变化曲线，以使得所属的电压频谱除了在基频中的基波振荡外 还包含基频的预定的谐波振荡的预定的分量，
[0020] -借助于相应的传感器检测至少一个产生的对应一致的相应的电流变化曲线和产 生的对应一致的机械振荡变化曲线，
[0021] -根据相应的电流变化曲线测定对应一致的相应的电流频谱，并且根据相应的电 流频谱和相应的电压频谱测定基频的预定的谐波振荡中的至少一个谐波振荡中的电传递 函数，
[0022]-根据相应的电流频谱测定电机的气隙中的对应一致的相应的径向力谱线，
[0023]-根据检测到的相应的机械振荡变化曲线测定对应一致的相应的振荡谱线，并且
[0024] -根据相应的径向力谱线和相应的振荡谱线为基频的至少一个谐波振荡测定电机 的至少一个机械传递函数。
[0025] 正如已经提到的那样，机械传递函数能够可替换地是振荡的或声学的传递函数。 然而当然也能够测定两个传递函数。
[0026] 通常将电机设计成是三相的。在这种情况下，受原理所限而无法出现其频率对应 于基频的可被3整除的整数倍数的谐波振荡。这一般在k相电机中适用于基频的可被k整 除的整数倍数。此外，这样的谐波振荡特别重要的是，其频率是基频的奇数倍。
[0027] 有利的是，对于电压的直接的依次的谐波振荡来说，适用关系式F2-Fl>2fl，其中， Fl和F2是两个谐波振荡的频率，并且Π 是基频。通过该处理方式实现的是，每个所激励的 径向力波都通过唯一的、在电压频谱内出现的频率来激励。
[0028] 优选地对于电压的谐波振荡来说，适用关系式F = nfl，其中，F是相应的谐波振荡 的频率，并且Π 是基频，其中，η是满足关系式n = 2km+l和n = 2km-l中的任一项的自然 数，其中，k是电机的相数，并且m是大于1的自然数，m特别优选地大于3、大于4并且特别 优选地大于6。m也能够具有更大的值，例如8、10或12。由此，实现了对单个所激励的振荡 的特别明确的区分。
[0029] 电机的气隙中的径向力谱线包括脉冲的和旋转的径向力波。优选地，为脉冲的径 向力波和为旋转的径向力波各自测定出自身的机械传递函数。
[0030] 根据个别情况，机械振荡变化曲线能够是电机的元件的振荡和/或声波辐射。
[0031] 能够实现的是，在测定电传递函数的范畴内应用以变频器的驱控为基础的电压频 谱。可替换地，能够实现的是，检测电压变化曲线，并且根据检测到的电压变化曲线测定电 压频谱。也就是说，在这种情况下应用实际的电压频谱，而不是理论上期望的电压频谱。
[0032] 能够实现的是，在测试环境中实施相应的测定方法。然而优选地，测定方法由变频 器的控制装置在变频器的测定模式下实施。由此也特别地能够立刻实施测定方法。例如， 当由变频器和电机构成的系统互相连接的时候，即当变频器和电机首次进行电路连接的时 候，或者当更换变频器或电机的时候，每次都能够重新实施该测定方法。
[0033] 能够从所测定的传递函数出发进行优化。优化的目的通常在于，使电机的元件的 振荡和/或在电机工作时产生的噪音最小化。但其他的优化也能考虑。能够实现的是，从 测定传递函数出发改变电机的机械特性。然而，用于优化经由变频器接通在供电网络上的 电机