专利名称：限制速度控制器输出的电流的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在三相异步电机的速度控制器中实现的限制电流的方法，该速度控制器根据U/F型控制规则运行。本发明还涉及可以实现这种方法的用来限制电流的系统。
常规的三相异步电机速度控制器特别包括电压倒相器，例如，PWM(脉宽调制)型，其与非控的整流器和电容滤波器相关。
背景技术：
公知的，与异步电机相关的速度控制器在电机超载时倾向于向电机提供更大的电流。但是，在这种情况下，控制器倒相器的有功部分(powercomponent)可能会过度疲劳，从而其寿命受到影响。因此，有必要限制提供给电机的电流，以避免损坏这些有功部分。据此，在常规的根据电压控制规则运行的速度控制器中，例如矢量型的，使用结合速度回路的速度调节器和结合电流回路的电流调节器。
现在，在根据纯U/F型的电压控制规则运行的速度控制器中，不容许有电流回路或者速度回路。这种速度控制器被公认是低效的，但却更健壮，特别可以用在诸如变压器或风扇等产品中。
专利申请EP1 229 637(对应专利US 6 680 599)公开了一种限制用于异步电机的速度控制器输出的电流的系统。该系统用于在根据任一电压控制规则运行的控制器过载时限制电流。参考附图2，这种现有技术的系统如下列方式运行微控制器电路Mc01定时接收电机M各相中传感器提供的电流信号。这些电流信号随后由电流限制电路处理，该电流限制电路执行电流限制函数LIC01。电流限制函数LIC01首先确定电机M相电流矢量的模ModI，即下述的电流矢量模。接着比较该模ModI和储存在控制器V01中的限制电流值Ilim并计算限制误差。基于该限制误差，限制函数LIC01在积分作用调节器PI的辅助下，计算出控制变量。限制函数LIC01接着将该控制变量乘以测到的相电流，通过这种方法来获得每相的修正相电压dV。接着将该修正电压dV从根据用于电机M运行的控制规则LC01计算的电压Vqref中减去，以获得修正后参考电压Vqrefc。这样，在速度控制器V01的输出，由限制函数LIC01修正的参考电压Vqrefc，通过导相器PWM应用到电机M。
如附图2所示，当速度控制器使用的电压控制规则LC01是U/F型时，也就是说，没有电流回路或速度回路，根据电机的电压控制规则得到的电压Vqref与定子频率Wstat按照预定常数k成比例，从而Vqref＝k*Wstat，并且定子频率Wstat等于在速度控制器输入定义的参考频率Wref。该常数k代表由流过定子的磁化电流产生的磁通。当实现如下所述的限制函数LIC01、以在根据U/F型电压控制规则运行的速度控制器过载时限制电流，其提供修正电压dV，从而等于跨定子端施加的电压、所计算的修正后参考电压Vqrefc等于k*Wstat-dV。这样，该修正后电压Vqrefc保证了精确限制提供给电机M的电流。
不过，在这种情况下，加在定子端的、等于Vqrefc的电压会降低，但定子频率Wstat保持相同。这样，电机可以提供的转矩降低了，该转矩基本上与U/F比成比例，即和Vqrefc/Wstat成比例。这样，限制电流时的电机转矩低于正常情况下的转矩。在如专利申请EP1 229 637所述的限制函数LIC01的辅助下执行的电流限制期间，根据U/F型电压控制规则运行的电机性能会下降，甚至电机可能停转。
发明内容
为此，本发明的目的是计划提出一种方法和系统，使在根据U/F型电压控制规则运行的速度控制器中、当过载的情况下限制电流的同时保持电机性能成为可能。
该目的通过以下实现一种用于限制例如用于三相异步电机的速度控制器输出的电流的方法，所述速度控制器包括其电子开关由微处理器电路指挥的PWM型倒相器、并且根据U/F型控制规则运行，根据该控制规则，加在定子端的电压和定子频率按照已确定常数(k)成比例，所述方法的特征在于其包括将测量到的电机相电流矢量的模和限制值(Ilim)相比较，得到限制误差，
如果相电流矢量的模大于限制值，则计算作为所述限制误差的函数的修正电压，计算修正电压和所述已确定常数的倒数的积，从定子频率中减去这样计算出的积，得到修正后定子频率，根据U/F型电压控制规则，计算修正后定子频率和所述已确定常数的积，得到应用到电机的控制电压。
根据本发明，直接对所得的定子频率进行修正，而不是如在现有技术中那样对根据控制规则计算的电压进行修正。这样，根据U/F型控制规则，将同时达到以下目标跨定子端的电压和定子频率成比例，定子频率的减少和电压的减少。因此，电流限制的同时保持了电机的转矩。
根据发明的一个特征，计算修正电压的步骤包括在比例积分作用调节器的帮助下计算控制变量，并将该控制变量乘以电机的相电流。
根据另一特征，当相电流矢量的模小于限制值时，将计算出的限制误差施加到其输出限幅为零的比例积分作用调节器。
本发明的目的还通过以下达到一种用于限制三相异步电机的速度控制器输出的电流的系统，所述速度控制器包括其电子开关由微处理器电路指挥的PWM型倒相器、并且根据纯U/F型控制规则运行，其中，加在电机定子端的电压和定子频率按照已确定常数成比例，并且施加到输入的钉子参考频率等于钉子频率，所述微控制器电路包含用于以下的部件基于对电机相电流的测量，计算这些相电流矢量的模；将所述模和限制值相比较，得到限制误差；以及计算作为该限制误差的函数的修正电压，所述系统的特征在于其还包含用于以下的部件当相电流矢量的模大于限制值时，通过将所述修正电压乘以所述已确定常数的倒数，计算定子频率的修正值；在U/F型电压控制规则中，对定子频率施加该修正值，获得修正后定子频率；以及计算修正后定子频率和所述已确定常数的积，得到应用到电机的控制电压。
根据本发明，在U/F型控制规则中，已确定常数代表了通过电机定子的磁化电流产生的磁通。该值事先通过计算电机额定电压和电机额定频率的商得到，并且储存在速度控制器中。
根据发明的一个特征，该电流限制系统包括比例积分作用调节器，其可以计算控制变量，并将该控制变变量乘以电机相电流以获得修正电压。
其他的特点和优点，将参考作为例子给出的、并且由附图表示的实施例，在下述的详细说明中的显现，其中附图1基于功能框图显示了纯U/F型控制规则的运行；附图2基于功能图显示了异步电机速度控制器的一部分，配置有根据现有技术的电流限制系统；附图3基于功能图显示了异步电机速度控制器的一部分，配置有根据本发明的电流限制系统。
具体实施例方式
在前面已经描述过附图2，其显示根据现有技术的电流限制系统的运行。
附图1基于功能框图显示了纯U/F型电压控制规则的运行原理，其可以用于控制异步电机的速度控制器。依据该控制规则，没有用电流回路。这样，根据该控制规则，加载在速度控制器输入的参考频率Wref总是等于定子频率Wstat，并且直接相应于参考电压Vqref，该参考电压Vqref通过倒相器施加到异步电机。该电压Vqref直接和定子频率成比例，从而Vqref＝k*Wstat。
这样，由附图1可以看出，与常规的速度控制器不同(其中在过载时可通过使用电流和速度回路来限制电流)，在U/F型电压控制规则中没有使用回路。
参照附图3，三相异步电机M的速度控制器V特别包括由脉宽调制控制的、惯用的电压倒相器(称之为PWM倒相器)。这种PWM倒相器根据电压控制规则提供给电机M一串宽度调制的、正或负的、固定幅度的脉冲。倒相器的电子开关由特别包括微处理器Mc的驱动电路指挥。
微处理器Mc周期性地接受电机各相传感器提供的电流信号I。这些电流被电流限制电路处理，该电路实现电流限制函数LIC(附图3)。
根据本发明，电流限制函数LIC通过计算每相电流平方和的平方根，首先确定电流矢量的模ModI。此后，如附图3所示，限制函数LIC比较电流矢量的模ModI和储存在速度控制器V中的限制值Ilim。该限制值Ilim对应于在过载时不应超过的电流值。该比较通过从电流矢量的模ModI和限制值Ilim的商中减去值1而执行。这样，如果电流矢量的模ModI小于Ilim，则计算返回负结果。该结果施加到比例积分作用调节器PI，其负输出被限幅为零。这样，如果电流矢量的模ModI小于限制值Ilim，则不会扰乱U/F型控制规则LC的实施。
如果电流矢量的模ModI大于Ilim，则计算返回正结果。在这种情况下，比例积分作用调节器PI计算控制变量。然后，限制函数LIC将该控制变量乘以相电流，以给提供每相的修正电压dV。
根据本发明，限制函数LIC接着将该修正电压dV乘以标记为k的常数的倒数。该常数k对应于通过电机定子的磁化电流产生的额定磁通。其等于电机额定电压和电机额定频率的商，并储存在速度控制器V中。
根据U/F型电压控制规则，加在控制器V输入的参考频率Wref等于定子的频率Wstat。接着，在电流限制函数LIC的辅助下计算的修正值dV/k直接施加到电压控制规则LC中的定子频率Wstat，以得到修正后定子频率Wstatc，等于Wstat-dV/k。根据U/F型电压控制规则，接着计算出电压Vqref。按照定义，该电压等于定子频率和常数k的积。这里，定子频率对应于电机定子的修正后频率Wstatc。因此，该电压Vqref等于k*Wstat，即，k*(Wstat-dV/k)。在速度控制器的输出，跨电机的定子端施加所计算的等于电压Vqref的电压。
这样，根据本发明，在U/F型控制规则中，通过直接向定子频率Wstat进行修正，同时实现了限制电流和保持电机M的转矩，这是因为电压Vqref总是等于k*Wstat-dV并且因为降低了定子频率。因此完全遵守了U/F控制规则。
应该理解在不偏离本发明范围内的情况下，可以实现多种其他的变形以及细节的改进甚至使用等效手段。
权利要求
1.一种用于限制电机(M)的速度控制器(V)输出的电流的方法，所述速度控制器(V)包括其电子开关由微处理器电路(Mc)指挥的PWM型倒相器、并且根据U/F型控制规则(LC)运行，根据该控制规则，加在定子端的电压(Vqref)和定子频率(Wstat)按照已确定常数(k)成比例，所述方法的特征在于其包括将测量到的电机(M)相电流矢量的模(ModI)和限制值(Ilim)相比较，得到限制误差，如果相电流矢量的模(ModI)大于限制值(Ilim)，则计算作为所述限制误差的函数的修正电压(dV)，计算修正电压(dV)和所述已确定常数(k)的倒数的积，从定子频率(Wstat)中减去这样计算出的积，得到修正后定子频率(Wstatc)，根据U/F型电压控制规则(LC)，计算修正后定子频率(Wstatc)和所述已确定常数(k)的积，得到应用到电机(M)的控制电压(Vqref)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于计算修正电压(dV)的步骤包括在比例积分作用调节器(PI)的帮助下计算控制变量，并将该控制变量乘以电机(M)的相电流。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于当相电流矢量的模(ModI)小于限制值(Ilim)时，将计算出的限制误差施加到其输出限幅为零的比例积分作用调节器(PI)。
4.一种用于限制三相异步电机(M)的速度控制器(V)输出的电流的系统，所述速度控制器(V)包括其电子开关由微处理器电路(Mc)指挥的PWM型倒相器、并且根据纯U/F型控制规则(LC)运行，其中，加在电机定子端的电压(Vqref)和定子频率(Wstat)按照已确定常数(k)成比例，所述系统特征在于其包括部件(LIC)，用于基于对电机(M)相电流的测量，将这些相电流矢量的模(ModI)和限制值(Ilim)相比较，得到限制误差，计算作为该限制误差的函数的修正电压(dV)，当相电流矢量的模(ModI)大于限制值(Ilim)时，通过将所述修正电压(dV)乘以所述已确定常数(k)的倒数，计算定子频率(Wstat)的修正值，在U/F型电压控制规则(LC)中，对定子频率(Wstat)施加该修正值，获得修正后定子频率(Wstatc)，计算修正后定子频率(Wstatc)和所述已确定常数(k)的积，得到应用到电机(M)的控制电压(Vqref)。
5.如权利要来4所述的系统，其特征在于该系统包括比例积分作用调节器(PI)，其可以计算控制变量，并将该控制变变量乘以电机相电流以获得修正电压(dV)。
全文摘要
本发明涉及一种用于限制三相异步电机(M)的速度控制器(V)输出的电流的方法，所述速度控制器根据纯U/F型控制规则(LC)运行。所述方法的特征在于其包括在限制函数的辅助下计算用于定子频率(Wstat)的修正值，然后向其施加该修正值，以在U/F型电压控制规则(LC)中，获得修正后定子频率(Wstatc)。根据U/F型电压控制规则，此后该方法包含基于该修正后定子频率(Wstatc)，得到应用于电机(M)的控制电压(Vqref)。本发明还涉及一种能够实施该方法的限制电流的系统。
文档编号H02P23/14GK1835381SQ20061005923
公开日2006年9月20日 申请日期2006年1月27日 优先权日2005年1月27日
发明者文·T·古延菲奥克, 法布里斯·杰多特 申请人:施耐德东芝换流器欧洲公司