用于控制电驱动器的方法以及电驱动器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了用于控制电驱动器的方法以及电驱动器。该电驱动器包括逆变器(10)、电动机(20)和控制装置(60)，其中，控制装置(60)在电驱动器的第一工作状态下被配置成：控制电驱动器在恒定的工作点运行，确定使所确定的电驱动器的输入电力最低的逆变器(10)的输出电压的值或逆变器(10)的磁通参考的值和逆变器(10)的开关频率的值，并且存储所确定的值，并且其中，控制装置(60)在电驱动器的第二工作状态下被配置成：每当控制电驱动器在与逆变器(10)的输出电压的值或逆变器(10)的磁通参考的值和逆变器(10)的开关频率的值一起存储的工作点运行时，控制电驱动器使用所存储的值。
【专利说明】用于控制电驱动器的方法以及电驱动器
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于控制电驱动器(electric drive)的方法以及电驱动器。
【背景技术】
[0002]逆变器(inverter)是使得能够生成具有可变频率的电压的电气设备。逆变器的一个例子是借助于IGB晶体管(IGBT，绝缘栅双极型晶体管)或其它电力半导体实施的转换器桥。逆变器可以与电动机相结合使用，以便以可变频率驱动它们。例如，逆变器也可以是用于驱动电动机或另一负载的频率转换器的一部分。频率转换器通常由两个转换器即整流器和逆变器构成，在整流器与逆变器之间存在直流电压或直流电流中间电路。整流器和逆变器也可以彼此物理上分开地定位，并且一个整流器可以经由公共的中间电路向多个逆变器馈电，或者可替选地，多个整流器可以向一个逆变器馈电。整流器的例子是二极管桥或晶闸管桥。
[0003]图1示出了包括频率转换器40和电动机20比如异步电动机或同步电动机的电驱动器的例子。示例性频率转换器40由两个转换器即整流器30和逆变器10构成，在整流器30与逆变器10之间提供了直流电压中间电路50。整流器30从交流(AC)源获得其供电，交流(AC)源是例如50Hz或60Hz交流网络。如图1的例子中所示，例如，从逆变器10的输出向电动机20的供电可以是三相交流连接。
[0004]电驱动器的效率取决于多个变量，比如，逆变器的输出电压或电动机的磁通和逆变器的开关频率。此外，电驱动器运行于的工作点也对这些变量的最佳值有影响。结果，电驱动器的逆变器的工作参数应当适应于电驱动器的电动机的特性，使得电驱动器能够尽可能高效地工作。这可通过使用已知的电动机参数进行数值计算来完成。
[0005]与上述解决方案相关的问题在于，电动机参数可能并非总是被足够精确地知道以便确定用于电驱动器的最佳工作参数。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种方法和一种用于实施该方法的设备以便解决或至少减轻上述问题。本发明的目的通过根据本发明的实施例的方法和电驱动器来实现。还提供了根据本发明的优选实施例的方法和电驱动器。
[0007]本发明基于如下思想:在恒定的工作点运行电驱动器，并且确定使所确定的电驱动器的输入电力最低的逆变器的输出电压的值或逆变器的磁通参考的值和逆变器的开关频率的值。本发明还基于如下思想:每当在同一工作点再次运行电驱动器时，使用所确定的逆变器的输出电压或磁通参考和逆变器的开关频率的值。
[0008]本发明的解决方案提供了如下优点:甚至不知道电动机参数也能以简单的方式获得用于电驱动器的逆变器的最佳工作参数。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]现在将结合优选实施例并且参考附图来更详细地说明本发明，其中，
[0010]图1示出了根据实施例的电驱动器的图；以及
[0011]图2示出了根据实施例的电驱动器的图。
【具体实施方式】
[0012]本发明的应用不限于任何特定系统，而是可以应用于各种电系统。另外，本发明的使用不限于利用了特定基本频率的任何系统或者任何特定电压电平。
[0013]图2示出了根据实施例的电驱动器的例子。应当注意，该图仅呈现了理解本发明所必需的元件。示例性电驱动器包括频率转换器40和诸如异步电动机或同步电动机的电动机20。例如，电驱动器也可由逆变器和电动机构成。示例性频率转换器40由两个转换器即整流器30和逆变器10构成，在整流器30与逆变器10之间提供了直流电压中间电路50。整流器30从交流(AC)源获得其供电，该交流源是例如50Hz或60Hz交流网络。如图2的例子中所示，例如，从逆变器10的输出向电动机20的供电可以是三相交流连接。示例性频率转换器40还包括控制频率转换器的工作的控制装置60。例如，控制装置60可以控制逆变器10的工作。例如，控制装置60可以根据所使用的调制方案执行对逆变器10的正常调制控制。控制装置60可以执行对关于各种电动机量的输入信号的测量或接收所述输入信号，以便执行对频率转换器40的控制。这样的量可以包括例如电动机电流和电动机轴速度。为清楚起见，在该图中没有示出用于这样的量的可能的测量装置。例如，逆变器10可以在标量控制模式下、在矢量控制模式下或者在直接扭矩控制模式下工作。
[0014]根据实施例，在电驱动器的第一工作状态期间执行下面的(a)至e):
[0015]a)在恒定的工作点运行电驱动器。这可以由控制装置60执行。根据实施例，在恒定的工作点，电动机20的负载扭矩、电动机20的轴速度和电动机20的温度是恒定的。
[0016]b)确定电驱动器的输入电力。控制装置60可以测量电驱动器的输入电力，或者可以使用单独的测量装置70。如图2中所示，可选的测量装置70测量电驱动器的输入电压Uin和输入电流Iin并且计算电驱动器的输入电力PIN。然后，可以将计算出的电驱动器的输入电力Pin从测量装置70提供给控制装置60。例如，电驱动器的输入电力的确定可以是基本上持续的或者可以仅当需要知道电驱动器的输入电力时发生。例如，可能的单独的测量装置70可以仅当要执行输入电力测量时连接到电驱动器，或者可能的单独的测量装置70可以持续地连接到电驱动器。
[0017]c)改变逆变器10的输出电压的值或逆变器10的磁通参考的值，并且确定使所确定的电驱动器的输入电力最低的逆变器的输出电压的值或逆变器的磁通参考的值。例如，逆变器的输出电压的值或逆变器的磁通参考的值是否被改变和确定可以取决于逆变器在哪种控制模式下工作。这可以由控制装置60执行，并且可以被执行成使得逆变器的输出电压的值或逆变器的磁通参考的值被设置成两个或更多个不同的值，然后选择使所确定的电驱动器的输入电力最低的所设置的逆变器的输出电压的值或所设置的逆变器的磁通参考的值作为所确定的值。测试越多不同的逆变器的输出电压的值或逆变器的磁通参考的值，就能够越精确地确定使所确定的电驱动器的输入电力最低的逆变器的输出电压的值或逆变器的磁通参考的值。可替选地，可以逐渐地改变逆变器的输出电压的值或逆变器的磁通参考的值，并且基于所确定的电驱动器的输入电力的导数来确定使所确定的电驱动器的输入电力最低的逆变器的输出电压的值或逆变器的磁通参考的值。换言之，当所确定的电驱动器的输入电力的导数达到零或过零时，指示达到最小输入电力点，由此，可以选择对应的逆变器的输出电压的值或逆变器的磁通参考的值作为所确定的值。
[0018]d)改变逆变器10的开关频率的值，并且确定使所确定的电驱动器的输入电力最低的逆变器的开关频率的值。这可以由控制装置60执行，并且可以被执行成使得逆变器的开关频率的值被设置成两个或更多个不同的值，然后选择使所确定的电驱动器的输入电力最低的所设置的逆变器的开关频率的值作为所确定的值。测试越多不同的逆变器的开关频率的值，就能够越精确地确定使所确定的电驱动器的输入电力最低的逆变器的开关频率的值。可替选地，可以逐渐地改变逆变器的开关频率的值，并且基于所确定的电驱动器的输入电力的导数来确定使所确定的电驱动器的输入电力最低的逆变器的开关频率的值。换言之，当所确定的电驱动器的输入电力的导数达到零或过零时，指示达到最小输入电力点，由此，可以选择对应的逆变器的开关频率的值作为所确定的值。
[0019]e)将工作点与所确定的逆变器的输出电压的值或所确定的逆变器的磁通参考的值和所确定的逆变器的开关频率的值一起存储。这可以由控制装置60执行。该信息可以以表格格式比如查找表来存储，使得以后能够容易地检索并使用该信息。
[0020]根据实施例，能够针对两个或更多个不同的工作点重复上面的阶段a)至e)。例如，能够在所有的典型或预期工作点运行电驱动器，并且能够确定使所确定的电驱动器的输入电力最低的对应的逆变器的输出电压的值或逆变器的磁通参考的值和逆变器的开关频率的值。如果对于所讨论的电驱动器而言这样的典型或预期工作点不是已知的，则能够针对根据其它准则选择的多个工作点来重复上面的阶段a)至e)。例如，可以考察覆盖了电驱动器的可能工作范围的足够数目的均匀间隔开的工作点。
[0021 ] 根据实施例，在电驱动器的第二工作状态期间，每当在与逆变器的输出电压的值或逆变器的磁通参考的值和逆变器的开关频率的值一起存储的工作点运行电驱动器时，使用所存储的逆变器的输出电压的值或所存储的逆变器的磁通参考的值和所存储的逆变器的开关频率的值。这可以由控制装置60执行。换言之，当电驱动器以后在已在电驱动器的第一工作状态期间被考察的工作点运行并且对于该工作点已确定并存储使所确定的电驱动器的输入电力最低的对应的逆变器的输出电压的值或逆变器的磁通参考的值和逆变器的开关频率的值时，控制装置60可以使用用于控制逆变器10的所存储的值。因此，控制装置60可以控制逆变器的输出电压以匹配所存储的逆变器的输出电压的值，或者控制逆变器的磁通参考以匹配所存储的逆变器的磁通参考的值，以及控制逆变器的开关频率以匹配所存储的逆变器的开关频率的值。
[0022]每当必要或期望时，电驱动器能够在第一工作状态与第二工作状态之间切换。例如，当运行电驱动器时，电驱动器能够首先处于第一工作状态，在第一工作状态期间一个多更多个工作点被考察，然后切换到第二工作状态，在第二工作状态期间所存储的信息可以被利用。在工作在第二工作状态之后，电驱动器能够再次切换回第一工作状态，在第一工作状态期间一个或更多个其它工作点被考察。还可以重新考察一个或更多个工作点并且重新确定使所确定的电驱动器的输入电力最低的逆变器的输出电压的值或逆变器的磁通参考的值和逆变器的开关频率的值。此后，电驱动器能够再次切换回第二工作状态，以此类推。还可以每当电驱动器在这样的工作点运行时将电驱动器切换到第一工作状态:对于该工作点，不存在所存储的逆变器的输出电压的值或逆变器的磁通参考的值和逆变器的开关频率的值。以此方式，电驱动器甚至在驱动器的正常工作期间也能够获悉最佳工作参数。
[0023]例如，能够由或借助控制装置60执行根据上述各种实施例的电驱动器的控制，控制装置60也能够执行逆变器的开关的正常调制控制。还可以使用额外的或单独的逻辑或物理单元(未示出)来执行本发明的控制功能。例如，本发明的功能能够例如使用单独的装置来实施，其能够独立于开关的正常调制控制。
[0024]根据上面的实施例中的任意一个或其组合的控制电驱动器的控制装置60能够实施为一个单元或者实施为被配置成实施不同实施例的功能的两个或更多个独立的单元。这里，术语“单元”通常指物理或逻辑实体，如物理器件或其部件或软件程序。例如，根据实施例中的任意一个实施例的控制装置60可至少部分地借助于设有合适软件的一个或多个计算机或对应的数字信号处理器(DSP)配件来实施。这样的计算机或数字信号处理配件优选地包括为数学运算提供存储区域的至少一个工作存储器(RAM)和中央处理器(CPU)如通用数字信号处理器。CPU可包括一组寄存器、算术逻辑单元以及CPU控制单元。通过从RAM传输至CPU的一系列程序指令来控制CPU控制单元。CPU控制单元可包含用于基础操作的多个微指令。可根据CPU设计来变化微指令的实施。程序指令可通过编程语言或汇编程序来编码，编程语目可以是闻级语目，如C, Java等,或者低级编程语目，如机器语目。计算机还可以具有操作系统，操作系统可对写有程序指令的计算机处理提供系统服务。实施本发明的计算机或其它装置或其一部分还可以包括用于接收例如测量和/或控制数据的合适输入工具和用于输出例如控制数据的输出工具。还可以使用用于实施根据实施例中的任意一个的功能的逻辑电路，可编程逻辑器件(PLD)或分立电子部件和器件。例如，根据实施例中任意一个实施例的控制装置60可至少部分地借助于这样的逻辑电路或可编程逻辑器件来实施。
[0025]本发明可在现有系统元件中实施，或者通过使用分立的专用元件或器件以集中式或分布式方式来实施。例如，本逆变器或频率转换器可包括能够在根据本发明的实施例的功能中被利用的可编程逻辑器件或处理器和存储器。用于例如在现有的逆变器或频率转换器中实施本发明的实施例的所需的所有变形和配置可以作为软件程序来执行，这些软件程序可以作为附加的或更新的软件程序来实施。如果本发明的至少一部分功能通过软件来实施，则这样的软件能够作为包括计算机程序代码的计算机程序产品来提供，计算机程序代码在计算机上运行时使计算机或对应的装置执行根据上述发明的功能。这样的计算机程序代码可存储在或通常包含在计算机可读介质上，如合适的存储器，例如闪存或光存储器，可以从计算机可读介质将计算机程序代码加载至执行程序代码的一个单元或多个单元。另夕卜，例如，实施发明的这种算机程序代码可经由合适的数据网络加载至执行计算机程序代码的一个单元或多个单元，并且实施发明的这种计算机程序代码可代替或更新可能已存在的程序代码。
[0026]对于本领域的技术人员明显的是，随着技术的进步，本发明的基本思想可以以不同的方式实施。本发明及其实施例因此不限于上述例子，而是可以在权利要求的范围内变化。
【权利要求】
1.一种用于控制包括逆变器(10)和由所述逆变器(10)供电的电动机(20)的电驱动器的方法，其特征在于，所述方法在所述电驱动器的第一工作状态期间包括: a)在恒定的工作点运行所述电驱动器； b)确定所述电驱动器的输入电力； c)通过改变所述逆变器(10)的输出电压的值或所述逆变器(10)的磁通参考的值来确定使所确定的所述电驱动器的输入电力最低的所述逆变器(10)的输出电压的值或所述逆变器(10)的磁通参考的值； d)通过改变所述逆变器(10)的开关频率的值来确定使所确定的所述电驱动器的输入电力最低的所述逆变器(10)的开关频率的值； e)将所述工作点与所确定的所述逆变器(10)的输出电压的值或所确定的所述逆变器(10)的磁通参考的值和所确定的所述逆变器(10)的开关频率的值一起存储，并且其中，所述方法在所述电驱动器的第二工作状态期间包括: 每当在与所述逆变器(10)的输出电压的值或所述逆变器(10)的磁通参考的值和所述逆变器(10)的开关频率的值一起存储的所述工作点运行所述电驱动器时，使用所存储的所述逆变器(10)的输出电压的值或所存储的所述逆变器(10)的磁通参考的值和所存储的所述逆变器(10)的开关频率的值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，针对两个或更多个不同的工作点重复步骤a)至e)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在恒定的工作点，所述电动机(20)的负载扭矩、所述电动机(20)的轴速度和所述电动机(20)的温度是恒定的。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，步骤c)包括:将所述逆变器(10)的输出电压的值或所述逆变器(10)的磁通参考的值设置成至少两个不同的值，并且选择使所确定的所述电驱动器的输入电力最低的所设置的所述逆变器(10)的输出电压的值或所设置的所述逆变器(10)的磁通参考的值作为所确定的值；并且 步骤d)包括:将所述逆变器(10)的开关频率的值设置成至少两个不同的值，并且选择使所确定的所述电驱动器的输入电力最低的所设置的所述逆变器(10)的开关频率的值作为所确定的值。
5.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，步骤c)包括:逐渐地改变所述逆变器(10)的输出电压的值或所述逆变器(10)的磁通参考的值，并且基于所确定的所述电驱动器的输入电力的导数来确定使所确定的所述电驱动器的输入电力最低的所述逆变器(10)的输出电压的值或所述逆变器(10)的磁通参考的值；并且 步骤d)包括:逐渐地改变所述逆变器(10)的开关频率的值，并且基于所确定的所述电驱动器的输入电力的导数来确定使所确定的所述电驱动器的输入电力最低的所述逆变器(10)的开关频率的值。
6.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述逆变器(10)在标量控制模式下、在矢量控制模式下或者在直接扭矩控制模式下工作。
7.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述电动机(20)是异步电动机或同步电动机。
8.—种电驱动器,包括: 逆变器(10)； 由所述逆变器(10)供电的电动机(20);以及 用于控制所述电驱动器的控制装置(60)，其特征在于，所述控制装置￠0)在所述电驱动器的第一工作状态下被配置成: 控制所述电驱动器在恒定的工作点运行； 通过改变所述逆变器(10)的输出电压的值或所述逆变器(10)的磁通参考的值来确定使所确定的所述电驱动器的输入电力最低的所述逆变器(10)的输出电压的值或所述逆变器(10)的磁通参考的值； 通过改变所述逆变器(10)的开关频率的值来确定使所确定的所述电驱动器的输入电力最低的所述逆变器(10)的开关频率的值；并且 将所述工作点与所确定的所述逆变器(10)的输出电压的值或所确定的所述逆变器(10)的磁通参考的值和所确定的所述逆变器(10)的开关频率的值一起存储，并且其中， 所述控制装置￠0)在所述电驱动器的第二工作状态下被配置成:每当控制所述电驱动器在与所述逆变器(10)的输出电压的值或所述逆变器(10)的磁通参考的值和所述逆变器(10)的开关频率的值一起存储的所述工作点运行时，控制所述电驱动器使用所存储的所述逆变器(10)的输出电压的值或所存储的所述逆变器(10)的磁通参考的值和所存储的所述逆变器(10)的开关频率的值。
9.根据权利要求8所述的电驱动器，其特征在于，所述控制装置￠0)在所述电驱动器的第一工作状态下被配置成: 控制所述电驱动器在两个或更多个不同的恒定的工作点运行； 针对所述两个或更多个工作点中的每一个执行对使所确定的所述电驱动器的输入电力最低的所述逆变器(10)的输出电压的值或所述逆变器(10)的磁通参考的值和所述逆变器(10)的开关频率的值的确定；并且 将所述两个或更多个工作点中的每一个与对应的所确定的所述逆变器(10)的输出电压的值或所述逆变器(10)的磁通参考的值和所述逆变器(10)的开关频率的值一起存储。
10.根据权利要求8所述的电驱动器，其特征在于，在恒定的工作点，所述电动机(20)的负载扭矩、所述电动机(20)的轴速度和所述电动机(20)的温度是恒定的。
11.根据权利要求8、9或10所述的电驱动器，其特征在于，所述控制装置￠0)被配置成:通过将所述逆变器(10)的输出电压的值或所述逆变器(10)的磁通参考的值设置成至少两个不同的值、并且通过选择使所确定的所述电驱动器的输入电力最低的所设置的所述逆变器(10)的输出电压的值或所设置的所述逆变器(10)的磁通参考的值作为所确定的值，来确定所述逆变器(10)的输出电压的值或所述逆变器(10)的磁通参考的值；并且 所述控制装置￠0)被配置成:通过将所述逆变器(10)的开关频率的值设置成至少两个不同的值、并且通过选择使所确定的所述电驱动器的输入电力最低的所设置的所述逆变器(10)的开关频率的值作为所确定的值，来确定所述逆变器(10)的开关频率的值。
12.根据权利要求8、9或10所述的电驱动器，其特征在于，所述控制装置￠0)被配置成:通过逐渐地改变所述逆变器(10)的输出电压的值或所述逆变器(10)的磁通参考的值、并且通过基于所确定的所述电驱动器的输入电力的导数来确定使所确定的所述电驱动器的输入电力最低的所述逆变器(10)的输出电压的值或所述逆变器(10)的磁通参考的值，来确定所述逆变器(10)的输出电压的值或所述逆变器(10)的磁通参考的值；并且 所述控制装置￠0)被配置成:通过逐渐地改变所述逆变器(10)的开关频率的值、并且通过基于所确定的所述电驱动器的输入电力的导数来确定使所确定的所述电驱动器的输入电力最低的所述逆变器(10)的开关频率的值，来确定所述逆变器(10)的开关频率的值。
13.根据权利要求8、9或10所述的电驱动器，其特征在于，所述逆变器(10)在标量控制模式下、在矢量控制模式下或者在直接扭矩控制模式下工作。
14.根据权利要求8、9或10所述的电驱动器，其特征在于，所述电动机(20)是异步电动机或同步电动机。
【文档编号】H02P27/06GK104253571SQ201410295609
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年6月26日 优先权日:2013年6月27日
【发明者】米科·韦尔塔宁, 马尔库·吕于宁, 尤哈·苏万托, 尤哈·绍科 申请人:Abb公司