异步电机的定子的磁场定向的在运行时固定需要的定子电压的模拟的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于异步电机的无旋转编码器的、磁场定向的调节的方法以及装 置或多个装置。
【背景技术】
[0002] 根据实践已知，异步电机能够借助于磁场定向地工作的调节系统或者控制系统来 调节或者控制。该调节系统通常基于获取异步电机的定子的定子电流、定子的定子电压以 及转子的转子位置和/或转子转数来工作。
[0003] 这同样是已知的，异步电机的无旋转编码器的调节能够借助于无旋转编码器的和 磁场定向的调节系统来实现，其能够无需直接获取转子位置或转子转数地工作。异步电机 的无旋转编码器的控制能够例如放弃昂贵的旋转编码器的设置，从而异步电机能够被成本 低廉地和紧凑地实现。
[0004] 专利文献DE196 46 457A1和DE42 09 305C2描述了用于异步电机的无旋转 编码器的、磁场定向的调节的方法。
[0005] 在专利文献DE42 09 305A1中，描述了一种用于通过在电瞬态振荡的状态中所 需的定子电压的动态的高质量的获取来磁场定向地调节异步电机的方法和装置。
[0006] 专利文献DE195 31 771A1描述了一种用于确定无编码器的、磁场定向地驱动的 旋转磁场电机的转数的方法和装置。
[0007] 专利文献DE102 19 826A1描述了一种用于永磁激励的异步电机的磁场定向的 调节的方法和装置。
【发明内容】
[0008] 根据本发明提出了一种于借助于模型、尤其是借助于电机模型来模拟异步电机的 定子的磁场定向的在运行时固定需要的定子电压的方法，其中所述异步电机被无旋转编码 器地、磁场定向地并且以分级的电压地驱动，所述方法包括：提供磁场定向的获取的定子电 压；提供磁场定向的获取的定子电流；以及根据所述磁场定向的获取的定子电压和所述磁 场定向的获取的定子电流来模拟所述磁场定向的在运行时固定需要的定子电压。
[0009] 通过根据本发明的方法，能够通过使用电地描述异步电机的电机模型来模拟或建 模异步电机的定子的磁场定向的在异步电机的运行时固定需要的定子电压。模拟的固定需 要的定子电压在此能够对应于待输送至定子的定子电压的空间矢量，其能够为在定子中瞬 时存在的定子电流的空间矢量的维持所需要。为了待实施的模拟，能够使用实际存在的磁 场定向的定子电压和磁场定向的定子电压，其例如能够为了该方法作为输入值被提供或者 能够借助于合适的传感器在根据本发明的方法的开始的方法步骤中获取或测量。
[0010] 由此，该方法能够尤其简单地实施，并且能够实现磁场定向的在运行时固定需要 的定子电压的精确的模拟或建模。
[0011] 尤其地，能够为期望定子电流的控制量生成器或干扰量接入而在异步电机的磁场 定向的定子电流的调节中的使用所确定的模拟的磁场定向的在运行时固定需要的定子电 压，以显著地优化异步电机的转子的转数和/或转矩的磁场定向的、无旋转编码器的调节 的效率和准确性。
[0012] 该方法能够进一步包括以标准常数在时间上积分所述磁场定向的获取的定子电 压，所述标准常数指示所述定子的定子电感L。；以及从已积分的磁场定向的定子电压中减 去所述磁场定向的获取的定子电流，以生成磁场定向的电流差，其中，根据所述磁场定向的 电流差来实施所述磁场定向的在运行时固定需要的定子电压的模拟。该方案能够实现磁场 定向的获取的定子电压和磁场定向的获取的定子电流的合适的结合。
[0013] 该方法能够进一步包括以可调节的放大参数来放大所述磁场定向的电流差；以及 在积分所述磁场定向的获取的定子电压之前，从所述磁场定向的获取的定子电压中减去放 大的所述磁场定向的电流差，以生成磁场定向的电压差。其中，对所述磁场定向的获取的定 子电压的积分包括对所述磁场定向的电压差的积分。由此，能够实现在模拟中所处理的磁 场定向的获取的定子电压和磁场定向的获取的定子电流至初始量的反馈，从而在模拟过程 中使用磁场定向的在运行时固定需要的定子电压的低通传输函数能够考虑基于在磁场定 向的坐标中的异步电机的等效电路。
[0014] 该方法能够进一步包括以可调节的、另外的标准常数在时间上积分所述磁场定向 的电流差；以及在积分所述磁场定向的获取的定子电压之前，从所述磁场定向的获取的定 子电压中减去磁场定向的积分的电流差，以生成磁场定向的电压差，其中，所述磁场定向的 获取的定子电压的积分包括所述磁场定向的电压差的积分。该方案同样能够实现以初始量 反馈处理在模拟中磁场定向的在运行时固定需要的定子电压的量，并且能够实现在磁场定 向的坐标系中的异步电机的相应的等效电路
[0015] 在其中模拟所述磁场定向的在运行时固定需要的定子电压的时间尺度能够被选 择为小于在其中通过使用模拟的磁场定向的在运行时固定需要的定子电压来调节所述定 子的磁场定向的定子电流的时间尺度。从而能够在磁场定向的固定所需的定子电压的快速 变化的情况下动态地以非常足够的精确度来实现模拟的在运行时固定需要的定子电压和 实际存在的磁场定向的固定需要的定子电压的一致。尤其地，时间尺度的合适的选择能够 借助于可调节的标准常数和可调节的放大参数的调节来实现。
[0016] 尤其地，能够在定子定向的坐标系中、在磁场定向的坐标系中和/或在模拟的磁 场定向的坐标系中示出在本发明中的所谓的量，例如定子电压、定子电流和固定需要的定 子电压、空间矢量。在此，根据本发明的方法能够通过使用这些量的值而被实施和/或考虑 这些量的依赖时间的变化，其中能够观察大量的相应的值。
[0017] 本发明还涉及一种用于借助于模型、尤其是借助于电机模型来模拟异步电机的定 子的磁场定向的在运行时固定需要的定子电压的模拟装置，其中所述异步电机被无旋转编 码器地、磁场定向地并且以分级的电压地驱动，所述模拟装置包括：用于提供磁场定向的获 取的定子电压的单元；用于提供磁场定向的获取的定子电流的单元；以及用于根据所述磁 场定向的获取的定子电压和所述磁场定向的获取的定子电流来模拟所述磁场定向的在运 行时固定需要的定子电压的模拟单元。该模拟装置能够被设置用于实施上面描述的方法并 且具有相应的单元。用于提供相应的量的单元能够尤其被构造为用于获取相应的量的传感 器或者用于接收相应的量的接口。该模拟单元能够为处理单元、尤其是处理器的部分和/ 或借助于积分、放大、加法和/或减法单元或环节来实现。
[0018] 本发明还涉及一种用于无旋转编码器地、磁场定向地调节借助于分级电压可驱动 的异步电机的转子的转数和/或转矩，其具有上面描述的模拟装置。
[0019] 本发明还涉及一种设备、尤其是驱动设备，具有异步电机、被设置用于向异步电机 输出分级电压的电压源、以及上面描述的调节系统。该电压源尤其能够被设置为，分级地或 者在分级中调节可输送至异步电机的输出电压和/或被构造为蓄电池直接逆变器。
[0020] 参考多个方法中的一个、多个装置中的一个、多个调节系统中的一个、多个设备中 的一个或者应用来描述的实施例也分别适用于其他的目的。
【附图说明】
[0021] 下面参考所附的附图根据优选的实施例示例性地阐述本发明。
[0022] 附图中：
[0023] 图1示出了一个包括借助于分级可调的和/或分级的电压驱动的异步电机和用于 该异步电机的转数的无旋转编码器的磁场定向的调节的调节系统的装置的示意性框图；
[0024] 图2示出了在图1中的根据第一实施例的具有用于根据实施例模拟磁场定向的、 固定需要的定子电压的模拟装置的调节系统的示意性框图；
[0025] 图3示出了图1中的在磁场定向的协同系统中的异步电机的等效电路图；
[0026] 图4示出了在图2中示出的用于调节磁场定向的定子电流的定子电流调节装置、 在图2中示出的模拟装置的模拟单元和在图2中示出的用于调节磁场定向的定子电流的定 子电流调节线路的示意性框图；
[0027] 图5示出图1中的根据第二实施例的调节系统的示意性框图；
[0028] 图6示出了图5中示出的用于模拟根据实施例的磁场定向的、在图1的异步电机 的定子中诱导的定子电压的第一模拟装置的示意性框图；
[0029] 图7示出了图5中的定子电流调节线路的示意性框图；
[0030] 图8示出了图1中的根据第三实施例的调节系统的示意性框图；
[0031] 图9示出了在定子定向的坐标系中的、在磁场定向的坐标系中的和在模拟的磁场 定向的坐标系的在图1中的异步电机的定子中诱导的定子电压的空间向量的示意性图示；
[0032] 图10示出了图8中示出的用于确定在模拟的磁场角度和磁场角度之间的角度差 的单元的示意性框图；
[0033] 图11示出了图8中示出的用于模拟磁场角度的模拟单元和在图9中示出的转数 调节线路的截面的示意性框图；
[0034] 图12示出了图1中的根据第四实施例的调节系统的示意性框图；
[0035] 图13示出了图1中的根据第五实施例的调节系统的示意性框图；
[0036] 图14示出了图13中的调节系统的磁场定向的磁化电流调节线路的示意性框图；
[0037] 图15示出了图1中的根据第六实施例的调节系统的示意性框图；
[0038] 图16示出了图15中的定子电流调节线路的示意性框图；
[0039] 图17示出了图15中的调节系统的定子电流调节线路的另一示意性框图；以及
[0040] 图18示出了图15中的调节系统的定子电流调节装置和定子电流调节线路的示意 性框图。
【具体实施方式】
[0041] 在图1中示出的设备10包括被构造为蓄电池直接逆变器的电压源12,通过其能够 驱动被构造为鼠笼式转子的异步电机14。设备10的调节系统16用于异步电机14的转子 的转数和/或转矩的无旋转编码器的、磁场定向的调节。该设备10是电力驱动的一部分， 其能够在例如在风力发电设备的固定的和/或静止的设备中或者在例如混合动力车辆或 者电动车辆的车辆中使用。该设备10也能够是交换驱动的一部分。
[0042] 电压源12通过三个电压分支17a、17b和17c构造，其通过异步电机14的各个正 极U、V和W能够传输分级可延展的、可调节的和/或分级的输出电压。每个电压分支17a、 17b和17c通过具有耦合装置的多个蓄电池模块来设置，为了概述其仅在电压分支17c中以 附图标记18a或18b来表不。电压分支17a、17b和17c的可选的分离装置20a和可选的充 电和分离装置20b分别与电压分支17a、17b和17c的蓄电池模块18a或18b親合。蓄电池 直接逆变器12的负极连接至星形接点，然而也能够彼此电分离。即使电压源12被构造为 可再充电的并且表示为蓄能池或蓄能池系统，电压源12也根据通常的语言习惯被称为蓄 电池或者蓄电池系统。
[0043] 下面根据第一实施例进一步描述并且通过附图标记1016来表示调节系统16。
[0044] 在图2中示出的调节系统1016具有第一和第二派克（PARK)变换单元1022、1024， 其用于通过使用磁场角度Φ来变换在借助于彼此正交的坐标轴1、2、3定义的定子定向的 坐标系和借助于彼此正交的坐标轴d、q定义的磁场定向的正交坐标系之间的矢量的值。该 调节系统1016还具有第一模拟装置1026,其借助于电机模型来模拟磁场定向的、基于转子 的转子磁通L的在异步电机14的定子中诱导的定子电压UiM，#，并且借助于该电机模 型来模拟模拟的磁场定向的在异步电机14的驱动中固定需要的定子电压Us,st,φ#。调节系 统1016的第二模拟装置1028被设置用于借助于该电机模型来模拟异步电机14的转子的 磁场定向的磁化电流i^#，并且该调节系统1016的第三模拟装置1030被设置用于借助于 电机模型来模拟异步电机14的转子的转数η#。第一、第二和第三