[发明专利]借助调节器级联对具有软起动器的永磁激励的三相电机进行转速调节的方法和三相电机

说明书

为了达到在IEC标准60034中定义的能效等级IE4，需要永磁激励的同步电机直接在网络上运行。因为这不容易实现，因此考虑软起动器作为具有成本效益的解决方案。本申请描述了一种借助调节器级联对永磁激励的三相电机(M)进行转速调节的方法，三相电机具有包括晶闸管的软起动器(SS)。在所述方法中，计算软起动器(SS)的晶闸管的所有可能的点火时间点，并且确定与每个点火时间点相关联的转矩，转矩由晶闸管的点火在相应的点火时间点产生。此外，根据预先给定的计算规则确定转矩通道(ΔM_Korridor)，实际转速(n_Ist)和额定转矩作为输入参量被馈送至计算规则。对转矩通道进行处理，以计算点火时间点。然后，确定所确定的转矩中的哪个位于转矩通道(ΔM_Korridor)中，并且确定相关联的晶闸管的点火时间点。随后，在相关联的点火时间点将晶闸管点火。

技术领域

三相电机将机械能转换为三相电流，或者将三相电流转换为机械能。三相电机原则上可以作为发电机或者作为电动机运行。将在接通电气设备、例如电机时用于限制功率的措施称为软启动。

背景技术

根据IEC标准60034，将三相电机根据其效率划分为不同的能效等级。尤其是在直至大约20kW的低功率范围内，难以遵守法律规定的电驱动装置的效率，因此越来越多地寻求在转子中使用永磁体，例如作为永磁激励的同步电机(PMSM)。

图1示出了在实施中作为具有定子St和转子L的极式电机(Innenpol-maschine)的这种永磁激励的同步电机M的示意图。转子包括磁北极N和磁南极S。定子St包括绕组相U、V、W。该图示应当理解为仅仅是示例性的，并且对请求保护的主题的保护范围没有任何限制作用。

这种电机类型虽然使得能够实现高的能效等级，但是在刚性网络上不易起动以及运行。

为了能够实现这一点，可以在电机的转子中设置鼠笼()，其虽然使得能够在刚性网络上安全地启动，但是由于启动电流非常大，对供电网施加非常大的负荷。

同样可以借助适当的功率电子控制元件、例如变频器或者软起动器来运行。在此，特别是使用软起动器(也称为软启动装置)是一种用于在刚性网络上启动永磁激励的同步电机的成本友好的解决方案。在接通时，这种软起动器(例如借助相位截止(Phasenanschnitt))使电压降低，并且使电压缓慢地增大，直到达到完全的网络电压。然而，这种软启动经常仅在没有负载的状态下或者在负载很小的情况下是可能的。然而，目前对此仍然没有市场成熟的解决方案已知。

在Marcel Benecke博士(Magdeburg(马格德堡大学))的题目为“Anlauf von energieeffizienten Synchronmaschinen mit Drehstromsteller(具有三相控制器的节能型同步电机的启动)”的博士论文中，提出了一种借助软起动器来启动永磁激励的同步电机的解决方案。然而，在这篇论文中提出的方法需要电机当前的转子角度(Polradwinkel)，从而必须为这篇论文使用的电机装备相应的编码器系统。编码器(Geber)应当理解为转速和位置编码器。编码器检测机械参量、即转速和位置。需要编码器的信号来向调节器提供实际值，并且使存在的位置和转速调节回路闭合。对于三相驱动装置中的矢量调节方法来说，位置和转速信号也用作电流调节回路的重要的输入参量。在这种情况下，编码器直接在电机轴上检测转速和/或位置。

编码器系统对系统的成本和可用性产生负面影响，这目前使软起动器解决方案对于高效电机来说没有吸引力。由于这些原因，寻求一种用于在没有编码器的情况下进行启动的方法。

在具有软起动器的永磁激励的同步电机运行时，为了实现不同的使用，期望迄今无法实现的转速调节。

所需要的方法与在现有技术中已知的没有编码器的方法的不同之处在于，其必须能够用于晶闸管控制器，而不是变频器。因此，不能使用这些已知的方法。

发明内容