專利名稱：限制速度控制器輸出的電流的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在三相異步電機(jī)的速度控制器中實現(xiàn)的限制電流的方法，該速度控制器根據(jù)U/F型控制規(guī)則運行。本發(fā)明還涉及可以實現(xiàn)這種方法的用來限制電流的系統(tǒng)。
常規(guī)的三相異步電機(jī)速度控制器特別包括電壓倒相器，例如，PWM(脈寬調(diào)制)型，其與非控的整流器和電容濾波器相關(guān)。
背景技術(shù)：
公知的，與異步電機(jī)相關(guān)的速度控制器在電機(jī)超載時傾向于向電機(jī)提供更大的電流。但是，在這種情況下，控制器倒相器的有功部分(powercomponent)可能會過度疲勞，從而其壽命受到影響。因此，有必要限制提供給電機(jī)的電流，以避免損壞這些有功部分。據(jù)此，在常規(guī)的根據(jù)電壓控制規(guī)則運行的速度控制器中，例如矢量型的，使用結(jié)合速度回路的速度調(diào)節(jié)器和結(jié)合電流回路的電流調(diào)節(jié)器。
現(xiàn)在，在根據(jù)純U/F型的電壓控制規(guī)則運行的速度控制器中，不容許有電流回路或者速度回路。這種速度控制器被公認(rèn)是低效的，但卻更健壯，特別可以用在諸如變壓器或風(fēng)扇等產(chǎn)品中。
專利申請EP1 229 637(對應(yīng)專利US 6 680 599)公開了一種限制用于異步電機(jī)的速度控制器輸出的電流的系統(tǒng)。該系統(tǒng)用于在根據(jù)任一電壓控制規(guī)則運行的控制器過載時限制電流。參考附圖2，這種現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)如下列方式運行微控制器電路Mc01定時接收電機(jī)M各相中傳感器提供的電流信號。這些電流信號隨后由電流限制電路處理，該電流限制電路執(zhí)行電流限制函數(shù)LIC01。電流限制函數(shù)LIC01首先確定電機(jī)M相電流矢量的模ModI，即下述的電流矢量模。接著比較該模ModI和儲存在控制器V01中的限制電流值Ilim并計算限制誤差?；谠撓拗普`差，限制函數(shù)LIC01在積分作用調(diào)節(jié)器PI的輔助下，計算出控制變量。限制函數(shù)LIC01接著將該控制變量乘以測到的相電流，通過這種方法來獲得每相的修正相電壓dV。接著將該修正電壓dV從根據(jù)用于電機(jī)M運行的控制規(guī)則LC01計算的電壓Vqref中減去，以獲得修正后參考電壓Vqrefc。這樣，在速度控制器V01的輸出，由限制函數(shù)LIC01修正的參考電壓Vqrefc，通過導(dǎo)相器PWM應(yīng)用到電機(jī)M。
如附圖2所示，當(dāng)速度控制器使用的電壓控制規(guī)則LC01是U/F型時，也就是說，沒有電流回路或速度回路，根據(jù)電機(jī)的電壓控制規(guī)則得到的電壓Vqref與定子頻率Wstat按照預(yù)定常數(shù)k成比例，從而Vqref＝k*Wstat，并且定子頻率Wstat等于在速度控制器輸入定義的參考頻率Wref。該常數(shù)k代表由流過定子的磁化電流產(chǎn)生的磁通。當(dāng)實現(xiàn)如下所述的限制函數(shù)LIC01、以在根據(jù)U/F型電壓控制規(guī)則運行的速度控制器過載時限制電流，其提供修正電壓dV，從而等于跨定子端施加的電壓、所計算的修正后參考電壓Vqrefc等于k*Wstat-dV。這樣，該修正后電壓Vqrefc保證了精確限制提供給電機(jī)M的電流。
不過，在這種情況下，加在定子端的、等于Vqrefc的電壓會降低，但定子頻率Wstat保持相同。這樣，電機(jī)可以提供的轉(zhuǎn)矩降低了，該轉(zhuǎn)矩基本上與U/F比成比例，即和Vqrefc/Wstat成比例。這樣，限制電流時的電機(jī)轉(zhuǎn)矩低于正常情況下的轉(zhuǎn)矩。在如專利申請EP1 229 637所述的限制函數(shù)LIC01的輔助下執(zhí)行的電流限制期間，根據(jù)U/F型電壓控制規(guī)則運行的電機(jī)性能會下降，甚至電機(jī)可能停轉(zhuǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明的目的是計劃提出一種方法和系統(tǒng)，使在根據(jù)U/F型電壓控制規(guī)則運行的速度控制器中、當(dāng)過載的情況下限制電流的同時保持電機(jī)性能成為可能。
該目的通過以下實現(xiàn)一種用于限制例如用于三相異步電機(jī)的速度控制器輸出的電流的方法，所述速度控制器包括其電子開關(guān)由微處理器電路指揮的PWM型倒相器、并且根據(jù)U/F型控制規(guī)則運行，根據(jù)該控制規(guī)則，加在定子端的電壓和定子頻率按照已確定常數(shù)(k)成比例，所述方法的特征在于其包括將測量到的電機(jī)相電流矢量的模和限制值(Ilim)相比較，得到限制誤差，
如果相電流矢量的模大于限制值，則計算作為所述限制誤差的函數(shù)的修正電壓，計算修正電壓和所述已確定常數(shù)的倒數(shù)的積，從定子頻率中減去這樣計算出的積，得到修正后定子頻率，根據(jù)U/F型電壓控制規(guī)則，計算修正后定子頻率和所述已確定常數(shù)的積，得到應(yīng)用到電機(jī)的控制電壓。
根據(jù)本發(fā)明，直接對所得的定子頻率進(jìn)行修正，而不是如在現(xiàn)有技術(shù)中那樣對根據(jù)控制規(guī)則計算的電壓進(jìn)行修正。這樣，根據(jù)U/F型控制規(guī)則，將同時達(dá)到以下目標(biāo)跨定子端的電壓和定子頻率成比例，定子頻率的減少和電壓的減少。因此，電流限制的同時保持了電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。
根據(jù)發(fā)明的一個特征，計算修正電壓的步驟包括在比例積分作用調(diào)節(jié)器的幫助下計算控制變量，并將該控制變量乘以電機(jī)的相電流。
根據(jù)另一特征，當(dāng)相電流矢量的模小于限制值時，將計算出的限制誤差施加到其輸出限幅為零的比例積分作用調(diào)節(jié)器。
本發(fā)明的目的還通過以下達(dá)到一種用于限制三相異步電機(jī)的速度控制器輸出的電流的系統(tǒng)，所述速度控制器包括其電子開關(guān)由微處理器電路指揮的PWM型倒相器、并且根據(jù)純U/F型控制規(guī)則運行，其中，加在電機(jī)定子端的電壓和定子頻率按照已確定常數(shù)成比例，并且施加到輸入的釘子參考頻率等于釘子頻率，所述微控制器電路包含用于以下的部件基于對電機(jī)相電流的測量，計算這些相電流矢量的模；將所述模和限制值相比較，得到限制誤差；以及計算作為該限制誤差的函數(shù)的修正電壓，所述系統(tǒng)的特征在于其還包含用于以下的部件當(dāng)相電流矢量的模大于限制值時，通過將所述修正電壓乘以所述已確定常數(shù)的倒數(shù)，計算定子頻率的修正值；在U/F型電壓控制規(guī)則中，對定子頻率施加該修正值，獲得修正后定子頻率；以及計算修正后定子頻率和所述已確定常數(shù)的積，得到應(yīng)用到電機(jī)的控制電壓。
根據(jù)本發(fā)明，在U/F型控制規(guī)則中，已確定常數(shù)代表了通過電機(jī)定子的磁化電流產(chǎn)生的磁通。該值事先通過計算電機(jī)額定電壓和電機(jī)額定頻率的商得到，并且儲存在速度控制器中。
根據(jù)發(fā)明的一個特征，該電流限制系統(tǒng)包括比例積分作用調(diào)節(jié)器，其可以計算控制變量，并將該控制變變量乘以電機(jī)相電流以獲得修正電壓。


其他的特點和優(yōu)點，將參考作為例子給出的、并且由附圖表示的實施例，在下述的詳細(xì)說明中的顯現(xiàn)，其中附圖1基于功能框圖顯示了純U/F型控制規(guī)則的運行；附圖2基于功能圖顯示了異步電機(jī)速度控制器的一部分，配置有根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電流限制系統(tǒng)；附圖3基于功能圖顯示了異步電機(jī)速度控制器的一部分，配置有根據(jù)本發(fā)明的電流限制系統(tǒng)。
具體實施例方式
在前面已經(jīng)描述過附圖2，其顯示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電流限制系統(tǒng)的運行。
附圖1基于功能框圖顯示了純U/F型電壓控制規(guī)則的運行原理，其可以用于控制異步電機(jī)的速度控制器。依據(jù)該控制規(guī)則，沒有用電流回路。這樣，根據(jù)該控制規(guī)則，加載在速度控制器輸入的參考頻率Wref總是等于定子頻率Wstat，并且直接相應(yīng)于參考電壓Vqref，該參考電壓Vqref通過倒相器施加到異步電機(jī)。該電壓Vqref直接和定子頻率成比例，從而Vqref＝k*Wstat。
這樣，由附圖1可以看出，與常規(guī)的速度控制器不同(其中在過載時可通過使用電流和速度回路來限制電流)，在U/F型電壓控制規(guī)則中沒有使用回路。
參照附圖3，三相異步電機(jī)M的速度控制器V特別包括由脈寬調(diào)制控制的、慣用的電壓倒相器(稱之為PWM倒相器)。這種PWM倒相器根據(jù)電壓控制規(guī)則提供給電機(jī)M一串寬度調(diào)制的、正或負(fù)的、固定幅度的脈沖。倒相器的電子開關(guān)由特別包括微處理器Mc的驅(qū)動電路指揮。
微處理器Mc周期性地接受電機(jī)各相傳感器提供的電流信號I。這些電流被電流限制電路處理，該電路實現(xiàn)電流限制函數(shù)LIC(附圖3)。
根據(jù)本發(fā)明，電流限制函數(shù)LIC通過計算每相電流平方和的平方根，首先確定電流矢量的模ModI。此后，如附圖3所示，限制函數(shù)LIC比較電流矢量的模ModI和儲存在速度控制器V中的限制值Ilim。該限制值Ilim對應(yīng)于在過載時不應(yīng)超過的電流值。該比較通過從電流矢量的模ModI和限制值Ilim的商中減去值1而執(zhí)行。這樣，如果電流矢量的模ModI小于Ilim，則計算返回負(fù)結(jié)果。該結(jié)果施加到比例積分作用調(diào)節(jié)器PI，其負(fù)輸出被限幅為零。這樣，如果電流矢量的模ModI小于限制值Ilim，則不會擾亂U/F型控制規(guī)則LC的實施。
如果電流矢量的模ModI大于Ilim，則計算返回正結(jié)果。在這種情況下，比例積分作用調(diào)節(jié)器PI計算控制變量。然后，限制函數(shù)LIC將該控制變量乘以相電流，以給提供每相的修正電壓dV。
根據(jù)本發(fā)明，限制函數(shù)LIC接著將該修正電壓dV乘以標(biāo)記為k的常數(shù)的倒數(shù)。該常數(shù)k對應(yīng)于通過電機(jī)定子的磁化電流產(chǎn)生的額定磁通。其等于電機(jī)額定電壓和電機(jī)額定頻率的商，并儲存在速度控制器V中。
根據(jù)U/F型電壓控制規(guī)則，加在控制器V輸入的參考頻率Wref等于定子的頻率Wstat。接著，在電流限制函數(shù)LIC的輔助下計算的修正值dV/k直接施加到電壓控制規(guī)則LC中的定子頻率Wstat，以得到修正后定子頻率Wstatc，等于Wstat-dV/k。根據(jù)U/F型電壓控制規(guī)則，接著計算出電壓Vqref。按照定義，該電壓等于定子頻率和常數(shù)k的積。這里，定子頻率對應(yīng)于電機(jī)定子的修正后頻率Wstatc。因此，該電壓Vqref等于k*Wstat，即，k*(Wstat-dV/k)。在速度控制器的輸出，跨電機(jī)的定子端施加所計算的等于電壓Vqref的電壓。
這樣，根據(jù)本發(fā)明，在U/F型控制規(guī)則中，通過直接向定子頻率Wstat進(jìn)行修正，同時實現(xiàn)了限制電流和保持電機(jī)M的轉(zhuǎn)矩，這是因為電壓Vqref總是等于k*Wstat-dV并且因為降低了定子頻率。因此完全遵守了U/F控制規(guī)則。
應(yīng)該理解在不偏離本發(fā)明范圍內(nèi)的情況下，可以實現(xiàn)多種其他的變形以及細(xì)節(jié)的改進(jìn)甚至使用等效手段。
權(quán)利要求
1.一種用于限制電機(jī)(M)的速度控制器(V)輸出的電流的方法，所述速度控制器(V)包括其電子開關(guān)由微處理器電路(Mc)指揮的PWM型倒相器、并且根據(jù)U/F型控制規(guī)則(LC)運行，根據(jù)該控制規(guī)則，加在定子端的電壓(Vqref)和定子頻率(Wstat)按照已確定常數(shù)(k)成比例，所述方法的特征在于其包括將測量到的電機(jī)(M)相電流矢量的模(ModI)和限制值(Ilim)相比較，得到限制誤差，如果相電流矢量的模(ModI)大于限制值(Ilim)，則計算作為所述限制誤差的函數(shù)的修正電壓(dV)，計算修正電壓(dV)和所述已確定常數(shù)(k)的倒數(shù)的積，從定子頻率(Wstat)中減去這樣計算出的積，得到修正后定子頻率(Wstatc)，根據(jù)U/F型電壓控制規(guī)則(LC)，計算修正后定子頻率(Wstatc)和所述已確定常數(shù)(k)的積，得到應(yīng)用到電機(jī)(M)的控制電壓(Vqref)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于計算修正電壓(dV)的步驟包括在比例積分作用調(diào)節(jié)器(PI)的幫助下計算控制變量，并將該控制變量乘以電機(jī)(M)的相電流。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于當(dāng)相電流矢量的模(ModI)小于限制值(Ilim)時，將計算出的限制誤差施加到其輸出限幅為零的比例積分作用調(diào)節(jié)器(PI)。
4.一種用于限制三相異步電機(jī)(M)的速度控制器(V)輸出的電流的系統(tǒng)，所述速度控制器(V)包括其電子開關(guān)由微處理器電路(Mc)指揮的PWM型倒相器、并且根據(jù)純U/F型控制規(guī)則(LC)運行，其中，加在電機(jī)定子端的電壓(Vqref)和定子頻率(Wstat)按照已確定常數(shù)(k)成比例，所述系統(tǒng)特征在于其包括部件(LIC)，用于基于對電機(jī)(M)相電流的測量，將這些相電流矢量的模(ModI)和限制值(Ilim)相比較，得到限制誤差，計算作為該限制誤差的函數(shù)的修正電壓(dV)，當(dāng)相電流矢量的模(ModI)大于限制值(Ilim)時，通過將所述修正電壓(dV)乘以所述已確定常數(shù)(k)的倒數(shù)，計算定子頻率(Wstat)的修正值，在U/F型電壓控制規(guī)則(LC)中，對定子頻率(Wstat)施加該修正值，獲得修正后定子頻率(Wstatc)，計算修正后定子頻率(Wstatc)和所述已確定常數(shù)(k)的積，得到應(yīng)用到電機(jī)(M)的控制電壓(Vqref)。
5.如權(quán)利要來4所述的系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括比例積分作用調(diào)節(jié)器(PI)，其可以計算控制變量，并將該控制變變量乘以電機(jī)相電流以獲得修正電壓(dV)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于限制三相異步電機(jī)(M)的速度控制器(V)輸出的電流的方法，所述速度控制器根據(jù)純U/F型控制規(guī)則(LC)運行。所述方法的特征在于其包括在限制函數(shù)的輔助下計算用于定子頻率(Wstat)的修正值，然后向其施加該修正值，以在U/F型電壓控制規(guī)則(LC)中，獲得修正后定子頻率(Wstatc)。根據(jù)U/F型電壓控制規(guī)則，此后該方法包含基于該修正后定子頻率(Wstatc)，得到應(yīng)用于電機(jī)(M)的控制電壓(Vqref)。本發(fā)明還涉及一種能夠?qū)嵤┰摲椒ǖ南拗齐娏鞯南到y(tǒng)。
文檔編號H02P23/14GK1835381SQ20061005923
公開日2006年9月20日 申請日期2006年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月27日
發(fā)明者文·T·古延菲奧克, 法布里斯·杰多特 申請人:施耐德東芝換流器歐洲公司