[发明专利]旋转电机的控制器

说明书

技术领域

本发明涉及旋转电机(elektrischer Maschine)的运行方法的领域。尤其地，本发明涉及用于运行旋转电机的方法、用于电变换器(elektrischen Umrichter)的控制器(Steuerung)、马达系统(Motorsystem)、计算机程序以及计算机可读取(computerlesbar)的介质。

背景技术

直接转矩控制(Direct Torque Control，DTC)是用于控制在旋转电磁机和马达中、尤其为在中压范围中的转矩和电磁通量(Fluss)的方法。这类控制器的典型示例可例如在ABB的ACS 6000的驱动器(Antrieb)中找到。近10年以来，DTC已证明具有较高的可靠性、耐用性及性能。

然而，通过由控制器切换半导体所产生且为驱动器的总损失的很大一部分或甚至主要部分的切换损失(Schaltverlust)在DTC中可为相当大的。因此，寻找减小该切换损失的方法。已知的是，切换损失的这类减小可通过所谓的模型预报直接转矩控制(Model PredictiveDirect Torque Control，MPDTC)来实现，该转矩控制可基于驱动器的(数学)模型。文件US 7,256,561和文件EP 1 670 135描述了这类方法。

除变换器切换损失最小化外，DTC和MPDTC还可意图，保持旋转电机的三个输出变量或输出参数(即，电磁转矩、定子通量(Statorfluss)的参数及中性点电势或中点电势)在预设的(滞后(Hysterese))极限值内。

MPDTC基于可包括数学模型的控制算法，该数学模型与待切换的变换器和联接在该变换器处的机器或马达相匹配。在此，尤其地，列出变换器在一定的切换水平线(Schalthorizont)上所允许的切换序列(Schaltsequenz)，并且在应用变换器和机器的内部模型的情况下计算相应的转矩轨线(Trajektorie)、定子通量轨线及中间回路中点电势轨线。还存在带有超过一个中性点的变换器。还存在具有其它参数(在一定情况下必须调节这些参数)的变换器。在此，外推(extrapolieren)该轨线直到达到针对相应输出参数的极限值。借助于预设的品质准则(Gütekriteriums)来评判所允许的切换序列。例如，该品质准则反映(abbilden)变换器的切换损失或切换频率。在最后的步骤中，确定最佳的切换序列，该切换序列使该品质准则最小化，也就是说，例如提供最小的切换损失或最小的切换频率。刚提及的步骤通常在每个控制循环中实施，并且在最佳的切换序列中仅应用第一步骤(也就是说第一切换过渡(Schaltübergang)或切换状态)来控制变换器的功率半导体(Leistungshalbleiter)。

发明内容

切换损失的减小可引起驱动器的运行成本的显著降低。此外，切换损失的这样的减小可导致更耐用的且更可靠的系统，并且扩展了DTC的使用范围，因为所减小的切换损失允许以更高的功率运行相同的设备。

本发明的目的是，提供带有更小的运行成本和提高的功率的电驱动器。

该目的通过独立权利要求的对象来实现。本发明的其它实施形式从从属权利要求中获得。

本发明的第一个方面涉及用于运行旋转电机的方法。

根据本发明的实施形式，旋转电机由变换器从直流电压电路(Gleichspannungsschaltkreis)通过至少一个相而供应电流。变换器实施成将至少一个相切换到至少两个电压电平(Spannungsniveaus)上。

旋转电机可为电马达或可包括电马达和变换器的电驱动器。旋转电机可包括变换器和/或控制器。通常，旋转电机具有三个相(三相交流电)。但是还可行的是，仅存在一个相或多个相。

根据本发明的实施形式，该方法包括步骤：产生切换序列，其中，每个切换序列包括带有第一切换过渡的变换器的一系列切换过渡；以品质值(Gütewert)评价切换序列中的每一个；选取带有最小品质值的切换序列；利用选取的切换序列的第一切换过渡作为选择的切换过渡来操控(Ansteuern)变换器的切换元件(Schaltelement)，以使得至少一个相切换到相应于切换过渡的电压电平上。

在此，切换过渡可通过变换器的切换元件的切换状态或通过单独切换状态的切换状态的组合来限定。例如，切换过渡包括变换器的切换元件的切换状态组合。变换器的切换元件可为功率半导体，例如晶闸管(Thyristor)、IGCT或IGBT。