[发明专利]启动永磁同步电机的方法和永磁同步电机

说明书

为了达到标准IEC 60034中定义的IE4能效等级，必须直接在电网处运行永磁同步电机。由于这不能轻易实现，因此软启动设备被认为是一种成本高效的解决方案。无编码器启动的问题可以分解为两个子问题：确定初始转子角度和启动机器。在本申请中，描述了一种无(旋转)编码器的启动方法，利用该启动方法能够以软启动器启动电机。

技术领域

本发明涉及一种用于运行永磁同步电机的方法和一种具有软启动器的永磁同步电机。

背景技术

三相电机将机械能转换成三相电流或者将三相电流转换成机械能。按照原理，它可以作为发电机或电动机运行。用于在接通电设备，例如电动机时进行功率限制的措施被称为软启动。

根据标准IEC 60034，三相电机根据其效率分类划分成不同能效等级。恰恰在直至大约20kW的低功率范围内，难以遵守电驱动器的法定效率分类，因此越来越多地寻求在转子中使用永磁体，例如作为永磁同步电机(PMSM)。

图1示出了这种永磁同步电机的示意图，在该实施方式中其作为具有定子St和转子L的旋转磁场式电机。转子包括磁北极N和磁南极S以及绕组相U、V、W。图示应仅被理解为示例性的，并且对要求保护的主题的保护范围没有限制作用。

虽然这种机器类型能实现高能效等级，但是在刚性电网处的启动和运行却不易实现。

为了实现前述目标，可以在机器的转子中设置阻尼笼型绕组，尽管其能实现在刚性电网处的安全启动，但是由于极高的启动电流会导致供电网络有强烈负载。

同样，在合适的电力电子致动器，例如变频器或软启动器处的运行也是可行的。特别是，软启动器(也称为软启动设备)的使用在此代表了在刚性电网处启动永磁同步电机的成本友好的解决方案。但是，目前还没有可销售的解决方案。

Marcel Bennecke博士(马德堡大学)的题为“具有三相交流控制器的节能型同步电机的启动(Anlauf von energieeffizienten Synchronmaschinen mitDrehstromsteller)”的博士论文中介绍了一种以软启动器来启动永磁同步电机的解决方案。但是，在该论文中提出的方法需要机器的当前转子角，使得用于该论文的电机必须配备相应的编码器系统(Geberstystem)。编码器理解为转速和位置编码器。它们检测机械变量-转速和位置。它们的信号是必要的，以便为闭环控制器提供实际值并用于闭合现有的位置和转速控制回路。对于三相驱动器中的矢量闭环控制方法，位置和转速信号也可作为电流控制回路的重要输入变量。在这种情况下，编码器直接在电机轴处检测转速和/或位置。

然而，编码器系统对系统的成本和可用性产生不利影响，这使得高效电动机的软启动解决方案缺乏吸引力。出于此原因，寻求一种无需编码器的启动方法

发明内容

本发明的目的是，提供一种无需编码器的启动永磁同步电机的方法。本发明的目的还在于提供一种不带编码器的永磁同步电机，其利用根据本发明的方法工作。

所需的启动方法与现有技术中已知的无编码器方法的区别在于，它必须可用于晶闸管控制器而不是变频器。这直接导致了：在低转速下，接入有测试信号的方法由于硬件拓扑而不能实现-已知方法不能转用到本应用情况中。

根据本发明的方法的先决条件是预先得出初始转子位置、三相电机的最佳点火角。对此的可行方法已经作为另一专利申请的主题。本文所描述的方法认为：在启动时可以引用该已知的角度。

如已经描述的，所有已知的无编码器方法都以脉冲控制的逆变器为先决条件。永磁同步电机的使用软启动器的已知启动方法需要电动机的电气角度并从测量系统获得该角度。