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
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在三相異步電機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。
背景技術：
公知的，與異步電機相關的速度控制器在電機超載時傾向于向電機提供更大的電流。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，使用結合速度回路的速度調(diào)節(jié)器和結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是低效的，但卻更健壯，特別可以用在諸如變壓器或風扇等產(chǎn)品中。
專利申請EP1 229 637(對應專利US 6 680 599)公開了一種限制用于異步電機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)有技術的系統(tǒng)如下列方式運行微控制器電路Mc01定時接收電機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，通過導相器PWM應用到電機M。
如附圖2所示，當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)電機的電壓控制規(guī)則得到的電壓Vqref與定子頻率Wstat按照預定常數(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，電機可以提供的轉矩降低了，該轉矩基本上與U/F比成比例，即和Vqrefc/Wstat成比例。這樣，限制電流時的電機轉矩低于正常情況下的轉矩。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)則運行的電機性能會下降，甚至電機可能停轉。

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、當過載的情況下限制電流的同時保持電機性能成為可能。
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，得到應用到電機的控制電壓。
根據(jù)本發(fā)明，直接對所得的定子頻率進行修正，而不是如在現(xiàn)有技術中那樣對根據(jù)控制規(guī)則計算的電壓進行修正。這樣，根據(jù)U/F型控制規(guī)則，將同時達到以下目標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的轉矩。
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的相電流。
根據(jù)另一特征，當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到一種用于限制三相異步電機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，得到應用到電機的控制電壓。
根據(jù)本發(fā)明，在U/F型控制規(guī)則中，已確定常數(shù)代表了通過電機定子的磁化電流產(chǎn)生的磁通。該值事先通過計算電機額定電壓和電機額定頻率的商得到，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速度控制器的一部分，配置有根據(jù)現(xiàn)有技術的電流限制系統(tǒng)；附圖3基于功能圖顯示了異步電機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，并且直接相應于參考電壓Vqref，該參考電壓Vqref通過倒相器施加到異步電機。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M一串寬度調(diào)制的、正或負的、固定幅度的脈沖。倒相器的電子開關由特別包括微處理器Mc的驅動電路指揮。
微處理器Mc周期性地接受電機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對應于在過載時不應超過的電流值。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，則計算返回負結果。該結果施加到比例積分作用調(diào)節(jié)器PI，其負輸出被限幅為零。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乘以標記為k的常數(shù)的倒數(shù)。該常數(shù)k對應于通過電機定子的磁化電流產(chǎn)生的額定磁通。其等于電機額定電壓和電機額定頻率的商，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，定子頻率對應于電機定子的修正后頻率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進行修正，同時實現(xiàn)了限制電流和保持電機M的轉矩，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節(jié)的改進甚至使用等效手段。
權利要求
1.一種用于限制電機(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(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，得到應用到電機(M)的控制電壓(Vqref)。
2.如權利要求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(M)的相電流。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于當相電流矢量的模(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(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(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，得到應用到電機(M)的控制電壓(Vqref)。
5.如權利要來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(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)，得到應用于電機(M)的控制電壓(Vqref)。本發(fā)明還涉及一種能夠實施該方法的限制電流的系統(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