本發(fā)明涉及一種用于異步機的控制設(shè)備以及一種用于運行異步機的方法。

背景技術(shù)：

文獻ch477124a公開了一種在異步機中用于控制轉(zhuǎn)差頻率（schlupffrequenz）的機構(gòu)。

具有旋轉(zhuǎn)場機械的電驅(qū)動器根據(jù)通過轉(zhuǎn)速和扭矩確定的運行點在三相交流機中激勵不同的頻率，在固體聲響的或者空氣聲響的發(fā)送中，以及在發(fā)送的扭矩的波動性的影響中，所述頻率能夠表現(xiàn)出來。尤其在激勵所述三相交流機的固有頻率時，例如通過在位于定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙中的力的傳遞，或者在與該機器的驅(qū)動軸法蘭連接的部件的固有頻率下，出現(xiàn)所述機器和/或耦接的部件的共振，所述共振能夠不利地影響該電驅(qū)動器的、發(fā)射的空氣聲響。

在一定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，在所述電驅(qū)動的組件之內(nèi)的固有頻率通過所述三相交流機的高次諧波（oberwellen）被激勵，并且發(fā)射的空氣聲響的水平（pegel）在這些固有頻率的情況下跳躍式地上升。不過，應(yīng)當(dāng)在運行中將由電驅(qū)動器放射的噪聲降低至最小限度。

因此，在沒有必須實質(zhì)上限制該機器的設(shè)計和所述機器的功率密度情況下，存在有越過整個運行范圍能夠最小地保持噪聲發(fā)展的、針對異步機的運行的解決方案的需要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明按照第一方面建立了一種用于運行異步機的方法，具有下述步驟：針對所述異步機的多個額定扭矩（solldrehmomenten），通過計算在所述異步機的同步旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系中由縱向電流值和橫向電流值構(gòu)成的2-元組確定用于該異步機的工作點軌跡；針對計算出的由縱向電流值和橫向電流值構(gòu)成的2-元組中的每個2-元組計算所述異步機的轉(zhuǎn)差頻率；獲取該異步機的當(dāng)前的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；通過計算出的轉(zhuǎn)差頻率與利用所述異步機的極對數(shù)來加權(quán)的、當(dāng)前的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的總和來計算所述異步機的激勵頻率（anregungsfrequenz）；以及將計算出的所述異步機的激勵頻率與該異步機的至少一個預(yù)先確定的共振頻率值相比較。在此，在恒定地保持額定扭矩的情況下，通過變化在縱向電流值和橫向電流值之間的比例針對所述2-元組中的下述2-元組來校正確定的工作點軌跡：在所述2-元組的情況下，計算出的激勵頻率與所述至少一個共振頻率值一致。

按照另一方面，本發(fā)明建立了一種用于異步機的控制設(shè)備，具有控制模塊，所述控制模塊被設(shè)計用于：針對所述異步機的多個額定扭矩，通過計算在所述異步機的同步旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系中由縱向電流值和橫向電流值構(gòu)成的2-元組，確定用于該異步機的工作點軌跡；針對計算出的由縱向電流值和橫向電流值構(gòu)成的2-元組中的每個2-元組，計算所述異步機的轉(zhuǎn)差頻率；以及通過計算出的轉(zhuǎn)差頻率與利用所述異步機的極對數(shù)來加權(quán)的、當(dāng)前的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的總和來計算所述異步機的激勵頻率。所述控制設(shè)備此外包括比較模塊，所述比較模塊與控制模塊是耦接的，并且所述比較模塊被設(shè)計用于：將通過所述控制模塊計算出的、所述異步機的激勵頻率與該異步機的至少一個預(yù)先確定的共振頻率值相比較，并且在恒定地保持額定扭矩的情況下，通過變化在縱向電流值和橫向電流值之間的比例，針對所述2-元組中的下述2-元組來校正通過所述控制模塊確定的工作點軌跡：其中計算出的激勵頻率與所述至少一個共振頻率值一致。

按照另一方面，本發(fā)明建立了一種電驅(qū)動系統(tǒng)，具有異步機、逆變器（wechselrichter），所述逆變器與所述異步機是耦接的并且被設(shè)計用于提供針對所述異步機的多相的電流供給，以及具有根據(jù)本發(fā)明的控制設(shè)備，所述控制設(shè)備與所述逆變器是耦接的，并且所述控制設(shè)備被設(shè)計用于按照根據(jù)本發(fā)明的、用于運行所述異步機方法來操控所述逆變器。

本發(fā)明的優(yōu)點

本發(fā)明的構(gòu)思是：借助調(diào)節(jié)算法（regelalgorithmus）在異步機中這樣推移被激勵的頻率：使得固有頻率和/或共振頻率在所述電驅(qū)動系統(tǒng)中不再被激勵。這能夠通過以下方式得到保證：在預(yù)定的額定扭矩時，轉(zhuǎn)差頻率通過在縱向電流和橫向電流之間的比例作為附加的、用于確定所述異步機的運行點或者說工作點的調(diào)整量來變化。

因此設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（根據(jù)該設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，必須滿足對在整個頻譜上的以及在幾乎所有轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的聲學(xué)的要求）顯著放寬。由所述異步機造成的、在放射的空氣聲響中的音量差異（lautst?rkeunterschiede）通過避免激勵所述異步機的共振頻率明顯減少。

雖然所述工作點軌跡的變動導(dǎo)致所述異步機的效率（wirkungsgrades）的負(fù)荷，但是并不必要的是：持久地將所述工作點遠離該異步機的、在效率方面最佳的工作點地進行校正。因此，利用根據(jù)本發(fā)明的做法，獲得在操控所述異步機中附加的自由度，所述自由度在負(fù)荷點中——在這些負(fù)荷點中，所述驅(qū)動系統(tǒng)的不希望的固有頻率會被激勵——能夠?qū)崿F(xiàn)動力學(xué)的和臨時的調(diào)節(jié)機制，用于阻止激勵此相同的固有頻率。

按照根據(jù)本發(fā)明的方法的一種實施方式，確定所述工作點軌跡能夠包括：針對所述異步機的多個額定扭矩中的每個額定扭矩，最小化由所述縱向電流和所述橫向電流的向量式相加而得到的相電流。

按照根據(jù)本發(fā)明的方法的另一種實施方式，所述異步機的至少一個預(yù)先確定的共振頻率值能夠包括：在與所述異步機連接的傳動裝置中的固有頻率、由在該異步機中的氣隙力激勵的共振頻率和/或其諧波。

在此，能夠在另一種實施方式中通過依據(jù)轉(zhuǎn)速的空氣聲響測量確定所述異步機的預(yù)先確定的共振頻率值。

按照根據(jù)本發(fā)明的方法的另一種實施方式，在縱向電流值和橫向電流值之間的比例的變化能夠包括：在恒定地保持額定扭矩的情況下，由所述縱向電流和所述橫向電流的向量式相加而得到的相電流的提高。

按照根據(jù)本發(fā)明的控制設(shè)備的一種實施方式，所述控制設(shè)備此外能夠包括轉(zhuǎn)速檢測模塊，所述轉(zhuǎn)速檢測模塊與所述控制模塊是耦接的，并且所述轉(zhuǎn)速檢測模塊被設(shè)計用于檢測所述異步機的當(dāng)前的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。

按照根據(jù)本發(fā)明的控制設(shè)備的另一種實施方式，所述控制設(shè)備此外能夠包括參考值存儲器，所述參考值存儲器與所述比較模塊是耦接的，并且所述參考值存儲器被設(shè)計用于存儲所述異步機的預(yù)先確定的共振頻率值。

按照根據(jù)本發(fā)明的控制設(shè)備的另一種實施方式，所述預(yù)先確定的共振頻率值能夠包括：在與所述異步機連接的傳動裝置中的固有頻率、由在該異步機中的氣隙力激勵的共振頻率和/或其諧波。

按照根據(jù)本發(fā)明的控制設(shè)備的另一種實施方式，所述控制模塊能夠被設(shè)計用于：針對所述異步機的多個額定扭矩中的每個額定扭矩，通過最小化由所述縱向電流和所述橫向電流的向量式相加而得到的相電流，確定用于所述異步機的工作點軌跡。

本發(fā)明的實施方式的其他的特征和優(yōu)點由后續(xù)的、關(guān)于附圖的說明得出。

附圖說明

附圖中：

圖1按照本發(fā)明的一種實施方式的、用于操控異步機的方法的示意圖；

圖2按照本發(fā)明的另一種實施方式的、具有異步機的電驅(qū)動系統(tǒng)的示意圖；并且

圖3按照本發(fā)明的另一種實施方式的、用于異步機的控制設(shè)備的示意圖。

具體實施方式

在異步機的電動機運行中，存在有在所述定子的轉(zhuǎn)速ns和所述轉(zhuǎn)子的實際上的轉(zhuǎn)速nr、也就是實際轉(zhuǎn)速之間的差異，從而所述轉(zhuǎn)子的實際轉(zhuǎn)速是比所述定子的轉(zhuǎn)速更小的。所述差異也稱為轉(zhuǎn)差率（schlupf）——對應(yīng)的轉(zhuǎn)差頻率fs因此被添加到依據(jù)所述異步機的極對數(shù)p的轉(zhuǎn)子頻率fr=p·nr，以便計算所述定子頻率fst：

。

在異步機的場取向的調(diào)節(jié)運行中，其中，通過所述異步機的定子的電流按照具有所謂的縱軸d和與該縱軸正交的橫軸q的場取向的坐標(biāo)系被調(diào)節(jié)，所述d-軸因此始終向著所述轉(zhuǎn)子磁通（l?uferfluss）的空間指針的方向。所述定子電流的空間指針因此在所述場取向的坐標(biāo)系中劃分為縱向電流部分id以及橫向電流部分iq。

所述轉(zhuǎn)差頻率fs不是在所述異步機的整個運行范圍內(nèi)恒定的，而是成比例地依賴于轉(zhuǎn)差因子ks，所述轉(zhuǎn)差因子又與所述定子電流的縱向分量（所述縱向電流部分id）以及與所述定子電流的橫向分量（所述橫向電流部分iq）成比例。在場取向的調(diào)節(jié)時，為了最佳化所述效率，能夠如此地調(diào)整在所述定子電流的縱向分量和所述定子電流的橫向分量之間的比例：使得在恒定的額定扭矩時得出最小的相電流。

在此，所述相電流擁有由所述定子電流的縱向分量和橫向分量的向量式總和的值算出的值。因此針對每個額定扭矩和每個轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速得出每相電流最大扭矩（“最大扭矩每相電流（maximumtorqueperphasecurrent）”，mtpc）的工作點。這些工作點依據(jù)所述額定扭矩和所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速得出工作點軌跡，根據(jù)所述工作點軌跡能夠調(diào)節(jié)所述異步機的運行。

通過將所述定子電流的縱向分量和橫向分量由所述場取向的坐標(biāo)系變換到所述異步機的定子固定的坐標(biāo)系中，針對希望的工作點得出用于供給所述異步機的n-相的、例如3-相的逆變器的操控信號。

圖1示出了用于操控異步機的方法20的示意圖。所述方法20能夠例如在用于供給所述異步機的逆變器的控制設(shè)備中執(zhí)行，例如在下面聯(lián)系圖3解釋的、用于圖2的所述電驅(qū)動系統(tǒng)10的控制設(shè)備2中。

首先，對于第一步驟21來說，針對所述異步機的多個額定扭矩確定用于所述異步機的工作點軌跡。這通過計算在所述異步機的同步旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系中由縱向電流值和橫向電流值構(gòu)成的2-元組來實現(xiàn)。能夠例如在考慮所述異步機的最佳的效率情況下確定所述2-元組，在所述2-元組中所述縱向電流和所述橫向電流向量式相加，并且最小化由此產(chǎn)生的相電流的值。由此能夠針對所述異步機的多個額定扭矩中的每個額定扭矩，確定配屬于相應(yīng)的工作點的2-元組，這些2-元組一起形成所述工作點軌跡。

針對計算出的、由縱向電流值和橫向電流值構(gòu)成的2-元組中的每個2-元組，隨后在步驟22中計算所述異步機的轉(zhuǎn)差頻率。一般適用的是：（在保持恒定的額定扭矩時）在提高在縱向電流值和相應(yīng)的橫向電流值之間比例時，所述轉(zhuǎn)差頻率下降。例如，對于示范的異步機的60nm的額定扭矩，所述轉(zhuǎn)差頻率能夠大約為18hz，該異步機以40a的縱向電流值和450a的橫向電流值運行。與此相對地，所述轉(zhuǎn)差頻率能夠下降到3hz以下，當(dāng)所述縱向電流值被提高到200a并且所述橫向電流值被降低到189a時。

如同上面說明的那樣，所述轉(zhuǎn)差頻率對傳遞到所述異步機上的激勵的頻率有影響。為了計算實際上傳遞到所述異步機的激勵的頻率，對關(guān)于所述異步機的極對數(shù)的了解以及對當(dāng)前的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的了解還是必需的。在所述方法20的步驟23中，所述異步機的這種當(dāng)前的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速能夠被獲取，例如通過轉(zhuǎn)速傳感器、增量發(fā)送器（inkrementalgeber）或者合適的無發(fā)送器的測量方法。隨后，能夠在步驟24中通過計算出的轉(zhuǎn)差頻率與利用所述異步機的極對數(shù)來加權(quán)的當(dāng)前的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的總和來計算所述異步機的激勵頻率。

如果現(xiàn)在知道了所述異步機的所有被激勵的基波（grundwellen）和高次諧波以及連接到所述異步機的軸上的驅(qū)動分量，那么可以預(yù)見所述電驅(qū)動系統(tǒng)的固有頻率在計算出的激勵頻率時是否以及在何種范圍上被激勵。所述異步機的共振頻率值能夠例如包括：在與所述異步機連接的傳動裝置中的固有頻率、由在該異步機中的氣隙力激勵的共振頻率和/或其諧波。所述異步機的這樣的共振頻率值能夠例如通過依據(jù)轉(zhuǎn)速的空氣聲響測量測出。

為了能夠避免特別是這種固有頻率的激勵，在所述方法20的步驟25中，將計算出的所述異步機的激勵頻率與該異步機的至少一個預(yù)先確定的共振頻率值相比較。當(dāng)證實了計算出的激勵頻率與至少一個共振頻率值一致時，針對這個激勵頻率在步驟26中通過變化在縱向電流值和橫向電流值之間的比例來校正確定的工作點軌跡。在此，所述額定扭矩恒定地被保持。所述2-元組能夠例如如此地變化：使得在縱向電流值和橫向電流值之間的比例的變化包括在恒定地保持額定扭矩的情況下的、由所述縱向電流和所述橫向電流的向量式相加而得到的相電流的提高。

通過在縱向電流值和橫向電流值之間的比例的變化，能夠獲得所述轉(zhuǎn)差頻率的變化，從而在相應(yīng)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和預(yù)定的額定扭矩的情況下，所述異步機的激勵頻率不再與臨界的共振頻率值一致。換句話說，在損失某些效率的情況下，有目的性地變動所述工作點軌跡，以便始終在所述電驅(qū)動系統(tǒng)的固有頻率的范圍之外保持傳遞到所述異步機的激勵頻率。

所述工作點軌跡的這種聲學(xué)的最佳化不必持久地進行，而是能夠僅短期地在所述臨界的共振頻率值的相應(yīng)的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)被維持，從而對所述異步機的效率的負(fù)面的影響在時間上的平均值中可忽略不計。

極其有益的是：所述方法20是在電驅(qū)動系統(tǒng)的基本轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，在所述基本轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，在變動在縱向電流值和橫向電流值之間的比例時充分地調(diào)節(jié)儲備是存在的。從聲學(xué)的角度出發(fā)，最臨界的運行點當(dāng)然也處在基本轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，因為在更高的轉(zhuǎn)速時所述異步機的噪聲通常掩蓋了其他的系統(tǒng)組件的附帶噪聲或者就車輛而言的行駛噪聲。利用本方法能夠?qū)τ谑痉兜漠惒綑C將噪聲水平在臨界的共振頻率值時以直至5db的幅度下降。

圖2示出了具有異步機1的電驅(qū)動系統(tǒng)10的示意圖，所述異步機由逆變器3被供應(yīng)以n-相的相電流。所述逆變器3就其而言能夠例如由通過中間直流電路4支持的直流電源5、如例如車輛的牽引電池被供應(yīng)以能量。

所述電驅(qū)動系統(tǒng)10具有控制設(shè)備2，所述控制設(shè)備與所述逆變器3是耦接的，并且所述控制設(shè)備被設(shè)計用于按照用于運行所述異步機1的所述方法20如同聯(lián)系圖1解釋的那樣來操控所述逆變器3。所述控制設(shè)備2在圖3中更詳細地在示意圖中示出。

所述控制設(shè)備2包括轉(zhuǎn)速檢測模塊6，所述轉(zhuǎn)速檢測模塊與控制模塊7是耦接的。所述控制設(shè)備2的控制模塊7又與比較模塊8耦接，所述比較模塊有到參考值存儲器9的訪問權(quán)限。所述轉(zhuǎn)速檢測模塊6是與所述異步機1耦接的，并且被設(shè)計用于檢測所述異步機1的當(dāng)前的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速nr。

所述當(dāng)前的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速被傳達到所述控制模塊7上，所述控制模塊被設(shè)計用于針對所述異步機1的多個額定扭矩，通過計算在所述異步機1的同步旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系中由縱向電流值和橫向電流值構(gòu)成的2-元組確定用于所述異步機1的工作點軌跡。針對計算出的、由縱向電流值和橫向電流值構(gòu)成的2-元組中的每個2-元組，計算所述控制模塊7，隨后計算所述異步機1的轉(zhuǎn)差頻率。所述控制模塊7由所述異步機1的轉(zhuǎn)差頻率能夠計算該異步機1的激勵頻率。這在所述控制模塊7中通過計算出的轉(zhuǎn)差頻率與利用所述異步機1的極對數(shù)來加權(quán)的當(dāng)前的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速nr的總和來實現(xiàn)。用于所述異步機1的工作點軌跡能夠例如針對所述異步機1的多個額定扭矩中的每個額定扭矩通過最小化由所述縱向電流和所述橫向電流的向量式相加而得到的相電流來確定。

隨后將所述確定的工作點軌跡發(fā)送給與所述控制模塊7耦接的比較模塊8。所述比較模塊8被設(shè)計用于將所述異步機1的、由所述控制模塊7計算出的激勵頻率與該異步機1的至少一個預(yù)先確定的共振頻率值相比較。對于下述2-元組：在這些2-元組中，計算出的激勵頻率與至少一個共振頻率值一致，所述控制模塊8能夠隨后校正由所述控制模塊7確定的工作點軌跡。這在恒定地保持額定扭矩的情況下通過變化在縱向電流值和橫向電流值之間的比例來進行。

所述比較模塊8能夠例如從所述參考值存儲器9中取得所述共振頻率值。在所述參考值存儲器9中，所述異步機1的預(yù)先確定的共振頻率值能夠被存儲，例如在與所述異步機1連接的傳動裝置中的固有頻率、由在該異步機1中的氣隙力激勵的共振頻率和/或其諧波。這些共振頻率值能夠例如通過在不同的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的空氣聲響測量事先已被測量。

必要時通過所述比較模塊8校正的工作點軌跡隨后被傳送回給所述控制模塊7，從而所述控制模塊7能夠利用相應(yīng)的控制信號c操控所述逆變器3。

所述控制設(shè)備2能夠例如應(yīng)用在用于電動和混合動力車輛的電驅(qū)動系統(tǒng)10中，所述控制設(shè)備動用異步機1并且受制于相應(yīng)的、對在所有的轉(zhuǎn)速范圍中最大的音量水平的要求。