專利名稱：用于測定他勵旋轉電機的轉子位置的方法
技術領域：
本發明涉及旋轉電機的運行方法的領域。其基于根據獨立權利要 求的前序部分所述的、用于他勵旋轉電機的磁通量角度的測定和/或轉 子位置的測定的方法。
背景技術：
現今通用的他勵旋轉電機、例如同步電機，具有定子繞組和轉子 繞組，其中，該定子繞組通常由所屬的換向器單元供電而該轉子繞組 由激勵器單元供電以建立磁激勵。當今，這種旋轉電機的轉子位置主 要通過軸編碼器來測定，該軸編碼器提供所希望的轉子位置，即轉子 的靜止狀態中的轉子位置角度，和磁通量角度。通常，為對電機進行 調控，需要關于轉子的位置的知識和/或關于磁通量矢量的位置的知 識，以作為多個通用的輸入參量中的某一個輸入參量。但是，軸編碼 器相當容易受到機械載荷的影響并相應地經常失效或提供有誤的轉 子位置角度值。此外，裝配成本較高，因為軸編碼器必須被安裝在電 機上且布線也必須被安裝在電機上，這是勞動密集且成本密集的。此 外，必須不斷地對這樣的軸編碼器進行保養，這意味著額外的費用。
發明內容
因此，本發明的目的在于，給出一種用于測定他勵旋轉電機的轉 子位置的方法，該方法可相當簡單地實現且魯棒性好，并且不需要軸 編碼器。該目的通過權利要求1的特征而實現。在從屬權利要求給出 了本發明的有利的改進方案。
在根據本發明的、用于他勵旋轉電機轉子位置的測定的方法中， 該電機具有定子繞組和轉子繞組，其中，該定子繞組由所屬的換向器單元供電，而該轉子繞組由所屬的激勵器單元供電。根據本發明，首 先定子繞組借助于換向器單元而短路。然后，借助于該激勵器單元向 該轉子繞組提供激勵電壓信號，這個激勵電壓信號具有從可調節的第 一電壓值到可調節的第二電壓值的變化。此外，在定子繞組的每個線 圈中確定定子電流，并且，基于定子電流的空間矢量變換的X分量并
基于定子電流的空間矢量變換的y分量而計算出轉子位置角度，其顯 示了所要求出的轉子位置。
因此，按照根據本發明的方法所進行的對他勵旋轉電機轉子位置 的測定，有利地無需使用軸編碼器(因而也就避免了軸編碼器的所有缺 點)就可進行，由此，總體上獲得了相當易于實現且魯棒性好的、用于 測定他勵旋轉電機的轉子位置的方法。在轉子的靜止狀態中，或在轉 動得相當慢的轉子中，根據本發明的方法尤其地適用。
聯系附圖、從下列對本發明的優選實施形式的詳細描述中，可以 看出本發明的這些目的、優點和特征以及其它的目的、優點和特征。 其中
圖l顯示了在根據本發明的方法中，他勵旋轉電機的轉子繞組處 的激勵電壓信號的第 一 時間歷程，
圖2顯示了在根據本發明的方法中，他勵旋轉電機的轉子繞組處 的激勵電壓信號的第二時間歷程，
圖3顯示了在根據本發明的方法中，他勵旋轉電^L的轉子繞組處 的激勵電壓信號的第三時間歷程，而
圖4顯示了在根據本發明的方法中，他勵旋轉電機的轉子繞組處 的激勵電壓信號的第四時間歷程。
基本上，在附圖中，類似的部分以類似的參考標號來標識。
具體實施方式
在根據本發明的、用于他勵旋轉電機轉子位置的測定的方法中， 該電機具有定子繞組和轉子繞組，其中，該定子繞組由所屬的換向器
單元供電，而該轉子繞組由所屬的激勵器單元供電。這樣的他勵;旋轉 電機例如為同步電才幾，然而，任何其它形式的他勵旋轉電機同樣是可 以設想的。不僅定子繞組還包括轉子繞組，都例如地具有三個線圈， 然而，更多線圈或更少的線圏同樣是可以設想的。根據本發明，首先 定子繞組借助于換向器單元而短路。這是通過對換向器單元的可控式 大功率半導體開關的相應的控制而進行的。然后，借助于該激勵器單 元向該轉子繞組供應激勵電壓信號Uerr,這個激勵電壓信號Uerr具有
從可調節的第一電壓值U1到可調節的第二電壓值U2的變化。該變化， 也就是說，該激勵電壓信號Uerr的歷程中的瞬態過程，在定子繞組的 每個線圏中引起了定子電流Isa,Isb,Isc。此外，在定子繞組的每一個線 圈中定子電流Isa,Isb，Isc被確定。舉例而言，在三個定子線圈的情況 下，該確定優選地通過以下方式來進行，即，測量兩個定子電流Isa， Isb，并且基于測得的這兩個定子電流Isa, Isb而計算第三個定子電流 Isc。毫無疑問地，全部的定子電流Isa，Isb,Isc同樣也可以都通過測量 而被確定。隨后，基于定子電流Isa，Isb,Isc的空間矢量變換的x分量 并基于定子電流Isa，Isb，Isc的空間矢量變換的y分量而計算出轉子位 置角度e,然后，該轉子位置角度顯示了所要求出的轉子位置或^f茲通 量矢量的位置。
因此，按照根據本發明的方法所進行的對他勵旋轉電機轉子位置
點)就可進行，由此，總體上可取得相當易于實現且魯棒性好的、用于 測定轉子位置的方法。在轉子的靜止狀態中，或在轉動得相當慢的轉 子中，根據本發明的方法尤其地適用。
一般來說，三個參量a, b， c的空間矢量變換通常地如下地定義<formula>formula see original document page 7</formula>其中，x是參量a,b,c的空間矢量變換的x分量，而y是參量a,b，c 的空間矢量變換的y分量。
現在，如果該第一電壓值U1小于該第二電壓值U2，則優選地， 基于定子電流Isa,Isb,Isc的空間矢量變換的x分量Isx并基于定子電流 Isa,Isb,Isc的空間矢量變換的y分量Isy、根據下列公式 'lsy、
6 = arctan
lsx
+ TT
而計算出該轉子位置角度e。
對此，在圖i中顯示了在根據本發明的方法中的他勵旋轉電機的
轉子繞組處的激勵電壓信號Uerr的第一時間歷程，而在圖3中顯示了
號Uerr的第三時間歷程，其中，該第一電壓值Ul小于該第二電壓值 U2。
與之相反，如果該第一電壓值U1大于該第二電壓值U2，則優選 地，基于定子電流Isa,Isb，Isc的空間矢量變換的x分量Isx并基于定子 電流Isa,Isb，Isc的空間矢量變換的y分量Isy,才艮據該乂>式
6 = 3rct3n
lsx
而計算出該轉子位置角度e。
對此，在圖2中顯示了在根據本發明的方法中的他勵旋轉電機的
轉子繞組處的激勵電壓信號Uerr的第二時間歷程，而在圖4中顯示了 號Uerr的第四時間歷程，其中，該第一電壓值Ul大于該第二電壓值
U2。因此，可以想象，上面所述的轉子位置角度e的計算是簡單且毫
無問題地可被實現的，例如作為用于數字信號處理器的軟件程序中的 計算程序而實現。被證實尤其有利的是，該第一電壓值U1設定為ov而該第二電壓 值U2設定為額定激勵電壓值。同樣可以設想的是，該第一電壓值U1 i殳定為額定激勵電壓值而該第二電壓值U2設定為0V。
按照圖1和圖2中的激勵電壓信號Uerr的時間歷程，從第一電壓 值Ul到第二電壓值U2的變化優選地以基本呈階躍狀的形式進行。按 照圖3和圖4中的激勵電壓信號Uerr的時間歷程，從第一電壓值U1 到第二電壓值U2的變化優選地以基本呈斜坡狀的方式進行。上面所 述的激勵電壓信號Uerr的時間歷程中的階躍狀的變化和斜坡狀的變 化有利地無需高昂費用就可得以實現，由此也就可以相當簡單地被實 現。除了該階躍狀的變化和/或斜坡狀的變化之外，不言而喻地，其它 的瞬態過程或穩定的歷程(它們具有從第一電壓值Ul到第二電壓值 U2的變化)同樣是可以設想的。
權利要求
1、一種用于確定他勵旋轉電機的轉子位置的方法，該電機具有定子繞組和轉子繞組，其中，所述定子繞組由所屬的換向器單元供電而所述轉子繞組由所屬的激勵器單元供電，其特征在于，所述定子繞組借助于所述換向器單元而短路，借助于所述激勵器單元向所述轉子繞組供應激勵電壓信號(Uerr)，所述激勵電壓信號(Uerr)具有從可調節的第一電壓值(U1)到可調節的第二電壓值(U2)的變化，在所述定子繞組的每一個線圈中確定定子電流(Isa，Isb，Isc)，基于定子電流(Isa，Isb，Isc)的空間矢量變換的x分量(Isx)并基于定子電流(Isa，Isb，Isc)的空間矢量變換的y分量(Isy)而計算出轉子位置角度(θ)。
2、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，如果所述第一電壓值(U1)小于所述第二電壓值(U2)，則基于定子電流(Isa，Isb,Isc)的空間矢量變換的x分量(Isx)和定子電流(Isa,Isb,Isc)的空間矢量變換的y分量(Isy)，按照公式。 + 「一 0 = arctan +ttlsx計算出所述轉子位置角度(e)。
3、 根據權利要求i所述的方法，其特征在于，如果所述第一電壓值(U1)大于所述第二電壓值(U2)，則基于定子電流(Isa,Isb，Isc)的空 間矢量變換的x分量(Isx)和定子電流(Isa,Isb，Isc)的空間矢量變換的y 分量(Isy)，按照公式6 = arctan 二計算出所述轉子位置角度(e)。
4、 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一電壓值(U1) 設定為0V而所述第二電壓值(U2)設定為額定激勵電壓值。
5、 根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一電壓值(U1) 設定為額定激勵電壓值而所述第二電壓值(U2)設定為0V。
6、 根據權利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，從 所述第一電壓值(U1)到所述第二電壓值(U2)的變化以基本呈階躍狀的 方式進行。
7、 根據權利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，從 所述第一電壓值(U1)到所述第二電壓值(U2)的變化以基本呈斜坡狀的 方式進行。
全文摘要
本發明涉及一種用于確定他勵旋轉電機的轉子位置的方法，該電機具有定子繞組和轉子繞組，在該方法中，定子繞組由所屬的換向器單元供電而轉子繞組由所屬的激勵器單元供電。首先，定子繞組借助于換向器單元而短路，然后，借助于激勵器單元向轉子繞組供應激勵電壓信號(Uerr)，該激勵電壓信號(Uerr)具有從可調節的第一電壓值(U1)到可調節的第二電壓值(U2)的變化，此外，在定子繞組的每個線圈中確定定子電流(Isa，Isb，Isc)，并且，基于定子電流(Isa，Isb，Isc)的空間矢量變換的x分量(Isx)并基于定子電流(Isa，Isb，Isc)的空間矢量變換的y分量(Isy)而計算出轉子位置角度(θ)。
文檔編號H02P6/18GK101414801SQ200810170378
公開日2009年4月22日 申請日期2008年10月14日 優先權日2007年10月16日
發明者M·西伯, P·博倫, T·哈德 申請人:Abb瑞士有限公司