變頻器參數優化的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及旋轉電機的參數識別，并且具體涉及利用變頻器在使用這樣的電機期間識別參數。
【背景技術】
[0002]以已知的方式使用變頻器來控制旋轉電機的旋轉。通過控制電機的電流來實施對電機如電動機或發電機的控制，使得實現期望的操作。
[0003]當通過向電動機輸出電壓脈沖的變頻器來執行對電動機的控制時，應當準確地知道電動機的參數，使得實現期望的電流。這樣的參數如電機的電感和電阻。電機的電感的精確度影響磁通和轉矩的計算。當驅動器投入使用時，一些參數被手動地饋送至變頻器。一些變頻器包括識別運行，在識別運行中變頻器通過將測試脈沖饋送至電機并且從對這些測試脈沖的響應計算電機的參數來自動地識別電機的參數。
[0004]電機的參數取決于各個方面。例如，電機的溫度和飽和效應改變電機的性能，使得在電機的操作期間所識別的參數的值可以取決于操作點而變化。
[0005]此外，當電機的操作點在操作點的典型范圍以外時，參數可以顯著變化。在參數識別中不考慮這樣的電機的操作點，并且因為在變頻器的控制結構中使用的參數與實際參數不匹配，所以電機的控制不是最佳的。
[0006]在變頻器的領域中以下是已知的:對控制系統中使用的各種參數進行適應或調整，以使控制更精確。一種這樣的已知方法是使用信號注入。在信號注入中，高頻信號被注入至變頻器的輸出端。對從注入信號獲得的響應進行檢測，并且根據該響應對參數進行某些校正。另一已知的識別技術是模型參考自適應系統(MRAS)，在該模型參考自適應系統中另一模型的參數基于已知模型而適應。
[0007]參數的調整要求使用實際的控制系統，其阻礙控制器操作。需要調整控制器以考慮注入信號。此外，已知的調整系統僅在當前操作點處獲得某一參數的校正值。因此，無法在所期望的操作點中識別參數。
【發明內容】
[0008]本發明的目的是提供一種方法和用于實現該方法的變頻器，以便解決以上問題。通過方法和變頻器來達到本發明的目的，方法和變頻器的特征在于獨立權利要求中陳述的內容。在從屬權利要求中公開了本發明的優選實施方式。
[0009]本發明基于以下思想:采用有限元法，使用變頻器的處理器容量來計算電機在某些操作點中的參數值。變頻器包括計算容量，在變頻器的正常操作期間可以使用該計算容量。如果變頻器的實際操作不要求針對驅動器控制的全部的處理器容量，則該容量可以用于與當前操作點無關的復雜計算。
[0010]通過使用基于電動機的機械學的精確模型的有限元法，可以精確地計算電機的參數或電機的狀態。機械學的模型包括如幾何形狀、使用的材料和繞組結構。
[0011]本發明的優點在于對電機的參數或狀態的計算不干擾變頻器的控制器的操作。進一步，可以自由選擇計算的操作點。優選地，計算的操作點是用戶指定的或基于變頻器的使用而選擇的。計算的操作點的選擇直接提供了可用的數據，據此可以改進變頻器的操作。
【附圖說明】
[0012]在下文中，將參考附圖借助于優選實施方式更詳細地描述本發明，在附圖中:
[0013]圖1示出了計算的操作點的示例；以及
[0014]圖2示出了對計算的值進行校準的示例。
【具體實施方式】
[0015]在電機設計中已知的是，使用FEM(有限元法)計算和軟件。這些計算需要電機的幾何形狀和材料作為起始信息。使用這樣的計算，可以精確地計算電機的磁行為。
[0016]在本發明中，首先使用傳統的識別過程來識別一個或多個電機參數。通常，這樣的過程包括向使用變頻器的電機提供已知的電壓脈沖或電壓脈沖序列。提供脈沖之后或在提供脈沖期間，對這些脈沖的響應進行檢測。響應可以是電流或電壓，并且可以從所提供的電壓和響應來計算參數值。
[0017]通常，在驅動器調試期間，即當變頻器和電機的組合第一次投入使用時，執行這些識別測試。識別過程僅針對某個操作點或某些操作點來采集參數。例如，識別過程可以提供在沒有負載的情況下的在額定轉速和磁通水平下對感應電機主電感的估計。因此，無論電機的實際電流如何，則都在變頻器的控制器中使用電感值。
[0018]在本發明中，以已知的方式即使用由與電機連接的變頻器產生的電壓和電流來識別電機的參數。在已知的操作點中識別參數。進一步，將識別的參數存儲在變頻器中，并且在變頻器的控制器結構中使用所識別的參數。
[0019]根據本發明，表示旋轉電機的機械模型被提供至變頻器。機械模型包括電機的精確的幾何尺寸和電機的構造材料的信息。使用有限元法的對電機狀態的計算需要使用該信息。因為在任何有限元計算中，機械模型的精確度產生更精確的電機狀態信息。
[0020]進一步，在該方法中，變頻器計算旋轉電機在第一操作狀態下的狀態。在計算中，使用變頻器的處理器的空閑容量，并且使用有限元法來完成計算。
[0021]變頻器的處理器的主要用途涉及以期望的方式來控制電機。即處理器讀取如可能的測量和輸入命令，并且執行控制方案。當不要求處理器的全部容量都用于控制時，處理器可以在后臺運行其它任務。如果再次發生中斷或者激活了高優先級任務，則中斷后臺任務，并且處理器進入其主要用途。當處理容量可用時，FEM計算作為后臺任務運行。
[0022]因為在與常用參數識別相同的操作點處對FEM計算進行計算，所以獲得的結果應該是相同的。因為FEM計算產生電機的電磁狀態，所以FEM計算無法直接產生參數值。電機的電磁狀態提供了在電機的核中流動的磁通量的信息。當電機的電流也已知時，磁通量和磁通密度進一步用于確定電感。
[0023]在示例中，在沒有負載的情況下，首先識別在具有額定轉速和磁通的操作點中的感應電機的主電感，還采用以上所述的方式將FEM方法應用于在相同操作點中的主電感的計算。
[0024]當完成第一操作點中的FEM計算時，計算可以進行至其它感興趣的點。根據以上對FEM計算進行計算，但是在不同的起始值(即在電機的另一操作點中)的情況下。其它操作點可以是如具有兩倍額定轉矩的主電感。
[0025]第一 FEM計算用于對從FEM計算獲得的結果進行校準。將識別的值與計算的值進行比較，并且對使用FEM方法計算的參數的值進行校正，使得該計算的參數的值等于識別的值，因為識別的值比計算的值更加精確。可以通過使用與識別的值和計算的值之間的差對應的數量來改變該計算的參數的值，以對FEM計算的值進行校正。即如果值Xld是使用識別而獲得的，并且值xFEM是使用FEM方法在相同操作點中獲得的，那么通過與值X ^和X ■之間的差對應的數量來對使用FEM方法獲得的每個值xFEMil進行校正。
[0026]變頻器可以安裝有FEM計算程序，并且當電機的數據被加載至變頻器時，就可以啟動FEM計算。如果系統的用戶不指定任何用于計算的特定的感興趣的點，則變頻器本身可以基于設置標準來選擇計算的點和參數。例如，設置該標準，使得如果注意到變頻器主要在相同操作點控制電動機，特別是如果該操作點不包括在識別運行中，則對這樣的點的參數進行估計。例如，本發明的變頻器可以處于栗送過程中，栗送過程在少數操作點中重復進行操作。變頻器可以寄存這樣的用途，并且如果操作點不是在其中進行識別運行的那樣的點，則變頻器可以在這些操作點中啟動FEM計算以獲得準確的電機狀態信息，并且因此對在控制器結構中使用的參數進行優化。
[0027]可以在其中處理FEM計算的其它感興趣的點是操作的最大點。也就是說，在如電流和/或轉矩的最高允許值的操作點執行FEM計算。因為電機的飽和度隨著最高電流為最高，所以在這樣的操作點的計算是感興趣的。
[0028]—種可能的計算方案是形成計算的點的矩