CN102257396B - 用于监测三相电机的控制器和/或电机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于监测控制三相电机的控制器和/或用于监测电机、尤其是异步电机或同步电机的方法，所述方法至少包括以下步骤：测量2个相电流（ia，ib）；检查被测量的2个相电流（ia，ib）中的一个是否实质上为零；如果被测量的2个相电流（ia，ib）中的至少一个实质上为零，则产生错误信号；检查被测量的2个相电流（ia，ib）是否实质上不等于零；给出被测量的2个相电流（ia，ib）的总和；以及如果被测量的2个相电流（ia，ib）的总和实质上等于零，则产生错误信号。

Description

用于监测三相电机的控制器和/或电机的方法

技术领域

本发明涉及一种用于监测控制三相电机的控制器和/或用于监测电机、尤其是异步电机或同步电机的方法。

背景技术

公知在洗碗机排放泵中使用单相分极电机。这些电机被设计用于离散操作点，且直接连接到电压源。单相的丢失导致电机停止且可由相电流的缺失立即被识别出。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够检查用于控制电机的控制器的功能和/或尤其是家用器具的电机的功能的方法。特别地，要使用这样的电机，所述电机与上述分极电机相比具有更通用的特性。

根据本发明，上述目的通过一种用于监测控制三相电机的控制器和/或用于检查电机、尤其是异步电机或同步电机的方法实现，所述方法至少包括以下步骤：

-测量2个相电流（ia，ib）；

-检查被测量的2个相电流（ia，ib）中的一个是否实质上为零；

-如果被测量的2个相电流（ia，ib）中的至少一个实质上为零，则产生错误信号；

-检查被测量的2个相电流（ia，ib）是否实质上不等于零；

-给出被测量的2个相电流（ia，ib）的总和；以及

-如果被测量的2个相电流（ia，ib）的总和实质上等于零，则产生错误信号。

在此处描述的***中，被测量的电流在可能的错误组合方面被考查以下情况：是否被测量的电流中的一个电流为零，另一个不为零；和/或被测量的电流的总和实质上为零。如果满足条件中的至少一个条件，则输出错误信号，该错误信号表明控制器和/或电机不正确地操作。

在这种情况下，应当指出，如果一个相丢失，则丢失的相中的相电流为零，而其他两个相中的电流相反、幅度相等（反相）。由于两个相电流均是每隔180°具有零值的正弦波电流，以及由于三个相电流也分别每隔180°具有零值，因此在本发明的方法中，必须考虑到：条件“为零”对于某段时间来说是允许的，且不提供任何有关功能能力的信息。所述相电流的电流测量结果也会具有公差，使得优选地，（一个公差带）的限度被限定，在所述限度内，相电流可认为为零。同样地，给出限度（第二公差带），两个相电流之差必须位于该限度内才能判断两个相电流彼此反相。在本发明的方法中，仅测量三个相电流中的两个相电流就足够，这是因为同步电机的三相以星形结构连接。由于星形电路的节点的总电流为零，因此，整个三相***可由两个被测量的相电流探测，从而，缺失的相绕组电流或相电流可被确定。如果相丢失，则必须判断执行电流测量的两个电流测量装置中的一个是否位于相应的相绕组中，或该相绕组是否是没有配备电流测量装置的那一个相绕组。

优选地，如果第一计数器在确定的时段内多次超过第一可指定的阈值，则第二计数器被累加。

优选地，如果第二计数器超过第二、尤其是可指定的阈值，则探测到至少一个相电流的丢失、即异步电机或同步电机的至少一个相的失效。该方法在探测同步电机的至少一个相的丢失中具有高的可靠性。

特别地，如果第一计数器超过第一阈值，第二计数器可被累加，且定时器被启动。第一计数器优选在超过第一阈值时复位。如果在确定的时段内，第一计数器至少又一次超过第一阈值，则第二计数器尤其进一步被累加。根据信息的可靠性，第一计数器可必须超过阈值不是仅一次，而是两次以上。所述确定的时段尤其是涉及所述定时器的可指定的时段。

本发明还涉及一种用于家用器具的电机的功能监测、尤其是用于执行上述方法的装置，其中，电机被实施为以星形结构连接的三个绕组、三相、永磁激励同步电机，且被提供有磁场定向矢量调节，而且两个相电流可借助于测量装置测量，测量结果借助于用于监测同步电机的速度和/或用于监测同步电机的所有相绕组中的相电流的存在性的探测器电路分析。

本发明还涉及一种家用器具、尤其是洗碗机或洗衣机，其中，家用器具设有所述类型的装置。

附图说明

附图示出了本发明，附图如下：

图1示出了配置图，所述配置图使得可监测同步电机的功能；以及

图2示出了用于三相永磁激励同步电机的矢量调节的调节器电路原理图。

具体实施方式

本发明基于家用器具、尤其是洗碗机或洗衣机的三绕组、三相永磁激励同步电机，其中，同步电机例如用于驱动家用器具的充当排放泵和/或循环泵的泵。

图1示出了三绕组、三相永磁激励同步电机108的三个相绕组100、101和102，其中，三个相绕组100-102以星形结构103连接在一起。相绕组100和101中的每个相绕组被配置有相应的电流测量装置104、105，所述电流测量装置测量相应的相电流ia和ib。相电流ia和ib借助于装置106被变换为、尤其是转换为分量电流iα、iβ。两个相电流ia、ib和/或两个分量电流iα、iβ被供给探测器电路107，所述探测器电流承担同步电机108的速度n的监测和/或同步电机108的三个相绕组100、101和102中的所有三个相电流的存在性的监测。由于星形接点103处的总电流为零，因此仅测量两个相绕组100和101中的相电流ia和ib就足够。相绕组102中的相电流此时可被计算出来。为了澄清术语，还应指出，如果涉及物理操作***，则称作“相绕组”，如果涉及电压***的产生，则称作“相”。

同步电机108利用所谓的磁场定向矢量调节进行控制。两个相电流ia和ib用于此目的，以便在考虑到同步电机108的电机模型的情况下能够利用三相脉宽调制电压***控制所述电机。该电压***的频率、相位和幅度可被调节。因此，通过所谓的调制器向同步电机108供电。

如上所述，也可称作相电流的相绕组电流ia、ib借助于两个电流测量装置104和105测量。两个电流测量装置104和105均具有分流电阻，其中，在相应的分流电阻处产生的压降分别与相应的相电流ia或ib成正比。

图2通过调节器电路原理图示出了用于磁场定向矢量调节的调节电路。两个相绕组电流ia、ib从具有相错120°的电流的三相电流***测量。这利用根据图1的电流测量装置104、105进行。借助于以附图标记1表示的Clark变换（图1中的装置106），相错120°的两个真实相电流ia、ib被转换为复数、定子定向正交坐标***，这意味着，此时具有包括分量电流iα和iβ的两相90°***。这两个分量电流iα和iβ借助于以附图标记2表示的Park变换经由转子角转变为转子坐标***。这产生被旋转的电流分量id和iq，其中，id与磁化电流对应，iq与同步电机的转矩产生电流对应。这些电流分量id和iq在下游的PI调节器阶段3和4中根据不同的设定值idsoll和iqsoll被调节。随后，执行逆变换，该逆变换以附图标记5表示，且除了用于电机模型6的分量电压uα和uβ以外，所述逆变换还提供用于调制器7的幅度。调制器7包括能够产生三相脉宽调制电压***的元件，所述三相脉宽调制电压***的频率、相位和幅度是可调节的。这种调制器7还称作变频器。为了提供分量电压uα和uβ的幅度，在调制器7的输入侧提供有绝对值产生器8。已在上面提及到的转子角（转子位移角）不是直接在同步电机108处测量，而是借助于电机模块6由分量电流iα和iβ和分量电压uα和uβ计算。电机模型6仿真同步电机108。由转子角的时间差分计算速度n。所述时间差分以附图标记9表示。在知道离散调制步时间（Modulationsschrittzeiten）的情况下，由速度n计算用于调制器7的当前角度步幅（Winkelschritt）。由于在同步电机108起动时没有电流和速度信息可用，因此同步电机108将以受控的方式起动。为此，提供了以附图标记10表示的斜坡模型，该斜坡模型根据起始斜坡坡度产生当前目标速度和当前角度步幅。用于两个电流分量id和iq的设定值被指定为固定值。图2包含三个开关11、12和13，所述开关分别处于起动同步电机108所需的位置。一旦同步电机108已被起动，其就被变换。在起动过程中，调制器7以正弦波表运行，以产生具有斜坡模型10的斜坡的角增量和设定起动值的电流调节器电路的幅度的输出电压特性。如果达到了绕组电流值ia、ib可被安全测量且电机模型6可被安全计算的确定速度n，则从受控操作变换为被调节的操作，这意味着，开关11-13被变换且产生同步点。被实施为PI调节器的速度调节器15此时根据现有速度变化计算用于产生转矩的电流分量iq的设定值iqsoll。磁化电流分量id被调节为零。

关于相电流iα和iβ的测量，应当指出，这些相电流借助于同步电机108的电机绕组的足点中的电流测量装置104、105的两个分流电阻进行测量。半桥电路尤其是设置在调制器7中。两个分流电阻处的压降借助于两个快速放大器电路快速地根据0V-5V的微控制器的电压测量范围调整。放大器电路被相同地构造且被设计成可在没有失真的情况下在脉宽调制的范围内进行电压测量。由于需要在两个足点中测量相同幅度的正电流和负电流，因此，放大器电路分别具有偏置电压，该偏置电压要处于可能的控制范围的中间。各偏置电压在电机停止时始终被测量，并被检查合理性。为了减小干扰的影响，偏置电压被SW低通滤波。在不合理的偏置电压的情况下，变频器软件处于泵的控制是不可能的错误状态。

相电流ia和ib在中断控制下被采样，所述中断控制以变频器的脉宽调制器的脉宽调制频率执行。采样时间点位于变频器的三个低端功率半导体的控制的中间。在该时间点，同步电机108的三个电机绕组经由功率半导体被短路，且电机绕组的自由电流可被测量。由于采样的触发精确地位于脉冲的中间，因此，由于脉宽调制切换沿（Schaltflanken）产生的干扰影响被最小化。在脉宽调制循环中，仅一个电流被采样。两个电流在计算电机模型之前时间上错开脉宽调制循环时间测量。在这种情况下要求，同步电机的相中的电流在脉宽调制循环时间中是恒定的。脉宽调制频率被选择成实现该条件。电流以10位模拟-数字转换器分辨率探测。在该分辨率的情况下，相电流的峰-峰值被描绘。

变频器的输出电压的调制根据查找表（LUT）方法实施。输出电压的当前角度存储在相位累加器（16位）中，且通过调节算法每600μs循环地进行修正。在修正操作之间，调制角以恒定的角速度继续。LUT具有16位的分辨率，且以256检验点存储在控制器的闪存中。在每二个脉宽调制循环中，脉宽调制值被更新。输出电压在每一调制值计算中借助于变频器的中间电路电压修正。这能够大大地补偿变频器的中间电路中的电压波动的影响。

如上所述，变换步骤以所述的磁场定向矢量调节进行，以将相绕组电流ia和ib转换为分量电流iα和iβ。该转换步骤是纯数学运算的，并不包含任何模型。如上所述，分量电流iα和iβ以正交表示方式描述三相电流***。具有定子基准的角度由两个分量电流iα和iβ计算。该测量以确定的时间间隔重复进行。该间隔优选被选择成使它们满足错误探测要求。通过根据时间对角度进行差分运算，由正在进行的测量结果计算角速度，进而计算同步电机108的速度n。优选地，相邻角度的角度差和相邻时间的时间差被形成，且为了差分运算，角度差除以时间差。

由于电流样本可被放弃，而这意味着用于ia和ib的两个电流样本的时间归属可改变且测量在较低的速度范围内更不准确，因此速度可优选被滤波分析处理。作为滤波的一种替代方案，有利地应用选择标准。如果x-值的y-值与一预定值对应，则认为该结果是正确的。

如上所述，同步电机108的三个相绕组100-102以星形结构连接。由于节点的总电流为零，因此，只要测量三个相绕组中的两个绕组即可。这已参看图1进行了解释。如果丢失一相，即，如果一相的相电流丢失，必须判断两个电流测量中的一个是否处于该相中，或判断这是否涉及未被测量的那一相。因此，应检查两个电流测量装置104、105中的一个是否处于该相中。

如果丢失了一相，则丢失的相中的电流、即相应的相绕组中的电流为零，且其他两个相/相绕组中的电流相反，并在幅度上相等。从而，存在所谓的反相。由于两个相电流ia、ib每隔180°均为零（正弦波电流）、且三个相电流每隔180°也均为零，因此，在对零电流的测量中，必须考虑以下情况：对于某段时间，这种状态是允许的。借助于电流测量装置104和105的电流测量均具有公差，从而，必须确定一定的限度，在该限度内，电流认为为零。同样地，需要这样的限度，两个电流之差位于该限度内就可认为两个电流彼此相反。在第一种情况下，第一公差带被限定为限度，在第二种情况下，第二公差带被限定为限度。为了监测同步电机108的相绕组的完整性，即，为了监测同步电机108的至少一个相是否失效，两个被测量的电流ia和ib在以下可能的错误组合方面被考查：a）如果两个被测量的相绕组电流ia、ib中的一个位于第一公差范围内，则该相绕组电流被认为为零；b）如果两个被测量的相绕组电流ia、ib之差位于第二公差范围内，则两个被测量的相绕组电流被认为是以反相方式彼此相反。

在步骤a）中，考查两个电流ia、ib中的一个是否在由第一公差带限定的零电流限度内。在步骤b）中，考查被测量的电流ia、ib之差是否在由第二公差带限定的反相限度内。

基本上，应当指出，原则上，探测零电流比探测反相更简单些。如果两个所述事件中的一个事件发生，则第一计数器被累加，尤其是根据事件的类型按一定的权重增大。如果测量结果不满足一个事件也不满足另一事件，则第一计数器被复位。

如果该第一计数器超过了第一阈值，第二计数器被累加，且第一计数器被复位，而且定时器也被启动。如果在确定的时段内，尤其是在指定的定时器时间内，第一计数器的第一阈值被第二次或被至少第二次超过，则第二计数器被再次累加。如果这种情形没有发生，第二计数器被复位。如果第二计数器超过了第二阈值，则探测出一个相的丢失、即探测出相绕组100、101、102中的相绕组电流的缺失。

总之，对于用于速度探测的方法，可以看出，磁场定向矢量调节的变换步骤的分量电流iα和iβ在没有建立模型的情况下被使用。定子定向角度总是在至少两个确定的时间点处被计算，其中，时差仅需要满足用于探测静止状态的精度要求（考虑随后的滤波器/随后的分析）。这之后是由角度的时间差分计算速度（近似的速度）。此外，执行速度信息的权重考虑（尤其是公差内的x速度值的y）。

检查相绕组的完整性的过程测量星形连接的同步电机的两个相绕组电流。如果电流低于零电流阈值或两个电流之差位于反相阈值内，则执行第一计数器的权重增大。如果在确定的时段内第一计数器超过了第一被权重的计数器的（第一）阈值，第二计数器被增大。如果第二计数器超过了相应的（第二）阈值，则探测到一个相的丢失。

Claims (8)

1.一种用于监测控制三相电机的控制器和/或用于监测该三相电机的方法，所述方法至少包括以下步骤：

-测量2个相电流(ia，ib)；

-检查被测量的2个相电流(ia，ib)中的一个是否实质上为零；

-如果被测量的2个相电流(ia，ib)中的至少一个实质上为零，则产生错误信号；

-检查被测量的2个相电流(ia，ib)是否实质上不等于零；

-给出被测量的2个相电流(ia，ib)的总和；以及

-如果被测量的2个相电流(ia，ib)的总和实质上等于零，则产生错误信号；其中

-如果产生错误信号，第一计数器被累加；

-如果第一计数器在确定的时段内多次超过第一计数器的第一阈值，则第二计数器被累加；

-如果第二计数器超过第二阈值，则探测出三个相电流中的至少一个相电流的丢失。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，如果第一计数器超过第一阈值，则第二计数器被累加且定时器被启动。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，第一计数器如果超过第一阈值则被复位。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，如果在所述确定的时段内第一计数器至少又一次超过第一阈值，则第二计数器被进一步累加。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述确定的时段是定时器的可指定的定时器时间。

6.如权利要求1、2、5中任一所述的方法，其特征在于，三相电机用于操作家用器具。

7.如权利要求1、2、5中任一所述的方法，其特征在于，所述三相电机是异步电机或同步电机。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述家用器具是洗碗机或洗衣机。