CN105813882A - 用于使电机运行的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于为了从正常或者空转运行平缓地更换到主动的短路来使电机运行的方法和设备。为此，用来操控电机的电压首先以被限定的方式被下调到预先给定的、优选地很小的值，并且所述电机的相端子紧接着才被短接。因此，可以避免太大的过电流、尤其是大于电机的额定电流的过电流。

Description

用于使电机运行的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种用于使电机运行的设备和方法。尤其是，本发明涉及一种用于在电机过渡到主动的短路运行时使电机运行的设备和方法。

背景技术

电机（诸如永久励磁的同步电机）被用于大量的技术应用。例如，电机可以被用作针对完全或者部分地电运行的机动车的驱动装置。在此，出于安全原因，必须针对可能的故障情况采取预防措施。这种故障情况例如可以是针对电机的可靠的运行提供测量值的传感器的干扰或者停止运转。另一故障情况例如可以是在电运行的机动车中的供电电压的中断。针对在故障情况下的运行模式的可能性是电机的空转运行。在此，电机没有从外部进一步被加载电压。在此，该机器的电的相端子彼此被分开。另一可靠的运行模式是所谓的主动的短路。在所述主动的短路的情况下，该机器的所有的相端子都通过适当的开关元件彼此电连接。

从德国专利申请DE102012101508A1公知如下方法和设备：所述方法和设备在供电电压中断时首先使电机运行在这种主动的短路中。在这种情况下，在用于电机的操控电路（Ansteuerschaltung）的中间电路中的整流阀被闭合，并且电机的端子因此被短接。

存在对如下用于使电机运行的设备和方法的需求：所述设备和方法使得能够在电机上可靠地并且小心地使主动的短路运行开始。

发明内容

为此，本发明提出了一种用于使电机运行的设备，所述设备具有逆变器，所述逆变器被设计为在受控运行中在电机的端子上提供交流电压并且在短路运行中将电机的端子彼此电连接，其中所述逆变器此外还被设计为在从受控运行过渡到短路运行时将在电机的端子上被提供的交流电压的幅度设置（einstellen）到预先确定的值。

在另一方面，本发明提出了一种用于使电机运行的方法，所述方法具有如下步骤：用交流电压操控电机的端子；将用来操控电机的交流电压的幅度设置到预先确定的值；并且在所述交流电压的幅度已经被设置到预先确定的值之后，将电机的端子电连接。

本发明的优点

本发明所基于的思想在于：在电机被切换到主动的短路之前，首先将在电机的相端子上的电压以被检查的方式（kontrolliert）降低到适当的电压水平上。因此，不是突然地进行从电机的当前的运行模式到主动的短路的过渡，而是在被调节的框架条件下进行从电机的当前的运行模式到主动的短路的过渡。通过在主动的短路之前在电机的相端子上的电压的被检查的过渡，可能的是将电机变换到主动的短路，而在这种情况下不出现额外的过电流。

在过渡到主动的短路时减少最大电流使得不仅给操控电路而且给电机本身相对应地更有效地确定尺寸成为可能。除此之外，通过减小最大地出现的电流也提高了电机和操控电路的使用寿命并且因此增加了总***的可用性。尤其是可以减小如下危险：由于过高的过电流而在更换到主动的短路时在电机中发生了在该机器的转子中的磁体的去磁。在按照本发明的到主动的短路的过渡中，在电机之内的和尤其是在电机的绕组中的机械负荷也下降。

按照一实施形式，所述逆变器被设计为在从受控运行过渡到短路运行之前将在电机的端子上被提供的交流电压的幅度降低到0伏特上。可替换地，可以将在电机的相端子上的电压降低到接近0伏特的值上或者至少减少到比在受控运行期间在电机的端子上的电压小的值上。通过在过渡到主动的短路之前在电机的相端子上的电压的这种降低可以保证的是：不发生危险的过电流，所述过电流会导致所使用的构件的损坏或者过早的老化。

按照一实施例，所述逆变器被设计为在空转运行中将电机的端子彼此电分开，而且所述逆变器进一步被设计为在从空转运行过渡到短路运行时首先在电机的端子上提供交流电压。在空转运行中，电机首先没有主动地***控。如果应该从空转运行更换到主动的短路，那么为了避免太大的过电流因而可以首先利用如下电压来操控电机：所述电压至少对应于接近当前附在电机的端子上的空转电压。于是，接着用来操控电机的电压可以主动地被降低到预先确定的值上，所述值对于小心地更换到主动的短路是必要的。以这种方式，从空转运行小心地过渡到主动的短路也是可能的，而在此不会出现危险的过电流。

按照一实施例，所述设备此外还包括转速传感器，所述转速传感器被设计为确定电机的转速，其中在从空转运行过渡到短路运行时，所述逆变器首先确定与转速有关的空转电压并且在电机的端子上提供确定的与转速有关的空转电压。因为所述空转电压一般是与电机的转速有关的函数，所以在这种情况下也可以使得有效地确定在电机上的空转电压成为可能，使得即使在利用空转电压操控电机时也不发生在由逆变器所提供的电压与实际上的空转电压之间的较大的差异。

附加地或者可替换地，所述用于使电机运行的设备也可以拥有电压传感器，所述电压传感器检测在该机器的端子上的电压，其中在从空转运行过渡到短路运行时，所述逆变器首先设置由传感器所检测的空转电压。紧接着，从该电压出发，所述操控可以被适配到针对更换到主动的短路必要的电压上。

按照一实施例，所述逆变器被设计为：在结束受控运行之后在预先确定的持续时间之内将交流电压的幅度设置到预先确定的值。以这种方式可以预先给定如下时间区间：在所述时间区间之内进行从受控运行到短路运行的过渡。因此，也保证了在激活主动的短路时不发生不合比例的延迟。

可替换地，也可能的是：在从受控运行过渡到短路运行时，所述逆变器利用预先确定的斜率、也就是说利用每时间单位的预先确定的电压差来设置被提供在电机的端子上的交流电压的幅度。以这种方式可以保证的是：不发生电压比中的太大的改变。

此外，本发明还涉及一种具有电机的电驱动设备和一种按照本发明的用于使该电机运行的设备。

在此，按照一实施例，该电机包括永久励磁的同步电机。

此外，本发明还涉及一种具有电机的机动车，所述电机被按照本发明的用于使该电机运行的设备操控。

此外，按照一实施例，用于使电机运行的方法还包括如下步骤：使电机运行在空转运行中，其中电机的端子彼此电分开；确定空转电压，所述空转电压对应于在空转运行中的电机的端子上的电压；并且利用所确定的空转电压操控电机的端子。

附图说明

本发明的其它的实施形式和优点参考附图从随后的描述得到。

在此：

图1示出了电驱动设备的示意图；

图2示出了在空转运行中的电驱动设备的示意图；

图3示出了按照一实施形式的在主动的短路运行中的电驱动设备的示意图；

图4示出了按照另一实施形式的在主动的短路运行中的电驱动设备的示意图；

图5示出了按照本发明的另一实施形式的电驱动***的示意图；和

图6示出了针对如另一实施形式所基于的那样的方法的流程图的示意图。

具体实施方式

图1示出了如本发明所基于的那样的电驱动***的示意图。所述电驱动***包括电机2和逆变器1。在此，逆变器1利用电能、优选地直流电压来馈给。所述直流电压例如可以源自电蓄能器（诸如电池）。在此，例如可以涉及电动车辆或者混合动力车辆的牵引电池。用于提供电压的可替换的可能性同样是可能的。例如也可以从交流电压电网取得电能并且借助于AC-DC转换器将电能转变为直流电压。

在受控运行中，逆变器1将在输入端上被提供的电能转换为适当的交流电压，并且在电机2的相端子上提供该交流电压。在此，在正常运行中可以设置在电机2的端子上的被提供的电的交流电压，使得所希望的转速或者所希望的转矩通过电机2被实现。为此，电驱动***此外也还可以拥有一个或者多个传感器（未示出），所述一个或者多个传感器例如确定在电驱动***之内的当前的转速、电压比或者相电流。接着，所述传感器值可以被调节装置分析，并且于是可以基于预先给定的额定值使逆变器1的操控适配。

在这里所示出的实施例中，电机2是三相电动机。除此之外，具有其它数目的相端子的电机也同样是可能的。电机2例如可以是同步电机、优选地可以是永久励磁的同步电机。但是，除此之外，其它的电机（诸如异步电机等等）也同样是可能的。

在此，逆变器1包括多个开关元件10a-10f。因此，通过适当地操控所述开关元件10a-10f，逆变器1可以根据在输入端上被提供的电压转换在电机2的端子上被提供的交流电压。按照各个开关元件10a-10f的操控，例如通过所述开关元件10a-10f的适当的脉动（Pulsen）可以生成具有预先给定的幅度的交流电压。在此，这样产生的交流电压的幅度可以根据电机2的要实现的转矩或要实现的转速而被适配。

优选地，开关元件10a-10f是半导体开关元件（诸如IGBT或者MOSFET）。除此之外，可以与所述开关元件10a-10f中的每个并行地布置空转二极管。在半导体开关断开的情况下，由电机2驱动的电流必要时可以流经该空转二极管。

图2示出了在空转中的电驱动***的示意图。在此，为了更好地图示，开关元件10a-10f只被示为简单的开关。在此，与图1类似地，所述开关元件10a-10f中的每个都可以是具有并联的空转二极管的半导体开关。在此，在图2中所示出的开关元件分别展示出相对应的开关元件10a-10f的状态。在此，在这里所示出的空转运行中，所有的开关元件10a-10f都被断开。因此，在电机2上，没有电压通过逆变器1被提供。因此，仅仅由在发电机运行中的电机2所产生的空转电压附在电机2的接线柱上。在此，必要时，电流可以流经与开关元件10a-10f并行地被布置的空转二极管。

图3示出了按照第一实施例的在主动的短路中的电机2的操控的示意图。在该实施例中，上面的三个开关元件10a、10b和10c闭合。因此，电机2的相端子通过所述三个开关元件10a-10c彼此电连接、即被短接。

图4示出了按照另一实施例的针对主动的短路的可替换的示意图。在此，在该实施例中，下面的开关元件10d、10e和10f闭合，而上面的三个开关元件10a-10c断开。因此，在该实施例中，电机2的相端子通过下面的三个开关元件10d-10f彼此电连接并且因此被短接。

图5示出了按照本发明的一实施形式的电驱动设备的示意图。所述电驱动设备包括电机2。在此，电机2可以是之前已经被提到的电机、诸如同步电机（例如永久励磁的同步电机）或者可替换地也可以是异步电机或者类似的。在该实施例中，所述用于将电机2与逆变器1连接的三个相端子只是示例性地要被理解。除此之外，任意的其它数目的相端子同样是可能的。

如之前已经被描述的那样，电机2被逆变器1操控。在此，在正常运行中，逆变器1在电机2的相端子上分别提供适当的交流电压信号。以这种方式，可能的是以预先给定的转速或者预先给定的转矩来使电机2运行。

如果在电驱动装置的运行期间发生故障情况，那么在此将电机2的相端子相互短接可以是必要的。为此，电机2可以按照图3或者图4通过逆变器1被置于主动的短路，而这样可以制造电机2的可靠的状态。

如果这种要求主动的短路的故障情况通过逆变器1的控制设备11或者也通过外部的检查和/或控制设备（这里未示出）被识别出，那么电机2的相端子不是直接地立即彼此电连接。逆变器1的控制设备11一探测到故障情况或者通过另一端子A获得针对主动的短路的要求，在电机2的相端子上的电压就首先连续地被适配到使得更换到主动的短路成为可能的值上，而在此不出现过电流。在此，例如可以涉及之前被限定的电压值、即可以涉及具有预先确定的幅度的交流电压，在电机2的相端子上的电压首先被调整到所述之前被限定的电压值。在此，在针对主动的短路的要求的时间点附在电机2的相端子上的电压一般连续地被降低到较小的电压值上。

因为电机2的相端子在电机2的主动的短路时被短接，所以在降低在电机2的相端子上的电压时将电压优选地从当前的值下调到0伏特。然而，也可能的是：不是将在电机2的相端子上的电压完全地下调到0伏特，而是将相电压只降低到预先给定的值上并且于是通过逆变器1将电机2的相端子相互短接。

在此，在针对主动的短路的要求开始时附在电机2的相端子上的交流电压的幅度可以在预先确定的时间间隔之内被适配到预先确定的值上，所述预先确定的值对于更换到主动的短路是必要的。所述时间间隔例如可以是为几毫秒（例如20毫秒、10毫秒、5毫秒或者也只是1毫秒）的时间间隔。以这种方式可以保证的是：在短时间之内也可以实际上实现主动的短路，而且刚好在故障情况下针对可靠的状态的设置不发生较大的延迟。

可替换地，也可以利用预先给定的最大斜率来实施将在电机2的端子上的当前的相电压更换到用于更换到主动的状态的值。也就是说，在此，附在电机2的相端子上的电压的幅度每时间单位最大地被改变了预先确定的值。以这种方式可以确保的是：在操控电机2时不发生太大的电压跃变。

在此，优选地线性地进行在电机2的相端子上的电压比的改变，也就是说在相端子上的电压的幅度在整个时段期间利用每时间单位恒定的电压改变来实施。但是，为了设置针对更换到主动的短路的预先给定的电压而交替地变化（Variation）电压值也同样是可能的。

如果在过渡到主动的短路期间通过d-q调节的调节量实行在电机2的相端子上的电压，那么所述两个电压的分量U_d(t)和U_q(t)可以如下地被调节：

；

；

在此，和分别是在针对主动的短路的要求开始时的两个初始的电压值，而是在其期间应该更换到主动的短路的时间区间。

在这种情况下进行：在更换到主动的短路时，将在电机2的相端子上的电压从在针对主动的短路的要求开始时的初始值降低到0伏特上，而为此测量相电流不会是必要的。

然而，可替换地也可能的是：只要是可支配的，就在调节过程中一起（mit）顺便提到关于电驱动设备的当前的状态（诸如在电机2上的相电流或者当前的电压比）的传感器值。

除此之外，在之前所描述的从其中电机通过逆变器1主动地被加载电压的正常运行到主动的短路的过渡中也可能的是：将电机从空转运行同样变换到主动的短路，而在这种情况下不出现危险的过电流。如果电驱动装置处于空转运行中，也就是说逆变器1的所有开关元件10a-10f是断开的并且电的相端子彼此电分开，那么在所述相端子上分别出现电的交流电压，所述电的交流电压在该时间点没有被逆变器1影响。

如果应该从该空转运行更换到主动的短路，那么在此必须首先通过逆变器1主动地操控电机2。在此，在所述通过逆变器1操控电机2期间可以将在电机2的相端子上的电压如之前已经被描述的那样降低到预先确定的值、例如0伏特上。为了在所述主动的操控开始时不造成电压跃变，在从空转运行更换到受控运行时首先利用如下电压操控电机2：所述电压对应于电机2的空转电压。为此，所述电驱动设备例如可具有测量在电机2的相端子上的电压的电压传感器12。这样被测量的电压值被提供给逆变器1的调节器11，在所述调节器11上，逆变器1在电机2的相端子上提供对应于所述电压值的交流电压。

可替换地也可能的是：通过转速传感器20检测电机2的当前的转速并且从中确定电机2的当前的空转电压。在电机2的转速与电机2的对应的空转电压之间的关系例如可以被存放在存储器中。因此，在确定电机2的当前的转速之后，对应的空转电压可以从该存储器被读出并且在所述电机的端子上被设置。可替换地也可能的是：限定在空转电压与转速之间的数学关系并且基于电机2的所检测的转速来确定空转电压。用于确定或计算空转电压的其它的可能性同样是可能的。除了以传感器技术测量电机2的当前的转速之外，也可能的是：基于模型、估计值或者最后主动地被调整的转速来确定转速。用于确定在空转中的电机2的转速的其它的可能性同样是可能的。

在已经首先通过逆变器1在电机2的相端子上设置空转电压之后，由逆变器1所提供的在电机2的相端子上的交流电压紧接着连续地被降低到预先确定的值上。如果达到所述预先确定的值，那么逆变器1于是例如按照图3或者4切换到主动的短路。

图6示出了如用于使电机2运行的方法100所基于的那样的流程图的示意图。在其中应该以预先给定的转速或者预先给定的转矩来使电机2运行的正常运行中，利用相对应的交流电压来操控电机2。如果这样***控的电机2应该更换到主动的短路，那么在出现相对应的事件（例如探测到故障情况或者直接要求主动的短路）之后将在所述电机的端子上的交流电压的幅度设置到预先确定的值。在此，从用来操控在正常运行中的电机的电压出发，在预先确定的持续时间之内或者利用预先给定的斜率到预先确定的值进行所述将交流电压设置到预先确定的值。在已经设置了在电机的端子上的交流电压的预先确定的值之后，在步骤130中，所述电机的端子彼此电连接并且这样被短接。

如果在步骤105中使电机运行在其中电机的端子彼此电分开的空转运行中，那么在此首先必要的是以被限定的方式操控电机。为此，在步骤106中确定对应于在空转运行中的电机的端子上的电压的空转电压。于是，在之前被描述的步骤110中利用所确定的空转电压进行电机的操控。

概括地说，本发明涉及一种用于为了从正常或者空转运行平缓地更换到主动的短路而使电机运行的方法和设备。为此，用来操控电机的电压首先以被限定的方式被下调到预先给定的、优选地很小的值，而所述电机的相端子紧接着才被短接。因此，可以避免太高的过电流、尤其是大于电机的额定电流的过电流。

Claims (10)

1.用于使电机（2）运行的设备，其具有：

逆变器（1），所述逆变器（1）被设计为：

在受控运行中在电机（2）的端子上提供交流电压并且在短路运行中将电机（2）的端子彼此电连接，

其中所述逆变器（1）被设计为：在从受控运行过渡到短路运行时，将在电机（2）的端子上被提供的交流电压的幅度设置到预先确定的值。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述逆变器（1）被设计为：在从受控运行过渡到短路运行之前，将在电机（2）的端子上被提供的交流电压的幅度降低到0伏特上。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述逆变器（1）被设计为在空转运行中将电机（2）的端子彼此电分开，并且其中所述逆变器（1）被设计为在从空转运行过渡到短路运行时首先在所述端子上提供交流电压。

4.根据权利要求3所述的设备，其具有被设计为确定电机（2）的转速的转速传感器（20），并且其中所述逆变器（1）在从空转运行过渡到短路运行时首先确定与转速有关的空转电压并且在电机（2）的端子上提供所确定的与转速有关的空转电压。

5.根据权利要求1至4之一所述的设备，其中，所述逆变器（1）被设计为：在结束受控运行之后在预先确定的持续时间之内将交流电压的幅度设置到预先确定的值。

6.电驱动设备，其具有：

电机（2）；和

根据权利要求1至5之一所述的设备。

7.根据权利要求6所述的电驱动设备，其中，所述电机（2）包括永久励磁的同步电机。

8.具有电机（2）的机动车，所述机动车由根据权利要求1至5之一所述的设备来操控。

9.用于使电机（2）运行的方法（100），其具有如下步骤：

利用交流电压来操控（110）电机（2）的端子；

将用来操控电机（2）的交流电压的幅度设置（120）到预先确定的值；并且

在所述交流电压的幅度已经被设置到预先确定的值之后，将电机（2）的端子电连接（130）。

10.根据权利要求9所述的方法，其具有如下步骤：

使电机（2）运行（105）在空转运行中，其中所述电机（2）的端子彼此电分开；

并且

确定（106）空转电压，所述空转电压对应于在空转运行中的电机（2）的端子上的电压；

其中用于操控（110）的步骤利用所确定的空转电压来操控电机（2）的端子。