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同步電機運動的確定.pdf

關 鍵 詞:
同步電機 運動 確定
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摘要
申請專利號:

CN200980120081.6

申請日:

2009.05.05

公開號:

CN102047551B

公開日:

2014.09.17

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H02P 6/16申請日:20090505|||公開
IPC分類號: H02P6/16; B66B1/24 主分類號: H02P6/16
申請人: 通力股份公司
發明人: 勞里·斯托爾特; 圖卡·考皮南
地址: 芬蘭赫爾辛基
優先權: 2008.05.30 FI 20080387
專利代理機構: 北京市柳沈律師事務所 11105 代理人: 呂曉章
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法律狀態
申請(專利)號:

CN200980120081.6

授權公告號:

102047551B||||||

法律狀態公告日:

2014.09.17|||2011.06.15|||2011.05.04

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種確定同步電機(1)的運動的方法和裝置。確定同步電機的運動的裝置包括:確定同步電機的至少一個電參量(4,4’)的部件;確定(9)同步電機的轉子的位置誤差的部件,其適合于基于前述同步電機的至少一個電參量(4)來確定轉子的位置誤差(8);以及校正(10)增量傳感器的運動信號的部件,其適合于基于前述同步電機的轉子的位置誤差的確定(9)來校正所讀取的增量傳感器的運動信號(3)。

權利要求書

1: 一種確定同步電機 (1) 的運動的方法, 在該方法中 : - 讀取增量傳感器 (2) 的運動信號 (3) ; 其特征在于 : - 確定同步電機的至少一個電參量 (4, 4’ ); - 基于前述同步電機的至少一個電參量 (4, 4’ ) 確定同步電機的轉子的位置誤差 (8) ; - 基于前述同步電機的轉子的位置誤差的確定 (9), 校正所讀取的增量傳感器的運動 信號 (3)。
2: 如權利要求 1 所述的方法, 其特征在于 : - 使用由前述同步電機的至少一個電參量 (4, 4’ ) 所傳達的、 關于同步電機的源電壓的 信息, 來確定同步電機的轉子的位置誤差 (8)。
3: 如權利要求 1 或 2 所述的方法, 其特征在于 : - 基于前述同步電機的轉子的位置誤差的確定 (9), 來確定同步電機的相當低速時的 最大允許行進距離 (11)。
4: 一種確定同步電機的運動的裝置, 其包括 : - 增量傳感器的運動信號 (3) 的輸入端 ; 其特征在于該裝置包括 : - 確定同步電機的至少一個電參量 (4, 4’ ) 的部件 ; - 確定 (9) 同步電機的轉子的位置誤差的部件, 其適合于基于前述同步電機的至少一 個電參量 (4) 來確定轉子的位置誤差 (8) ; - 校正 (10) 增量傳感器的運動信號的部件, 其適合于基于前述同步電機的轉子的位置 誤差的確定 (9) 來校正所讀取的增量傳感器的運動信號 (3)。
5: 如權利要求 4 所述的裝置, 其特征在于該裝置包括 : - 確定 (9) 同步電機的轉子的位置誤差的部件, 其適合于使用由前述同步電機的至少 一個電參量 (4, 4’ ) 傳達的、 關于同步電機的源電壓的信息來確定同步電機的轉子的位置 誤差 (8)。
6: 如權利要求 4 或 5 所述的裝置, 其特征在于該裝置包括 : - 確定 (12) 同步電機的相當低速時的最大允許行進距離的部件, 其適合于基于前述同 步電機的轉子的位置誤差的確定 (9) 來確定同步電機的相當低速時的最大允許行進距離 (11)。
7: 一種確定傳送裝置的運動的設備, 該設備包括 : - 用于移動傳送裝置的同步電動機 (1) ; - 連同同步電動機一起安裝的增量傳感器 (2) ; 其特征在于該設備包括 : - 確定同步電動機的至少一個電參量 (4, 4’ ) 的部件 ; - 確定 (9) 同步電動機的轉子的位置誤差的部件, 其適合于基于前述同步電動機的至 少一個電參量 (4, 4’ ) 來確定轉子的位置誤差 (8) ; - 校正 (10) 增量傳感器的運動信號的部件, 其適合于基于前述同步電動機的轉子的位 置誤差的確定 (9) 來校正所讀取的增量傳感器的運動信號 (3) ; - 確定傳送裝置的運動的部件, 其適合于基于增量傳感器的校正后的運動信號 (25) 來 2 確定傳送裝置的運動。
8: 如權利要求 7 所述的設備, 其特征在于該設備包括 : - 確定 (9) 同步電動機的轉子的位置誤差的部件, 其適合于使用由前述同步電動機的 至少一個電參量 (4, 4’ ) 傳達的、 關于同步電動機的源電壓的信息來確定同步電動機的轉 子的位置誤差 (8)。
9: 如權利要求 7 或 8 所述的設備, 其特征在于該設備包括 : - 確定 (12) 傳送裝置的相當低速時的最大允許行進距離的部件, 其適合于基于前述同 步電動機的轉子的位置誤差的確定 (9) 來確定傳送裝置的相當低速時的最大允許行進距 離 (11)。
10: 如權利要求 7-9 中任一項所述的設備, 其特征在于前述傳送裝置包括電梯轎廂。

說明書


同步電機運動的確定

    【技術領域】
     本發明的目的是一種如權利要求 1 的前序部分所限定的確定同步電機的運動的 方法、 如權利要求 4 的前序部分所限定的確定同步電機的運動的裝置, 以及如權利要求 7 的 前序部分所限定的確定傳送裝置的運動的設備。背景技術
     在同步電動機調速時, 通常利用測量絕對編碼器 ( 諸如, 旋轉變壓器 ) 來識別轉子 位置。旋轉變壓器的測量精度極低。另外, 旋轉變壓器、 以及其他絕對傳感器通常必須安裝 在電動機的軸上, 這是因為電動機的構造可能難以安裝該傳感器。安裝在軸上的絕對傳感 器也可能增加電動機的軸向長度。
     最近, 也已經開發了不同的無傳感器位置識別, 其基于例如電動機磁路電感的測 量以及基于電動機的源電壓 (source voltage) 的估計。 磁路電感測量的基本原理是 : 將作為電壓脈沖或電流脈沖的激勵提供給電動機, 并且測量由此引起的響應以便確定電感。電感至少在一定程度上作為電角度的函數而變 化, 在此情況下, 可以依據電感的變化來確定轉子和定子之間的位置。 可以取決于將轉子鎖 定在其位置的方法、 或者也可以取決于旋轉轉子的方法來執行電感的確定。
     在前述的各方法中, 確定轉子位置的精度有差異。 尤其在實心轉子電動機中, 電感 的變化通常極小, 在此情況下, 所確定的位置信息的不準確度增加。 電感的變化在例如永磁 電動機類型中也通常較小, 在永磁電動機中, 永磁體被固定到轉子的表面作為表面磁體。
     為了測量電感, 將被提供到電動機的激勵信號與電動機的實際供電電壓相加。這 是作為以下情況 : 激勵信號減小了電動機的供電電壓的幅度的最大值。例如在利用具有中 間電壓電路的變頻器向電動機供電時, 這可能導致減小電動機的運行速度范圍。
     可以例如基于定子電流和定子電壓的測量來估計電動機的源電壓。 源電壓估計的 精度隨著電動機速度降低而降低, 而且零速的估計通常是不可能的。
     出版物 US5057759 公開了通過狀態觀測器確定交流電動機的轉子的轉子角度和 轉子角速度。
     發明內容
     本發明的目的是解決上面在現有技術描述中所呈現的問題以及下面在本發明描 述中所公開的問題。 在此情況下, 在本發明中公開了比現有技術更精確的、 對于同步電機的 運動的確定。在該確定中, 在關于轉子運動的測量反饋中, 僅僅使用增量傳感器。本發明還 公開了使用前述的對于同步電機的運動的確定的、 對于傳送裝置的運動的確定, 在此情況 下, 也可以比以前更精確地確定傳送裝置的運動。
     根據本發明的、 用于確定同步電機的運動的方法的特征在于權利要求 1 的特征部 分中公開的特征。根據本發明的、 用于確定同步電機的運動的裝置的特征在于權利要求 4 的特征部分中公開的特征。根據本發明的、 用于確定傳送裝置的運動的設備的特征在于權利要求 7 的特征部分中公開的特征。本發明的其他特征的特征在于其他權利要求中公開的 特征。在本申請的說明部分中還討論了一些發明性實施例。本申請的發明內容還可以與呈 現的權利要求進行不同地限定。尤其如果依據表達或明確的子任務、 或者從所實現的優點 或者優點類別的視點來考慮本發明, 則發明內容還可以由若干單獨的發明組成。在此情況 下, 從單獨的發明構思的視點來看, 在權利要求中包含的一些特征可能是冗余的。
     在根據本發明的用于確定同步電機的運動的方法中, 讀取增量傳感器的運動信 號; 確定同步電機的至少一個電參量 ; 基于前述同步電機的至少一個電參量確定同步電機 的轉子的位置誤差 ; 以及還基于前述同步電機的轉子的位置誤差的確定, 校正所讀取的增 量傳感器的運動信號。
     由于在增量傳感器的運動信號中通常出現累積誤差, 因此在具有苛刻精度需求的 應用中使用增量傳感器通常是難以使用的。要求精度的這些類型的應用包括例如 : 同步電 動機的矢量控制、 或者傳送裝置的運動的測量和監控。由于基于同步電機的轉子的位置誤 差的確定、 根據本發明來校正所讀取的增量傳感器的運動信號, 因此增量傳感器也可以用 于要求精度的這些應用中。
     根據本發明, 可以基于同步電機的至少一個電參量來確定同步電機的轉子的位置 誤差, 在此情況下, 可以無需單獨的絕對傳感器來執行前述的位置誤差確定, 并且簡化了測 量布置。
     可以例如經由摩擦輪 (friction wheel) 將根據本發明的增量傳感器安裝到同步 電機的任何運動部分的表面上。該傳感器可以安裝到例如同步電機的轉子的外緣、 或者例 如安裝到電梯電機的牽引滑輪的外緣。在此情況下, 傳感器的安裝布置比現有技術解決方 案中的安裝布置更簡單且在空間更高效, 在現有技術解決方案中絕對傳感器被同心地安裝 在同步電機的軸上。
     在本發明的一個實施例中, 使用由前述同步電機的至少一個電參量所傳達的、 關 于同步電機的源電壓的信息, 來確定同步電機的轉子的位置誤差。在本發明的一個實施例 中, 使用由同步電機的電流和電壓所傳達的、 關于同步電機的源電壓的信息, 來確定同步電 機的轉子的位置誤差。
     在本發明的一個實施例中, 基于前述的同步電機的轉子的位置誤差的確定, 來確 定同步電機的相當低速時的最大允許行進距離。
     根據本發明的用于確定同步電機的運動的裝置包括 : 增量傳感器的運動信號的輸 入端 ; 確定同步電機的至少一個電參量的部件 ; 確定同步電機的轉子的位置誤差的部件, 其適合于基于前述同步電機的至少一個電參量來確定轉子的位置誤差 ; 以及校正增量傳感 器的運動信號的部件, 其適合于基于前述同步電機的轉子的位置誤差的確定來校正所讀取 的增量傳感器的運動信號。
     在本發明的一個實施例中, 該裝置包括 : 確定同步電機的轉子的位置誤差的部件, 其適合于使用由前述同步電機的至少一個電參量傳達的、 關于同步電機的源電壓的信息來 確定同步電機的轉子的位置誤差。在本發明的一個實施例中, 使用由同步電機的電流和電 壓傳達的、 關于同步電機的源電壓的信息來確定同步電機的轉子的位置誤差。
     在本發明的一個實施例中, 該裝置包括 : 確定同步電機的相當低速時的最大允許 行進距離的部件, 其適合于基于前述同步電機的轉子的位置誤差的確定來確定同步電機的相當低速時的最大允許行進距離。
     根據本發明的用于確定傳送裝置的運動的設備包括 : 用于使傳送裝置運動的同步 電動機 ; 連同同步電動機安裝的增量傳感器 ; 確定同步電機的至少一個電參量的部件 ; 確 定同步電機的轉子的位置誤差的部件, 其適合于基于前述同步電機的至少一個電參量來確 定轉子的位置誤差 ; 以及校正增量傳感器的運動信號的部件, 其適合于基于前述同步電動 機的轉子的位置誤差的確定來校正所讀取的增量傳感器的運動信號 ; 以及確定傳送裝置 的運動的部件, 其適合于基于前述的增量傳感器的校正后的運動信號來確定傳送裝置的運 動。
     當基于增量傳感器的校正后的運動信號、 根據本發明來確定傳送裝置的運動時, 提高了確定傳送裝置的運動的精度, 諸如確定傳送裝置的位置的改變的精度。 同時, 例如也 提高了傳送裝置的停車精度。
     在本發明的一個實施例中, 該設備包括 : 確定同步電動機的轉子的位置誤差的部 件, 其適合于使用由前述同步電動機的至少一個電參量傳達的、 關于同步電動機的源電壓 的信息來確定同步電動機的轉子的位置誤差
     在本發明的一個實施例中, 該裝置包括 : 確定傳送裝置的相當低速時的最大允許 行進距離的部件, 其適合于基于前述同步電動機的轉子的位置誤差的確定來確定傳送裝置 的相當低速時的最大允許行進距離。 由于基于同步電機的轉子的位置誤差的確定來確定同步電機的相當低速時的最 大允許行進距離, 因此可以將同步電機的相當低速時的運動限制到允許范圍。例如當在停 靠樓層附近或在電梯井 (elevator hoistway) 的末端區域以相當低速驅動電梯轎廂時、 或 者當在沒有電梯轎廂的位置信息的情況下將電梯轎廂定位到電梯井的某個參考點時, 這在 電梯系統中是有利的。在此情況下, 最大允許行進距離的限制值可以被設置為電梯轎廂的 相當低速時的行進距離, 并且當超過前述限制值時可以防止電梯轎廂的運動, 在該情況下 提高了電梯系統的安全性。為了在此情況下重新開始行程, 可以要求利用某一現有技術方 法 ( 諸如基于磁路電感的測量 ) 來確定轉子的初始角度。
     在本發明的一個實施例中, 傳送裝置包括電梯轎廂。
     根據本發明的同步電機可以是例如同步電動機或同步發電機。在此情況下, 可以 利用例如轉子繞組或永磁體來對同步電機進行勵磁。同步電機還可以是無刷直流電機。同 步電機可以是旋轉的, 或者其也可以適合于在直線電動機原理下運行。
     在本發明中, 增量傳感器意味著直接或間接地例如基于速度或加速度的測量來表 示轉子位置的改變的傳感器。這些類型的傳感器是例如編碼器、 轉速計、 和加速度傳感器。
     在本發明的一個實施例中, 同步電動機適合于使傳送系統的傳送裝置運動。這種 類型的傳送系統可以是例如電梯系統、 自動扶梯系統、 自動人行道 (travelator) 系統、 起 重機系統或車輛系統。如果同步電動機被安裝到電梯系統, 則電動機驅動裝置還可以包括 連接到電梯的提升繩 (hoisting rope) 或提升帶的牽引滑輪。同步電動機驅動裝置可以包 括齒輪, 但是其也可以是無齒輪的。同步電機的電角度指代由在同步電機中旋轉的磁通的 周期長度 (cyclelength) 確定的角度值。在本發明的一個實施例中, 磁通的周期長度在這 里對應于同步電機中 360 度的電角度。
     在本發明中, 同步電機的電參量指代例如同步電機的電流、 電壓、 和輸出功率, 以
     及它們的對應參考值。
     在本發明的一個實施例中, 確定同步電機的電參量的部件包括電流傳感器。該電 流傳感器可以包括例如電流互感器、 霍爾傳感器、 磁阻傳感器或測量電阻器。
     在本發明的一個實施例中, 確定同步電機的電參量的部件包括電壓傳感器。在此 情況下, 該電壓傳感器包括例如測量互感器、 線性或數字光隔離器、 或測量電阻器。
     在本發明中, 同步電機的運動意味著例如轉子位置的改變, 以及也意味著轉子的 速度信息和加速度信息。傳送裝置的運動對應地意味著例如傳送裝置的位置或定位的改 變、 以及傳送裝置的速度信息和加速度信息。
     在本發明的一個實施例中, 使用增量傳感器的校正后的運動信號來監控傳送裝置 的運動。在此情況下, 增加的運動信號的精度也提高了運動監控的精度和可靠度。
     根據本發明的變頻器可以是例如具有電流中間電路的變頻器、 具有電壓中間電路 的變頻器。以及矩陣變換器。
     源電壓意味著由勵磁的轉子的運動在定子繞組中感應的電壓。
     根據本發明的固態開關可以是例如 IGBT 晶體管、 MOSFET 晶體管或晶閘管。 附圖說明 下面, 將參考附圖通過本發明的實施例的一些示例來更詳細地描述本發明, 其中
     圖 1 表示變頻器, 其包括根據本發明的用于確定同步電機的運動的裝置。
     圖 2 表示根據本發明的同步電機的控制設備。
     圖 3 將根據本發明的同步電機的運動的確定部件表示為框圖。
     圖 4 將根據本發明的同步電機的運動的第二確定部件表示為框圖。
     圖 5 表示電梯系統, 在該電梯系統中安裝根據本發明的用于確定電梯轎廂的運動 的設備。
     圖 6 表示根據本發明的編碼器信號的校正電路的縮放因子。
     圖 7 表示確定同步電機的轉子位置的部件。
     圖 8 表示在轉子位置確定期間同步電機的電參數。
     圖 9 表示作為同步電機的電角度的函數的、 交流響應信號的幅度。
     具體實施方式
     圖 1 表示變頻器 7, 其包括根據本發明的用于確定同步電機的運動的裝置。變頻 器 7 適合于在同步電機 1 和電網 19 之間提供電力。變頻器包括連接到同步電機的定子繞 組的負載橋 5。變頻器的控制部件 14 適合于控制負載橋 5 的固態開關, 以形成至同步電機 的定子繞組的各相的可變幅度和可變頻率的控制電壓。經由摩擦輪將編碼器 2 安裝到同步 電機的轉子的外緣, 在該情況下, 當轉子旋轉時, 被固定到摩擦輪的編碼器的旋轉軸也經由 摩擦輪旋轉。編碼器包括表示同步電機的轉子的運動的運動信號 3 的輸出端。
     用于確定同步電機的運動的裝置被作為變頻器的控制部件 14 的一部分而集成。 控制部件 14 在此情況下包括用于編碼器的運動信號 3 的輸入端。控制部件還測量同步電 機的定子繞組的電流 4。控制部件 14 適合于基于所測量的定子繞組的電流 4、 以及基于從 負載橋 5 的固態開關的切換參考確定的定子電壓 4’ 來確定同步電機的轉子的位置誤差 8。控制部件還適合于基于前述確定同步電機的轉子的位置誤差的部件 9 來校正所讀取的編 碼器的運動信號 3。
     依據編碼器的摩擦輪的直徑與同步電機的轉子外緣的直徑之比來確定編碼器 2 的傳動比 (transmission ratio)。從而可以依據編碼器的運動信號 3 來確定轉子的運動, 前述傳動比必須是已知的。 摩擦輪的公差和轉子外緣的公差等引起傳動比的誤差, 而且, 例 如摩擦輪的磨損引起傳動比的改變。當根據本發明基于轉子的位置誤差的確定 9 校正編碼 器的運動信號 3 時, 可以補償由傳動比的變化引起的前述測量誤差, 在此情況下, 也可以依 據運動信號 3 比現有技術中更精確地確定轉子位置的改變。
     圖 2 表示根據本發明的同步電機的控制設備。利用變頻器 7 以受控方式向同步電 機 1 供電。以矢量調速 20 進行變頻器 7 的控制。同步電機的控制設備還包括用于確定同 步電機的運動的裝置 9、 10、 12、 21。測量同步電機的定子電流 4, 依據通過矢量控制 20 形成 的定子電壓的電壓參考來估計定子電壓 4’ 。 基于所測量的和所估計的定子電流和定子電壓 來確定同步電機的轉子的位置誤差。 讀取同步電機的增量傳感器的運動信號 3, 并且基于前 述同步電機的轉子的位置誤差的確定 9 來校正所讀取的運動信號。將表示同步電機的轉子 位置的改變的、 校正后的運動信號 25 代入同步電機的矢量控制 20, 并且在利用現有技術方 法的情況下將其用作矢量控制的角度反饋。該校正后的運動信號 25 還用于同步電機的運 動的監控 22。 基于同步電機的轉子的位置誤差的確定 9 來確定 12 同步電機的相當低速時的最 大允許行進距離位置。
     圖 3 將根據本發明的確定同步電機的運動表示為框圖。以采樣頻率 Δ 測量同步 電機的三相定子電流 4, 并且根據公式 (1) 利用克拉克 (Clarke) 變換 21 將所測量的三相電 流 iA、 iB、 ic 轉換為定子坐標的兩分量參考系 (referenceframe)Iα, Iβ :
     對于同步電機的定子繞組的供電電壓, 形成變頻器的三相供電電壓參考 4’ 的估計 uA、 uB、 uc, 并且以對應方式將該估計描述為定子坐標的兩分量參考系 uα、 uβ。
     在 本 發 明 的 該 實 施 例 中,使 用 在 公 開 “Digital sliding mode based referenceslimitation law for sensorless control of an electromechanical system ; SergeyRyvkin, Dimitri lzosimov 和 Eduardo Palomar-Lever, International Conference onControl and Synchronization of Dynamical systems , Journal of Physics , Conference Series 23(2005)192-201” 中呈現的公式 (3) 來對于定子坐標系中轉子磁極的 位置 θ 確定 9 估計 :
     將轉子磁極的角度 θ 確定為電角度, 在該情況下, 通過將所確定的磁極位置 θ 除 以電動機的極對數來獲得轉子的對應位置角度。
     編碼器信號 3 是每個通道包括脈沖的雙通道, 其數目 n 與編碼器的旋轉軸的位置 角度的改變成比例。編碼器的旋轉軸的位置角度的改變 Δε 因此可以依據公式 (4) 確定, 其中在旋轉軸完整旋轉 2π 的情況下編碼器的通道的脈沖數目為 R :
     經由摩擦輪將編碼器安裝到同步電機的轉子外緣, 在該情況下, 摩擦輪位置的改 變和同步電機的轉子位置的改變以由摩擦輪的直徑和轉子外緣的直徑所確定的傳動比 10 而彼此相對應。這里, 摩擦輪同心地安裝到編碼器的旋轉軸上。利用計數器 26 讀取雙通道 編碼器信號 3, 計數器 26 對到達脈沖的數目進行計數。根據編碼器的旋轉軸的旋轉方向來 選擇計數器的計數方向。基于第一和第二通道的脈沖樣式的相位差, 依據雙通道編碼器信 號來確定旋轉軸的旋轉方向。
     將利用編碼器 26 讀取的編碼器信號縮放 10 編碼器的摩擦輪與同步電機的轉子外 緣之間的傳動比。通過公式 (3) 將讀取并縮放的編碼器信號 13 與關于轉子的位置角度而 確定 9 的信息進行比較, 并且基于該比較 9, 確定同步電機的轉子的位置誤差 8。
     編碼器信號的校正電路 29 以如下方式起作用 : 利用低通濾波器 30 對位置誤差 8 進行濾波, 并且基于濾波后的位置誤差, 通過重復地將與位置誤差 8 的量值成比例的校正 項加到 27 編碼器信號 13 來校正編碼器信號 13。編碼器信號的校正電路 29 包括縮放因子 28, 作為轉子速度 v 的函數來確定其值。在圖 6 中表示了縮放因子 28。在轉子零速的環境 下, 將該縮放因子的值確定為零。在縮放因子的值為零時, 不利用校正電路 29 校正前述編 碼器信號。換句話說, 編碼器信號的校正電路 29 適合于僅在轉子速度與零不同而超過所設 置的限制值 30 時才校正編碼器信號 13。這是因為基于公式 (3) 確定的轉子磁極的位置信 息是基于由定子電壓和定子電流的測量所傳達的、 關于同步電機的源電壓的信息的。由于 源電壓與轉子速度成比例, 因此位置信息的確定精度隨著轉子速度降低而降低。在此情況 下, 基于該位置信息而確定的轉子位置誤差的確定精度也降低。
     基于位置誤差 8, 確定 12 同步電機的相當低速時的最大允許行進距離。前述同步 電機的相當低速意味著當在其中運行時不對編碼器信號 13 進行校正的速度范圍。例如在 前述縮放因子 28 接收零值時不對編碼器信號 13 進行校正。行進距離意味著沿旋轉轉子的 外緣的方向的運動。
     在本發明的該實施例中, 按如下進行相當低速時的最大允許行進距離的確定 : 使 同步電機在編碼器信號的校正電路 29 適合于校正編碼器信號的速度下運動。在此情況下, 校正電路 29 的縮放因子 28 的值偏離零。 依據編碼器信號 3, 確定在前述運動期間同步電機 確定在前述運動期間轉子的位置誤差 θe8。 的轉子位置的改變 θr13。另外,
     θe = θr-θ(5)
     在該情況下, 依據公式 (6) 獲得傳動誤差 Se。傳動誤差產生依據編碼器信號確定的轉子位置數據中的累積誤差。 例如可以使用 同步電機的轉子的位置測量的以電角度的度數形式表示的最大允許角度誤差 Δγ 作為準 則, 來為誤差量值設置允許的最大值。前述轉子的位置測量的角度誤差在同步電機調速中 引起同步電機定子電流的增加和同步電機的轉矩的削弱兩者。在此情況下, 可以通過電動 機的極對數 p、 編碼器的傳動誤差 Se、 最大允許角度誤差 Δγ 和轉子直徑 Dr, 來確定相當低 速時的最大允許行進距離 Δl :
     通過根據公式 (6) 確定的編碼器的傳動誤差 Se, 根據公式 (8) 來校正縮放 10 的縮 放因子 K0, 在此情況下, 校正后的縮放 K 的傳動誤差降低。K = K0(1-Se)(8)
     圖 4 將根據本發明的同步電機的運動的第二確定部件表示為框圖。將編碼器讀取 的運動信號 3 縮放 10 以對應于轉子位置的改變 25。基于同步電機的所測量的電流 4 和供 電電壓 4’ , 確定 9 同步電機的源電壓。使用現有技術的怕克 (Park) 變換, 將源電壓確定為 與轉子一起在所應用的 d、 q 參考系中旋轉。通過校正后的運動信號 25 來進行參考系的應 用。源電壓包括與轉子磁極的位置誤差成比例的分量 Ed, 以及基于與磁極的位置誤差成比 例的源電壓的分量 Ed 來改變編碼器的運動信號的縮放 10。
     圖 5 表示電梯系統, 將根據本發明的用于確定電梯轎廂的運動的設備安裝到該電 梯系統中。電梯電動機 1 在這里是同步電動機, 其轉子由永磁體勵磁。利用變頻器 7 從電 網 19 向電動機 1 的供電。牽引滑輪被同心地集成在電梯電動機的轉子中, 而電梯電動機適 合于經由連接到牽引滑輪的電梯繩來在電梯井中移動電梯轎廂。編碼器 2 經由摩擦輪被安 裝到電梯電動機 1 的牽引滑輪的外緣, 讀取編碼器的運動信號 3, 并且使用根據上述實施例 示例之一的運動信號 3 的校正, 基于電梯電動機的轉子的位置誤差的確定 9, 來校正所讀取 的運動信號。
     電梯系統還包括確定電梯轎廂 16 的運動, 其適合于基于前述編碼器的校正后的 運動信號 25 來確定電梯轎廂 16 的運動。由于電梯轎廂的運動是經由電梯繩從電梯電動機 的牽引滑輪傳送而來的, 因此在本發明的該實施例中直接基于電梯電動機的牽引滑輪的運 動的確定來確定電梯轎廂的運動。使用用于該確定的編碼器 2 的校正后的運動信號 25 來 確定電梯電動機的牽引滑輪的運動。例如根據圖 3 或圖 4 的實施例來執行牽引滑輪的運動 的確定。
     在本發明的該實施例中, 電梯系統還包括確定電梯轎廂的相當低速時的最大允許 行進距離的部件 12。根據圖 3 的實施例示例, 電梯轎廂的相當低速意味當電梯電動機的轉 子以相當低速運動時電梯轎廂運動的速度。在此情況下, 依據電梯電動機的轉子的相當低 速時的最大允許行進距離來確定電梯轎廂的相當低速時的最大允許行進距離。由于根據本發明依據增量傳感器的運動信號來確定轉子的運動, 因此也必須利 用某種現有技術方法來確定轉子的初始位置。例如在出版物 “Peter B.Schmidt, Michael L.Gasperi, Glen Ray, Ajith H.Wijenayake : Initial Rotor AngleDetection of A Non-Salient Pole Permanent Magnet Synchronous Machine” IEEEIndustry Application Society, Annual Meeting, New Orleans, Louisiana, October5-9, 1997 中呈現了一種這樣 的方法。
     也可以例如以在專利申請 FI20080318 中呈現的方式來確定轉子的初始位置。 圖7 將根據專利申請 FI20080318 的同步電機的轉子的初始位置的一種確定表示為框圖。在確 定轉子的初始位置期間, 阻止同步電機 1 的轉子的運動。變換塊 22 依據幅度參考 以及依 據同步電機的電角度參考 θ 來形成同步電機的三相供電電壓參考 UR、 US、 UT, 在此情況下, 作為電角度參考 θ 的函數來形成三相供電電壓參考。在此情況下, R 相的供電電壓參考 UR 是 sinθ 的形式。負載橋的控制部件 31 根據前述三相供電電壓參考 UR、 US、 UT 來控制負 載橋 5 的固態開關, 從而形成同步電機的第一三相交流電壓激勵信號 37。 電角度參考 θ 的 值逐漸改變, 在此情況下, 供電電壓參考的旋轉速度以及同時交流電壓激勵信號 37、 38 的 旋轉速度是恒定的。作為同步電機的電角度參考 θ 的函數, 測量由第一三相交流電壓激勵 信號在同步電機的繞組中產生的第一三相交流電流響應信號 IR、 IS、 IT4。 利用某種現有技術 方法 ( 例如, 通過形成用于三相交流電流響應信號的電流矢量的旋轉指示 ) 來確定 32 所測 量的第一三相交流電流響應信號 33、 35 的幅度。同步電機的磁路電感的變化引起所測量的 第一交流電流響應信號 33、 35 的幅度 也作為電角度參考 θ 的函數 變化。磁路的阻抗 也引起在所供應的第一交流電壓激勵信號 37 和所測量的第一交流電流響應信號 33、 35 之 間形成相位差。為了補償該相位差, 通過提供作為電角度參考 θ 的函數的第二交流電壓激 勵信號 38 來重復上述測量。選擇第二交流電壓激勵信號 38 的旋轉方向與第一交流電壓激 勵信號 37 的旋轉方向相反, 在此情況下, 與第二交流電壓激勵信號 38 和第二交流電流響應 信號 34、 36 之間的相位差相比, 沿相反方向形成第一交流電壓激勵信號 37 和第一交流電流 響應信號 33、 35 之間的相位差。圖 8 表示連續形成的 R 相的第一交流電壓激勵信號 37 和 R 相的第二交流電壓激勵信號 38。交流電壓激勵信號的幅度另外是恒定的, 而在開始時減 小第二交流電壓激勵信號 38 的幅度。這是因為, 交流電壓激勵信號的旋轉方向的改變引起 影響同步電機的繞組的電流的改變現象, 通過暫時降低交流電壓激勵信號 38 的電壓的幅 度來嘗試補償該改變現象。圖 8 還表示作為電角度參考的函數 對應于第一交流電壓激 勵信號 37 的第一交流電流響應信號 35 的幅度、 以及類似的作為電角度參考的函數對應于 第二交流電壓激勵信號 38 的第二交流電流響應信號 36 的幅度。圖 9 更詳細地表示同步電 機的電角度參考 θ 的電角度的 0...360 度的周期長度上第一 33 交流電流響應信號和第二 34 交流電流響應信號的幅度。作為電角度參考 θ41 的函數的幅度的變化是由因磁路的局 部飽和等緣故而變化的同步電機的磁路電感所引起的。這里, 局部飽和指代磁路的飽和現 象的類型, 其與同步電機的電角度相關地變化。 這種局部飽和由轉子的永磁體等引起, 在此 情況下, 可以利用局部飽和來確定轉子的永磁體的初始位置。 另一方面, 磁路的幾何形狀的 變化, 諸如同步電機的氣隙長度的變化, 也引起同步電機的磁路電感的局部變化。 這種類型 的氣隙長度的變化例如在凸極式同步電機中出現。 上述類型的由電機磁路的幾何形狀的變 化引起的磁路電感的局部變化也可以用于轉子的初始位置的確定。上面借助于本發明實施例的一些示例描述了本發明。 對于本領域技術人員而言明 顯的是 : 本發明不限于上述實施例, 而且在由權利要求限定的發明構思的范圍之內可以有 許多其他應用。
     對于本領域技術人員而言明顯的是 : 在根據本發明的同步電機的轉子的位置誤差 的確定中, 也可以使用一些未提及的并且本身是現有技術的轉子位置確定 ( 其中依據同步 電機的各電參量來確定轉子位置 ) 來確定對于同步電機的轉子位置 θ 的估計。

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