用于控制电机的方法与流程

本发明涉及一种用于控制包括两个或更多个相的电机的方法，该方法使用持续导通原理以通过切换至少一个功率级来降低功率损耗。此外，本发明还涉及所述方法用于控制三相电动机的用途。

背景技术：

1、de 10 2019 208 524 a1涉及一种用于控制用于电机的逆变器的运行的方法，其中至少两个相的脉冲宽度调制值在至少两个周期中被设定，其方式为：在电流测量周期中进行各个相的脉冲宽度调制值的第一设定，在所述电流测量周期中执行所述电机的至少一个电流的电流测量，并且根据在所述电流测量周期中设定的脉冲宽度调制值，在至少一个另外的周期中进行所述相的脉冲宽度调制值的设定。

2、wo 2019 0158 94 a1涉及一种电机，即电动机和/或发电机。所述电机具有定子和转子。所述转子特别是永磁的或通电流的。所述电机被划分为至少两个子电机。每个子电机具有相同的相数。根据本发明，所述电机针对每个子电机分别具有两个功率末级。所述电机还具有至少一个控制单元，其与所述功率末级连接。为了操控所述功率末级，所述控制单元被构造用于生成脉冲宽度调制信号。为了操控所述功率末级，所述控制单元被构造用于生成脉冲宽度调制信号。所述控制单元还被构造用于为所述子电机生成脉冲宽度调制信号，使得所述子电机中的一个子电机的脉冲宽度调制脉冲的分别表示切换时间点的下降沿或上升沿与另一个子电机的脉冲宽度调制脉冲的脉冲中点在时间上彼此错开。

技术实现思路

1、根据本发明，提出一种用于控制具有两个或更多个相的电机的方法，该方法使用持续导通原理以通过切换至少一个功率级来降低功率损耗。在此，每个相分别具有一个高边功率级和一个低边功率级。所述方法至少具有以下步骤：

2、a. 求取用于控制所述电机的所需的数据，

3、b. 确定所有功率级的必要脉冲宽度，

4、c. 确定具有最高脉冲宽度的功率级，以及

5、d. 操控脉冲宽度调制

6、i. 确定所述一个功率级或所述多个功率级的最佳切换时间点，以及

7、ii. 通过控制设备切换所述功率级，其中所述控制设备实时生成切换命令，以便这样控制所述切换，使得具有最高脉冲宽度的功率级被持续导通，其中所述持续导通对应于将脉冲宽度设置为100%，或在其他功率级之前被接通并在其他功率级之后被关断，其中该功率级的切换仅在其他功率级关断时才进行，

8、iii. 其中多个其他功率级以组合方式依次被接通和关断，其中确保对于同一相在任何时刻都不会同时接通高边功率级和低边功率级。

9、电机，也称为多相电机或三相交流电机，是一种机电装置，其使用多个独立的正弦交流电压或交流电流来产生机械功或转换电能，并且以两个或更多个相工作。相应理解为一种电气状态，其由系统中的正弦电流或正弦电压表示。在多相电机中，各相彼此偏移一定角度，例如在具有三相的三相交流电机中彼此偏移120度。通过这种相位偏移产生均匀且连续的转矩，该转矩导致高效的旋转运动。

10、高边功率级和低边功率级分别理解为电力电子电路单元中的组件，其用于控制通过电机的电流流动。在单相和多相电气系统中，例如三相电流应用中，针对每个相都存在相应的功率级。高边功率级表示位于正电压侧的开关。高边功率级用于控制电源电压与电机负载之间的分接。反之，低边功率级表示位于负电压侧的开关。低边功率级用于控制负载与参考电位之间的连接。通过这些功率级，通过有针对性地激活和停用这些功率级来控制电流流动和电流方向（即旋转方向）以及电流强度，用以实现期望的效率。

11、为了适配输出到电机的功率，使用脉冲宽度调制。在该方法中，改变脉冲宽度调制信号的脉冲宽度，从而调节平均功率。脉冲宽度调制的控制由控制设备、例如微控制器进行。所述控制设备分析处理所分析的数据，以预先给出功率级的最佳切换时间点。在考虑功率级中所需的电流强度的情况下，所述控制设备可以调节脉冲宽度调制，以实现电机上的高效功率调节。例如，在操控脉冲宽度调制时，使用由传感器检测并由微控制器分析的电流强度来确定最佳切换时间点。基于对电流强度的分析和运行要求，确定所有功率级的最佳切换时间点。所述切换时间点被确定为使得既实现效率最大化又实现电机负载的优化。这要么通过以下方式实现：具有最高电流强度的功率级被持续导通，即具有最高电流强度的功率级被持续保持激活，直到轮到具有较高电流强度的另一个功率级为止，并且多个其他功率级以组合方式依次被接通和关断，其中确保在任何时刻用于同一相的高边功率级和低边功率级都不会同时接通。随后，所述控制设备相应地适配脉冲宽度调制，以控制电机的功率需求。在确定最佳切换时间点之后，所述功率级相应地由所述控制设备切换。

12、作为对具有最高电流强度的功率级的持续导通的替代方案，该功率级也可以在其他功率级的切换过程之外的时间被切换，使得在切换该功率级期间其他功率级是关断的。

13、在根据本发明提出的方法的有利扩展方案中，所述功率级在逆变器中这样被切换，使得它们根据操控被激活或停用。

14、在根据本发明提出的方法的另一个有利扩展方案中，所述操控包括基于所述电机的当前运行条件对脉冲宽度调制的自适应适配。

15、在根据本发明提出的方法的另一个有利扩展方案中，在所述电机的每个相上检测电流强度、电压、转矩和转速，其中参数的检测可以单独地以及组合地进行。

16、在根据本发明提出的方法的另一个有利扩展方案中，所述功率级的电流强度的检测由传感器实时进行。

17、在根据本发明提出的方法的另一个有利扩展方案中，所述功率级的电流强度的检测由选自霍尔传感器、电流互感器传感器或分流电阻的组的传感器进行。

18、此外，本发明还涉及所述方法用于控制具有三相的电机的用途。

19、本发明的优点

20、根据本发明的解决方案以有利的方式实现了一种用于控制具有两个或更多个相的电机的方法，该方法使用持续导通原理以通过切换至少一个功率级来降低功率损耗。通过优化的导通原理，即持续导通所述电机的各相的功率级的组中的具有最高电流强度的功率级，提高了所述电机的运行的效率。此外，通过所述功率级的持续导通原理实现了能耗的降低，从而实现了成本节约。

21、由于所述持续导通原理，利用根据本发明的解决方案可以通过电压应力更小的运行以及由此更低的磨损和失效倾向来改善所述功率级的使用寿命。

22、在由电机驱动的车辆或其他设备中，通过高效利用和降低功率损耗获得了更高的行程长度。替代地，为了达到相同的行程长度需要更少的能量，从而降低了能量提供和能量存储的成本。

23、此外，通过所述功率级的持续导通原理，通过控制和降低功率损耗实现了所述功率级的更高效运行，与现有技术相比，这导致所述功率级内部的更少的发热。由此减少了复杂冷却的必要性，这节省了成本并有利地降低了系统复杂度。

24、此外，根据本发明的解决方案适合集成到现有系统中，这仅需要对控制设备进行重新编程，所述控制设备包括微控制器或plc。对应于根据本发明的解决方案的所述方法还可有利地应用于多种具有相的电机。