用于運(yùn)行電機(jī)的方法和驅(qū)動(dòng)裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)行電機(jī)的方法和驅(qū)動(dòng)裝置。在用于運(yùn)行具有旋轉(zhuǎn)編碼器(10)的電機(jī)(6)的方法(16)中，如果在受調(diào)節(jié)的運(yùn)行(18)中識(shí)別出編碼器錯(cuò)誤(30)，那么就切換到受控制的運(yùn)行(34)。本發(fā)明此外還涉及一種帶有變流器(4)和電機(jī)(6)的驅(qū)動(dòng)裝置(2)。
【專利說(shuō)明】
用于運(yùn)行電機(jī)的方法和驅(qū)動(dòng)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)行具有旋轉(zhuǎn)編碼器的電機(jī)的方法。電機(jī)尤其是理解為同步 電機(jī)。本發(fā)明此外還涉及一種帶有電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器，例如機(jī)床中，知曉電動(dòng)馬達(dá)的當(dāng)前相位置對(duì)于精確運(yùn)行 該機(jī)器來(lái)說(shuō)是必要的。因此，當(dāng)已知了轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的當(dāng)前角度和/或電動(dòng)馬達(dá)的當(dāng)前旋 轉(zhuǎn)速度時(shí)，例如在注塑機(jī)中對(duì)塑料的精確配量或借助由紙卷進(jìn)料的偏置印刷機(jī)進(jìn)行的正確 的印刷才是可能的。通常，旋轉(zhuǎn)編碼器因此裝在轉(zhuǎn)子的軸的凸緣上，旋轉(zhuǎn)編碼器具有特定的 線數(shù)，例如256。因此，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)360°的情況下，借助增量編碼器獲知256個(gè)脈沖。旋轉(zhuǎn)編碼 器例如構(gòu)造為增量編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、SinCos-Hiperface編碼器、Endat編碼器或數(shù)字編 碼器。
[0003] 依賴于所獲知的電動(dòng)馬達(dá)的相位置，電動(dòng)馬達(dá)的通電借助變流器來(lái)調(diào)適。因此，在 編碼器出故障的情況下不再可能存在電動(dòng)馬達(dá)的受調(diào)節(jié)的運(yùn)行(geregelter Betrieb)。也 不能夠確保由電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的構(gòu)件位于可以避免人員受傷或另外的構(gòu)件受損的限定的位 置中。因此，通常在編碼器出故障的情況下，電動(dòng)馬達(dá)的通電結(jié)束，從而轉(zhuǎn)子無(wú)力矩地自行 停機(jī)。為此消除了所有存在的借助它們可以加載變流器的功率半導(dǎo)體開關(guān)的脈沖，并且阻 斷另外建立其他的脈沖。這種關(guān)斷作為安全的力矩關(guān)斷（"Safe Torque Off"安全力矩關(guān) 斷；ST0)公知。
[0004] 根據(jù)轉(zhuǎn)子的當(dāng)前的負(fù)載，例如如果該轉(zhuǎn)子用于提升負(fù)載，那么基于所驅(qū)動(dòng)的構(gòu)件， 在通電結(jié)束與電動(dòng)馬達(dá)的最終停機(jī)之間的時(shí)間段可能是比較大的。在該情況下，如果僅使 用電動(dòng)馬達(dá)來(lái)將負(fù)載保持在一定水平，那么由電動(dòng)馬達(dá)提升的負(fù)載可能不受控制地降至最 低。為了防止這種情況，通常設(shè)置有機(jī)械式保持制動(dòng)器，其在編碼器出故障的情況下對(duì)電動(dòng) 馬達(dá)的軸或負(fù)載進(jìn)行制動(dòng)。機(jī)械式保持制動(dòng)器僅作為安全裝置來(lái)運(yùn)行，并且因此在正常運(yùn) 行中是不需要的。為了使機(jī)械式保持制動(dòng)器在電動(dòng)馬達(dá)關(guān)斷的情況下也可以安全地保持負(fù) 載，機(jī)械式保持制動(dòng)器必須比較大地設(shè)計(jì)規(guī)格。因此，電動(dòng)馬達(dá)具有成本比較高昂但僅很少 地使用的保持制動(dòng)器。因此，增加了這種電動(dòng)馬達(dá)的制造成本。
[0005] 由DE 10 2011 117 646 Al公知了用于運(yùn)行電動(dòng)馬達(dá)的方法，其中，電動(dòng)馬達(dá)基于 第一特征數(shù)據(jù)來(lái)控制。與編碼器裝置無(wú)關(guān)的另外的觀察裝置獲知第二特征數(shù)據(jù)。在出現(xiàn)電 動(dòng)馬達(dá)的預(yù)定的錯(cuò)誤狀態(tài)的情況下，電動(dòng)馬達(dá)暫時(shí)基于第二特征數(shù)據(jù)來(lái)控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所基于的任務(wù)是說(shuō)明一種特別適當(dāng)?shù)挠糜谶\(yùn)行電機(jī)的方法和一種特別適 當(dāng)?shù)膸в须姍C(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置，其中，安全性優(yōu)選地得到提高，并且尤其是制造成本得到降低。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明，在方法方面，該任務(wù)通過(guò)權(quán)利要求1的特征來(lái)解決，在驅(qū)動(dòng)裝置方面， 該任務(wù)通過(guò)權(quán)利要求10的特征來(lái)解決。有利的改進(jìn)方案和設(shè)計(jì)方案是從屬權(quán)利要求的主 題。
[0008] 所述方法用于運(yùn)行具有旋轉(zhuǎn)編碼器的電機(jī)。電機(jī)例如是發(fā)電機(jī)，然而尤其是電動(dòng) 馬達(dá)。電機(jī)例如是同步電機(jī)，并且/或者電機(jī)具有一定數(shù)量的永磁體。特別優(yōu)選的是，電機(jī)是 永久勵(lì)磁的同步馬達(dá)。電機(jī)例如是工業(yè)機(jī)組的組成部分。適當(dāng)?shù)?，電機(jī)是塑料注塑機(jī)的驅(qū)動(dòng) 裝置的組成部分。替選地，電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)比較大的質(zhì)量，例如運(yùn)輸帶。電機(jī)具有旋轉(zhuǎn)編碼器， 例如增量編碼器。借助旋轉(zhuǎn)編碼器獲知電機(jī)轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的位置。
[0009] 電機(jī)受調(diào)節(jié)地運(yùn)行，其中，轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的當(dāng)前角度尤其被考慮作為基準(zhǔn)變量 (Ftiiirangsgrd Be )。借助基準(zhǔn)變量適宜地獲知操縱變量（Ste IlgroBe λ例如電流或電壓?；?準(zhǔn)變量與借助旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)到的角度進(jìn)行比較，并且從中獲知偏差。借助偏差例如調(diào)適 操縱變量，從而使基準(zhǔn)變量與測(cè)量值之間的偏差變?yōu)榱?。從偏差出發(fā)尤其是調(diào)適對(duì)電機(jī)的 通電，為此適當(dāng)?shù)厥褂米兞髌?，其例如具有帶有至少一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)的橋式電路。半導(dǎo)體開 關(guān)適宜地是功率半導(dǎo)體開關(guān)，例如IGBT。總之，基準(zhǔn)變量在受調(diào)節(jié)的運(yùn)行中優(yōu)選是當(dāng)前角 度，也就是轉(zhuǎn)速加上相位或偏置量，從而轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的期望的位置始終是限定的。 [0010]如果在受調(diào)節(jié)的運(yùn)行中識(shí)別出編碼器錯(cuò)誤，即，如果識(shí)別出編碼器是有錯(cuò)誤的，那 么就切換到受控制的運(yùn)行(gesteuerter Betrieb)中。在受控制的運(yùn)行中，當(dāng)前角度或當(dāng)前 轉(zhuǎn)速同樣尤其被考慮作為基準(zhǔn)變量。在受控制的運(yùn)行中，基準(zhǔn)變量在此至少暫時(shí)適當(dāng)?shù)夭?為零。換言之，基準(zhǔn)變量在受控制的運(yùn)行中沒有消失。在受控制的運(yùn)行中尤其是繼續(xù)向電機(jī) 供應(yīng)電能。與受調(diào)節(jié)的運(yùn)行不同的是，僅僅是沒有檢驗(yàn)預(yù)定參數(shù)(即，基準(zhǔn)變量)與實(shí)現(xiàn)的值 (即，尤其是此外借助旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)到的測(cè)量值)之間的偏差。
[0011]借助旋轉(zhuǎn)編碼器尤其輸出余弦線和正弦線，并且借助余弦線和正弦線獲知轉(zhuǎn)子相 對(duì)于定子的位置。為此，旋轉(zhuǎn)編碼器例如包括兩個(gè)相對(duì)于電機(jī)的數(shù)軸彼此錯(cuò)開特定的角度 的傳感器，所述傳感器與旋轉(zhuǎn)編碼器的裝在轉(zhuǎn)子上的另外的組成部分例如永磁體相互作 用。如果旋轉(zhuǎn)編碼器正確地工作并且電機(jī)具有恒定的速度，那么在此借助其中一個(gè)傳感器 檢測(cè)到在時(shí)間上具有余弦形的走向的測(cè)量信號(hào)。借助另外的傳感器檢測(cè)到在時(shí)間上具有正 弦形的走向的測(cè)量信號(hào)。這兩個(gè)測(cè)量信號(hào)是余弦線和正弦線。這兩個(gè)線在該情況下除了時(shí) 間上的相位以外都是相同的。換言之，這兩個(gè)線彼此在相位上錯(cuò)開。
[0012] 如果余弦線的當(dāng)前值的平方與正弦線的當(dāng)前值的平方之和小于極限值，那么適宜 地識(shí)別出編碼器錯(cuò)誤，即，獲知旋轉(zhuǎn)編碼器的錯(cuò)誤工作。如果旋轉(zhuǎn)編碼器以如下方式校準(zhǔn)， 即，正弦線和余弦線分別具有一（1)的幅度，那么極限值例如小于或等于0.98、0.95、0.92、 0.9、0.85，并且優(yōu)選大于0.8、0.87、0.92、0.96。因此只要旋轉(zhuǎn)編碼器的至少一個(gè)傳感器出 故障并因此不再檢測(cè)到測(cè)量信號(hào)，那么就識(shí)別出編碼器錯(cuò)誤。因?yàn)樾∮?的值選定作為極限 值，所以基于測(cè)量精確度或有誤差的校準(zhǔn)形成的波動(dòng)沒有被混淆地識(shí)別為編碼器錯(cuò)誤。以 該方式確保對(duì)編碼器錯(cuò)誤的比較可靠的識(shí)別，其中，沒有進(jìn)行計(jì)算強(qiáng)度比較大的評(píng)估。因 此，在出現(xiàn)編碼器錯(cuò)誤與識(shí)別出編碼器錯(cuò)誤之間經(jīng)過(guò)的時(shí)間段也比較小。
[0013] 尤其是考慮到第二極限值，并且檢驗(yàn)余弦線的當(dāng)前值的平方加上正弦線的當(dāng)前值 的平方是否超過(guò)第二極限值。如果旋轉(zhuǎn)編碼器以如下方式校準(zhǔn)，即，正弦線和余弦線的幅度 等于一（1)，那么第二極限值例如大于1或1.05或1.1。適宜地，極限值小于1.2、1.12或1.08。 因此只要存在旋轉(zhuǎn)編碼器的至少其中一個(gè)傳感器的錯(cuò)誤工作(其要么表現(xiàn)為傳感器出故障 要么例如表現(xiàn)為短路），就識(shí)別出編碼器錯(cuò)誤。換言之，監(jiān)控平方之和是否處于極限值與第 二極限值之間形成的范圍之內(nèi)。如果旋轉(zhuǎn)編碼器按規(guī)定工作并且旋轉(zhuǎn)編碼器被正確校準(zhǔn)， 那么余弦線的當(dāng)前值的平方與正弦線的當(dāng)前值的平方之和始終是恒定的，即，等于1。例如， 在與極限值或第二極限值比較之前，從平方和中提取開方，這相應(yīng)于借助余弦線和正弦線 限定的圓的半徑。只要圓的半徑發(fā)生改變，就因此識(shí)別出編碼器錯(cuò)誤。只要半徑小于極限值 的開方，就在此例如識(shí)別出編碼器錯(cuò)誤。編碼器錯(cuò)誤也可以以其他方式獲知。例如，旋轉(zhuǎn)編 碼器構(gòu)造為增量編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、SinC 0s-Hiperface編碼器、Endat編碼器或數(shù)字編碼 器。
[0014] 尤其是在受調(diào)節(jié)的運(yùn)行中，從所使用的基準(zhǔn)變量獲知操縱變量。電壓適當(dāng)?shù)乇豢?慮作為操縱變量。如果當(dāng)前角度被考慮作為基準(zhǔn)變量，那么從當(dāng)前角度出發(fā)獲知電機(jī)應(yīng)被 加載的電壓，因此電機(jī)占據(jù)借助基準(zhǔn)變量限定的位置，這借助旋轉(zhuǎn)編碼器監(jiān)控。尤其是在受 調(diào)節(jié)的運(yùn)行中考慮磁場(chǎng)定向調(diào)節(jié)。換言之，在磁場(chǎng)定向調(diào)節(jié)的情況下，在受調(diào)節(jié)的運(yùn)行中獲 知作為空間矢量的電壓，并且電機(jī)根據(jù)電壓的空間矢量圖來(lái)驅(qū)控。電壓可以在比較短的時(shí) 間段內(nèi)來(lái)調(diào)設(shè)，從而在受調(diào)節(jié)的運(yùn)行中調(diào)節(jié)品質(zhì)由于很小的延時(shí)是比較高的。換言之，借助 基準(zhǔn)變量，在受調(diào)節(jié)的運(yùn)行中獲知作為操縱變量的電壓。如果存在變流器，那么電壓調(diào)設(shè)優(yōu) 選借助變流器實(shí)現(xiàn)。
[0015] 特別優(yōu)選的是，在受控制的運(yùn)行中，當(dāng)前角度或當(dāng)前轉(zhuǎn)速被考慮作為基準(zhǔn)變量。適 宜地，在切換到受控制的運(yùn)行中的情況下，受調(diào)節(jié)的運(yùn)行的尤其是最后的所使用的基準(zhǔn)變 量被考慮作為尤其是當(dāng)前的基準(zhǔn)變量。換言之，只要識(shí)別出編碼器錯(cuò)誤，那么在受調(diào)節(jié)的運(yùn) 行中最后使用的基準(zhǔn)變量被獲知，并且其對(duì)于在時(shí)間上后續(xù)的受控制的運(yùn)行來(lái)說(shuō)被用作當(dāng) 前有效的基準(zhǔn)變量。隨后，基準(zhǔn)變量從該起始點(diǎn)出發(fā)適宜地改變。如果兩次均將當(dāng)前角度考 慮作為基準(zhǔn)變量，那么能夠?qū)崿F(xiàn)在經(jīng)調(diào)節(jié)的與受控制的運(yùn)行之間的平穩(wěn)過(guò)渡，其中，例如在 受控制的運(yùn)行中，借助基準(zhǔn)變量確保電機(jī)轉(zhuǎn)子至少首先還以特定的轉(zhuǎn)速繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。以該方 式，一方面能夠?qū)崿F(xiàn)比較快速地獲知受控制的運(yùn)行的基準(zhǔn)變量。另一方面避免電流或電壓 的比較劇烈的改變，或者電機(jī)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程的比較突然的改變，從而不產(chǎn)生與電機(jī)連接的構(gòu) 件的機(jī)械負(fù)載。
[0016] 優(yōu)選的是，在受控制的運(yùn)行中減小電機(jī)轉(zhuǎn)速，尤其是減小到零(0)。這適宜地在第 一時(shí)間段內(nèi)實(shí)現(xiàn)，第一時(shí)間段例如與基準(zhǔn)變量或在識(shí)別出編碼器錯(cuò)誤之前獲知的轉(zhuǎn)速無(wú) 關(guān)。例如，第一時(shí)間段是恒定的并且固定地預(yù)定。為此替選地，第一時(shí)間段依賴于基準(zhǔn)變量 或所獲知的轉(zhuǎn)速。在此適宜地預(yù)定轉(zhuǎn)速在時(shí)間上最大的改變。例如，轉(zhuǎn)速的改變以指數(shù)方式 進(jìn)行，從而在比較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)比較強(qiáng)的制動(dòng)。然而特別優(yōu)選的是，轉(zhuǎn)速在該時(shí)間內(nèi)至少 分區(qū)段地線性下降，轉(zhuǎn)速尤其是在整個(gè)第一時(shí)間段內(nèi)線性下降。以該方式，與電機(jī)連接的另 外的器件的負(fù)載是比較小的。第一時(shí)間段優(yōu)選隨著從受調(diào)節(jié)的運(yùn)行切換到受控制的運(yùn)行中 而開始。總之，在受控制的運(yùn)行中，轉(zhuǎn)速優(yōu)選被用作基準(zhǔn)變量，并且使其在第一時(shí)間段內(nèi)下 降到零，其中，第一時(shí)間段適宜地隨著從受調(diào)節(jié)的運(yùn)行切換到受控制的運(yùn)行中而開始。例 如，第一時(shí)間段小于或等于5秒、3秒、2秒、1秒、0.1秒、0.01秒或0.001秒。第一時(shí)間段尤其是 選定為在Ims與IOms之間。
[0017]以該方式確保的是，電機(jī)比較快速地停機(jī)，這種情況與下述情況是不同的，即，在 識(shí)別出編碼器錯(cuò)誤時(shí)僅中斷電流供應(yīng)并因此僅使電機(jī)自行停機(jī)。例如，借助該方法實(shí)現(xiàn)了 安全功能，尤其是根據(jù)EN 60204-1的安全的停止1( "Safe Stop Γ安全停止;SS1)或根據(jù)EN 60204-1的安全的停止2( "Safe Stop 2"安全停止;SS2)。
[0018] 例如，作為操縱變量將電流至少暫時(shí)考慮作為受控制的運(yùn)行的操縱變量。電流尤 其是基本上在切換到受控制的運(yùn)行中之后馬上被考慮作為操縱變量。在此，適宜地根據(jù)操 縱變量來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。換言之，借助下級(jí)的調(diào)節(jié)來(lái)根據(jù)受控制的運(yùn)行的操縱變量來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。 電流適宜地拆分為形成磁通的分量和形成轉(zhuǎn)矩的分量。換言之，尤其是針對(duì)根據(jù)其來(lái)進(jìn)行 調(diào)節(jié)的電流選定具有形成磁通的分量和形成轉(zhuǎn)矩的分量的矢量。適宜地，例如借助變流器 產(chǎn)生電流。矢量尤其是根據(jù)借助旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)到的值來(lái)獲知，適宜地根據(jù)在獲知編碼器 錯(cuò)誤之前在時(shí)間上最后的值來(lái)獲知。例如在此，形成轉(zhuǎn)矩的分量恒定地選定，優(yōu)選等于零， 從而在受控制的運(yùn)行中基本上沒有施加轉(zhuǎn)矩。以該方式可以排除可能的與電機(jī)連接的器件 由于過(guò)高的轉(zhuǎn)矩而導(dǎo)致的損壞。從基準(zhǔn)變量獲知操縱變量也可以在比較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)， 從而即使在電機(jī)的另外的部分出故障的情況下也可以實(shí)現(xiàn)受控制的運(yùn)行。
[0019] 尤其是在受控制的運(yùn)行的整個(gè)時(shí)間內(nèi)，電流被考慮作為操縱變量。以該方式抑制 了形成比較大的電流，其此外導(dǎo)致與電機(jī)連接的電線路的毀壞或者導(dǎo)致保護(hù)開關(guān)或保險(xiǎn)絲 的觸發(fā)。適宜地減小如下頻率，形成磁通的分量以該頻率相對(duì)于位置固定的坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)。
[0020] 在另一實(shí)施例中，在切換之后，電流選定為等于零。換言之，選定逐漸變?yōu)榱愕男?成磁通的分量并且選定逐漸變?yōu)榱阈纬赊D(zhuǎn)矩的分量。在此適宜地進(jìn)行調(diào)節(jié)。換言之，在受控 制的運(yùn)行中，電機(jī)調(diào)節(jié)到零電流，即，沒有電流流過(guò)。適宜地，第二時(shí)間段基本上直接緊接著 切換時(shí)間點(diǎn)。例如，第二時(shí)間段大于或等于lms、1.5ms和優(yōu)選小于或等于4ms或5ms。第二時(shí) 間段尤其是在2ms至3ms之間。在第二時(shí)間段結(jié)束后，因此在電機(jī)上施加由于反電動(dòng)勢(shì)而得 到的電壓。
[0021] 適宜地，在第二時(shí)間段結(jié)束后，尤其是直接在第二時(shí)間段結(jié)束之后，電壓被考慮作 為受控制的運(yùn)行的操縱變量。適宜地，在第二時(shí)間段內(nèi)，例如電壓的由于反電動(dòng)勢(shì)而得到的 并且尤其是借助傳感器檢測(cè)到且特別是測(cè)量到的值被考慮作為受控制的運(yùn)行的下級(jí)的調(diào) 節(jié)的當(dāng)前的操縱變量。特別優(yōu)選的是，電壓借助模型來(lái)獲知也就是計(jì)算出。因此，在電流為 零(〇)的情況下，尤其是在第二時(shí)間段結(jié)束之后得到的電壓被計(jì)算出。換言之，借助計(jì)算來(lái) 檢測(cè)到電壓。在第二時(shí)間段后，下級(jí)的調(diào)節(jié)的當(dāng)前的基準(zhǔn)變量尤其是根據(jù)在第二時(shí)間段內(nèi) 或在第二時(shí)間段結(jié)束時(shí)檢測(cè)到的電壓來(lái)獲知。總之，在切換到受控制的運(yùn)行后，在第二時(shí)間 段內(nèi)首先將電流調(diào)節(jié)為零。在第二時(shí)間段結(jié)束后根據(jù)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，其中，為此，在根據(jù)電 壓的調(diào)節(jié)開始時(shí)，根據(jù)在第二時(shí)間段內(nèi)或在第二時(shí)間段結(jié)束時(shí)對(duì)電壓的測(cè)量或根據(jù)模型獲 知的值被考慮作為當(dāng)前的基準(zhǔn)值。在此，電機(jī)的當(dāng)前角度尤其是持續(xù)地被考慮作為受控制 的運(yùn)行的基準(zhǔn)變量。在根據(jù)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)的情況下，在第一時(shí)間段內(nèi)，基準(zhǔn)變量同樣優(yōu)選下 降到零，從而電機(jī)在第一時(shí)間段結(jié)束后停機(jī)。適宜地，電壓與轉(zhuǎn)速成正比地尤其是線性地調(diào) 節(jié)到零(〇)。由于將電流調(diào)節(jié)到零并且由于隨后根據(jù)作為受控制的運(yùn)行的基準(zhǔn)變量的操縱 變量來(lái)使用的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，避免了比較大的電流，從而減小了可能的與電機(jī)連接的變流 器或供電網(wǎng)的負(fù)載。
[0022] 總之，借助該方法尤其確保的是，借助電機(jī)驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的工件在存在編碼器錯(cuò)誤 的錯(cuò)誤情況下及時(shí)得到制動(dòng)，從而避免工件與另外的構(gòu)件的不期望的機(jī)械接觸，否則這將 可能導(dǎo)致工件和/或構(gòu)件的損壞。在另一實(shí)施方式中，在受控制的運(yùn)行的整個(gè)時(shí)間內(nèi)，至少 在識(shí)別出編碼器錯(cuò)誤之后緊接著的時(shí)間段內(nèi)，電壓被考慮作為操縱變量。
[0023] 驅(qū)動(dòng)裝置具有變流器，其尤其是包括帶有多個(gè)功率半導(dǎo)體開關(guān)，例如IGBT的橋式 電路。驅(qū)動(dòng)裝置此外具有與變流器電聯(lián)接的電機(jī)。換言之，在運(yùn)行時(shí)，電機(jī)借助變流器來(lái)通 電。電機(jī)包括旋轉(zhuǎn)編碼器，例如增量編碼器。旋轉(zhuǎn)編碼器優(yōu)選包括兩個(gè)傳感器，尤其是霍爾 傳感器。在此，在運(yùn)行時(shí)優(yōu)選其中一個(gè)傳感器輸出余弦線而另一個(gè)傳感器輸出正弦線。
[0024] 電機(jī)借助變流器受調(diào)節(jié)地運(yùn)行。在此，適宜地評(píng)估旋轉(zhuǎn)編碼器的測(cè)量數(shù)據(jù)并且調(diào) 適對(duì)變流器的驅(qū)控，尤其是調(diào)適時(shí)鐘信號(hào)，借助時(shí)鐘信號(hào)，半導(dǎo)體開關(guān)從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)移至非 導(dǎo)通狀態(tài)，反之亦然。只要識(shí)別出編碼器錯(cuò)誤，即，只要識(shí)別出借助旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)到的值 是錯(cuò)誤的，或者識(shí)別出旋轉(zhuǎn)編碼器的另外的錯(cuò)誤工作，那么就由受調(diào)節(jié)的運(yùn)行切換到受控 制的運(yùn)行。電機(jī)例如是永久勵(lì)磁的電動(dòng)馬達(dá)，例如同步馬達(dá)。驅(qū)動(dòng)裝置尤其是擠出機(jī)的或用 于塑料注塑的設(shè)備的組成部分。例如，驅(qū)動(dòng)裝置用在工業(yè)機(jī)組內(nèi)。
【附圖說(shuō)明】
[0025] 隨后，本發(fā)明借助附圖來(lái)詳細(xì)闡述。其中：
[0026] 圖1示意性地示出帶有電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置；
[0027]圖2示出用于運(yùn)行電機(jī)的方法；
[0028] 圖3示意性地示出操縱變量；
[0029] 圖4示出電機(jī)的旋轉(zhuǎn)編碼器的傳感器信號(hào)；
[0030] 圖5示出受控制的運(yùn)行的第一變型方案 [0031]圖6示出方法的另一變型方案;和 [0032]圖7示出受控制的運(yùn)行的另一變型方案。
[0033 ]彼此相應(yīng)的部分在所有圖中設(shè)有相同的附圖標(biāo)記。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 圖1示出了帶有變流器4和電機(jī)6的驅(qū)動(dòng)裝置2。電機(jī)6包括軸8,沒有詳細(xì)示出的永 磁體緊固在軸上。軸8在一側(cè)凸出于電機(jī)6的殼體。塑料噴注機(jī)組的另外的組成部分與軸8的 該部分聯(lián)接。形式為增量編碼器的旋轉(zhuǎn)編碼器10位于與軸8的該部分相對(duì)置的一側(cè)上，旋轉(zhuǎn) 編碼器借助信號(hào)線路12與變流器4連接。變流器4此外借助電流線路14與電機(jī)6的未詳細(xì)示 出的定子線圈電接觸。
[0035] 圖2示出了用于運(yùn)行電機(jī)6的方法16。首先涉及受調(diào)節(jié)的運(yùn)行18。在受調(diào)節(jié)的運(yùn)行 中預(yù)定如下基準(zhǔn)變量20,其相應(yīng)于軸8相對(duì)于電機(jī)6的具有電線圈的定子的當(dāng)前角度?；鶞?zhǔn) 變量20在時(shí)間上是可變的，從而在受調(diào)節(jié)的運(yùn)行18中，軸8旋轉(zhuǎn)。從基準(zhǔn)變量20出發(fā)獲知在 圖3中不例性地不出的形式為電壓矢量的操縱變量22，電壓矢量具有第一電壓分量Ua和第 二電壓分量Uf!。電機(jī)6是同步電機(jī)，從而在操縱變量22與抗相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的（drehfest)數(shù)軸之間 形成的角度也相應(yīng)于基準(zhǔn)變量20。
[0036]借助旋轉(zhuǎn)編碼器10評(píng)估軸8相對(duì)于定子是否占據(jù)期望的基準(zhǔn)變量20。為此分別評(píng) 估圖4所示的余弦線24的當(dāng)前值和正弦線26的同時(shí)記錄的當(dāng)前值。余弦線24和正弦線26分 別借助旋轉(zhuǎn)編碼器10的霍爾傳感器產(chǎn)生，余弦線和正弦線相對(duì)于電機(jī)6的數(shù)軸彼此錯(cuò)開特 定的角度。因此，借助余弦線24和正弦線26模擬軸8的運(yùn)動(dòng)。余弦線24的平方加上正弦線26 的平方形成幅度28。替選地，幅度28限定為兩個(gè)平方之和的開方。如果旋轉(zhuǎn)編碼器10正確地 校準(zhǔn)，那么幅度28是恒定的。然而在有誤差的校準(zhǔn)或裝配的情況下可能的是，幅度28具有比 較小波動(dòng)。
[0037] 如果識(shí)別出編碼器錯(cuò)誤30,那么受調(diào)節(jié)的運(yùn)行18結(jié)束。為此，監(jiān)控幅度28,并且將 其與極限值32比較。在圖4所示的圖形中，在特定的時(shí)刻，提供余弦線24的傳感器出故障并 提供恒定的零值(0)。因此，幅度28下降到極限值32以下，并且識(shí)別出編碼器錯(cuò)誤30。隨后， 幅度28是正弦線的平方，并且因此在零與正弦線26的幅度、在此是一（1)之間波動(dòng)。
[0038]只要識(shí)別出編碼器錯(cuò)誤30,就切換到受控制的運(yùn)行34中。因此，所有借助信號(hào)線路 12傳遞的信號(hào)被忽略，并且電機(jī)6的通電以圖5所示的方法步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)。首先，獲知在識(shí)別出 編碼器錯(cuò)誤30的時(shí)刻的受調(diào)節(jié)的運(yùn)行18的基準(zhǔn)變量20,并且考慮將其作為受控制的運(yùn)行的 基準(zhǔn)變量36。由此出發(fā)獲知受控制的運(yùn)行的操縱變量38,其是帶有形成磁通的分量Id和形 成轉(zhuǎn)矩的分量I q的電流矢量。在此，形成轉(zhuǎn)矩的分量Iq選定為等于零。由此出發(fā)獲知第三和 第四電壓分量ud、u q，它們相應(yīng)于在伴隨著軸8旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系內(nèi)部的如下電壓的值，在將此電 壓施加到電流線路14上的情況下實(shí)現(xiàn)了形成磁通的分量Id和形成轉(zhuǎn)矩的分量I q。第三和第 四電壓分量11<1、11(1輸送至第一模塊42,借助第一模塊，第三和第四電壓分量 Ud、Uq轉(zhuǎn)換到抗相 對(duì)旋轉(zhuǎn)的（rotationsfest)坐標(biāo)系中，并且因此獲知第一和第二電壓分量u a、uf!。換言之，獲 知旋轉(zhuǎn)的電壓矢量。
[0039] 第一和第二電壓分量Ua、即輸送至第二模塊44,借助第二模塊獲知第一、第二和第 三相電壓Ul、U2、U3,這些相電壓與電機(jī)6的三個(gè)相應(yīng)該被加載的電壓一致。這些相電壓輸送 給帶有一定數(shù)量的形式為IGBT的半導(dǎo)體開關(guān)50的橋式電路48,并且因此建立經(jīng)由電流線路 14通向電機(jī)6的電流。半導(dǎo)體開關(guān)50在此以B6電路相互聯(lián)接。
[0040] 實(shí)際流動(dòng)的電流借助第一電流傳感器52和第二電流傳感器54來(lái)檢測(cè)，并且引導(dǎo)至 第三模塊56,借助第三模塊建立所測(cè)得的第一電流分量? α和所測(cè)得的第二電流分量?β。第一 和第二電流分量?(?、Ip相應(yīng)于在抗相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的坐標(biāo)系中的電流矢量的分量。將第一和第二 電流分量引導(dǎo)至第四模塊58,并且建立所測(cè)得的第三電流分量i d和所測(cè)得的第四電流分量 Iq，它們相應(yīng)于在伴隨著軸8旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系中的電流矢量。將所測(cè)得的第三電流分量id輸送 至第一調(diào)節(jié)器60,并且在那里與形成磁通的分量Id比較。由此出發(fā)建立改變的第三電壓分 量u d，并且將其輸送至第一模塊42。將所測(cè)得的第四電流分量iq輸送至第二調(diào)節(jié)器62,并且 與預(yù)定參數(shù)比較，從而所測(cè)得的第四電流分量應(yīng)逐漸變?yōu)榱?。由此出發(fā)建立改變的第四電 壓分量Uq，并且將其輸送至第一模塊42?？傊?，在受控制的運(yùn)行34中，借助基準(zhǔn)變量36獲知 的操縱變量38來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)6。
[0041] 在受控制的運(yùn)行34中，電機(jī)的轉(zhuǎn)速ω在第一時(shí)間段tl內(nèi)下降到零。為此確定當(dāng)前 的額定轉(zhuǎn)速，并且從該額定轉(zhuǎn)速出發(fā)改變受控制的運(yùn)行34的基準(zhǔn)變量36。為此，形成磁通的 分量Id在第一時(shí)間段以內(nèi)變?yōu)榱恪＾D(zhuǎn)速ω的下降線性地實(shí)現(xiàn)，從而塑料噴注機(jī)組的與軸連接 的另外的構(gòu)件沒有過(guò)載。
[0042]在圖6中示出了圖5所示的受控制的運(yùn)行34的變型方案。在受控制的運(yùn)行34的第一 工作步驟64中，從受調(diào)節(jié)的運(yùn)行18的基準(zhǔn)變量20出發(fā)預(yù)定受控制的運(yùn)行34的操縱變量38， 其中，形成磁通的分量Id和形成轉(zhuǎn)矩的分量I q都選定為等于零，并且這借助兩個(gè)調(diào)節(jié)器60、 62得以確保。換言之以如下方式調(diào)節(jié)，即，在電流線路14上沒有電流流過(guò)。換言之，圖5所示 的方法首先在第二時(shí)間段t2中以如下條件實(shí)施，即，形成磁通的分量Id和形成轉(zhuǎn)矩的分量Iq 等于零(O)。借助所測(cè)得的第一電流分量1?和所測(cè)得的第二電流分量?β以及所使用的第三 電壓分量Ud和第四電壓分量Uq，在第二工作步驟66中獲知所測(cè)得的第一電壓分量仏和所測(cè) 得的第二電壓分量％，它們表示在方位固定的坐標(biāo)系中電壓矢量的兩個(gè)分量。電壓矢量在 此基于感應(yīng)得到并且相應(yīng)于反電動(dòng)勢(shì)(EMK)。兩個(gè)所測(cè)得的電壓分量屯、? β在第二時(shí)間段 t2結(jié)束時(shí)獲知，其中，第二時(shí)間段選定為在2ns至3ns之間。替選地，兩個(gè)所測(cè)得的電壓分量 I、％借助模型計(jì)算出。
[0043] 只要獲知所測(cè)得的第一電壓分量?α和所測(cè)得的第二電壓分量％，那么它們?cè)诘谌?工作步驟68中被考慮作為操縱變量38,并且由此分別獲知第三和第四電壓分量Ud、u q。獲知 以如下方式實(shí)現(xiàn)，即，轉(zhuǎn)速ω在借助第一時(shí)間段t與第二時(shí)間段t2的差形成的時(shí)間段內(nèi)下降 到零。換言之，第三和第四電壓分量ud、u q以如下方式在時(shí)間上改變，即，在識(shí)別出編碼器錯(cuò) 誤30之后，電機(jī)6在第一時(shí)間段t內(nèi)停機(jī)。兩個(gè)電壓分量ud、u q的下降在此也是線性的，從而 轉(zhuǎn)速ω線性地變?yōu)榱恪?br>[0044] 本發(fā)明并不局限于之前所描述的實(shí)施例。相反地，本發(fā)明的其它的變型方案也可 以由本領(lǐng)域技術(shù)人員從中推導(dǎo)出，而不會(huì)離開本發(fā)明的主題。此外，所有結(jié)合各個(gè)實(shí)施例描 述的單個(gè)特征尤其是也可以以其他方式相互組合，而不會(huì)離開本發(fā)明的主題。
[0045] 附圖標(biāo)記列表
[0046] 2 驅(qū)動(dòng)裝置
[0047] 4 變流器
[0048] 6 電機(jī)
[0049] 8 軸
[0050] 10旋轉(zhuǎn)編碼器
[0051 ] 12信號(hào)線路
[0052] 14電流線路
[0053] 16 方法
[0054] 18受調(diào)節(jié)的運(yùn)行
[0055] 20受調(diào)節(jié)的運(yùn)行的基準(zhǔn)變量
[0056] 22受調(diào)節(jié)的運(yùn)行的操縱變量
[0057] 24余弦線
[0058] 26正弦線
[0059] 28 幅度
[0060] 30編碼器錯(cuò)誤 [0061 ] 32極限值
[0062] 34受控制的運(yùn)行
[0063] 36受控制的運(yùn)行的基準(zhǔn)變量
[0064] 38受控制的運(yùn)行的操縱變量
[0065] 42第一模塊
[0066] 44第二模塊
[0067] 46驅(qū)動(dòng)電路
[0068] 48橋式電路
[0069] 50半導(dǎo)體開關(guān)
[0070] 52第一電流傳感器 [0071] 54第二電流傳感器
[0072] 56第三模塊
[0073] 58第四模塊
[0074] 60第一調(diào)節(jié)器
[0075] 62第二調(diào)節(jié)器
[0076] 64第一工作步驟
[0077] 66第二工作步驟 [0078] Ua第一電壓分量 [0079] up第二電壓分量
[0080] Ud第三電壓分量
[0081] Uq第四電壓分量
[0082] Ui 第一相電壓
[0083] U2 第二相電壓
[0084] U3 第三相電壓
[0085] 所測(cè)得的第一電壓分量
[0086] %所測(cè)得的第二電壓分量 [0087] Id形成磁通的分量 [0088] Iq形成轉(zhuǎn)矩的分量 [0089] ?α所測(cè)得的第一電流分量
[0090] ?卩所測(cè)得的第二電流分量
[0091] id所測(cè)得的第三電流分量
[0092] &所測(cè)得的第四電流分量
[0093] ω 轉(zhuǎn)速
[0094] ti第一時(shí)間段
[0095] t2 第二時(shí)間段
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于運(yùn)行具有旋轉(zhuǎn)編碼器（10)的電機(jī)(6)的方法（16)其中，如果在受調(diào)節(jié)的運(yùn) 行（18)中識(shí)別出編碼器錯(cuò)誤(30)，那么就切換到受控制的運(yùn)行(34)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法(16)， 其特征在于， 如果所述旋轉(zhuǎn)編碼器（10)的余弦線（24)的當(dāng)前值的平方與所述旋轉(zhuǎn)編碼器（10)的正 弦線(26)的當(dāng)前值的平方之和小于極限值(32)，那么就識(shí)別出編碼器錯(cuò)誤(30)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法(16)， 其特征在于， 在所述受調(diào)節(jié)的運(yùn)行（18)中，電壓(ua、U{!)被考慮作為操縱變量(22)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法(16)， 其特征在于， 在切換到所述受控制的運(yùn)行(34)的情況下，所述受調(diào)節(jié)的運(yùn)行（18)的基準(zhǔn)變量(20)被 考慮作為基準(zhǔn)變量(36)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法(16)， 其特征在于， 在所述受控制的運(yùn)行(34)中，轉(zhuǎn)速（ω)在第一時(shí)間段(tl)內(nèi)下降到零(0)，尤其是至少 區(qū)段式地線性下降到零(0)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法(16)， 其特征在于， 帶有形成磁通的分量(Id)和形成轉(zhuǎn)矩的分量(Iq)的電流至少暫時(shí)被考慮作為所述受控 制的運(yùn)行(34)的操縱變量(38)，其中，所述形成轉(zhuǎn)矩的分量(Iq)尤其是選定為等于零(0)。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法(16)， 其特征在于， 減小所述形成磁通的分量（Id)，尤其是在所述第一時(shí)間段（td內(nèi)減小所述形成磁通的 分量(Id)。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法(16)， 其特征在于， 在切換之后，在第二時(shí)間段(t2)內(nèi)，將電流(Id、Iq)調(diào)節(jié)到零(0)。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法(16)， 其特征在于， 在所述第二時(shí)間段(t2)之后，電壓(uq、ud)被考慮作為所述受控制的運(yùn)行(34)的操縱變 量(38)。10. -種帶有變流器(4)和按照根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法來(lái)運(yùn)行的電機(jī) (6)的驅(qū)動(dòng)裝置(2)。
【文檔編號(hào)】H02P6/16GK106067745SQ201610261293
【公開日】2016年11月2日
【申請(qǐng)日】2016年4月25日 公開號(hào)201610261293.8, CN 106067745 A, CN 106067745A, CN 201610261293, CN-A-106067745, CN106067745 A, CN106067745A, CN201610261293, CN201610261293.8
【發(fā)明人】阿希姆·欣德勒
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