[发明专利]操作同步电动机的方法和相应的设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种操作同步电动机的方法和一种相应的设备，该同步电动机包括多个三相交流控制器(Drehstromsteller)，这些交流控制器连接在一三相电网(优选不连接所述同步电动机的定子绕组的中性点和所述三相电网的中性点)上且包括至少三对半导体开关元件，例如反向并联晶闸管，这些半导体开关元件在特定的时间点上被触发。

背景技术

不带启动笼的三相同步电动机原则上受到供电三相电网频率的制约。所以无法直接在电网上启动(即加速)这类电动机。确切而言，需要在三相电网和同步电机之间设置一个可以产生变频电压的设备。这种情况一般采用变频器。该变频器由整流器、中间电路(电容器)和逆变器构成。

发明内容

本发明的目的是提供一种只需借助少量功率电子器件就可在三相电网上操作同步电机的方法及设备。这种操作特定而言还包括同步电机的启动。

本发明用以达成上述目的的解决方案是一种如权利要求1所述的操作方法。各从属权利要求给出的是改进方案。权利要求12涉及一种按本发明方法控制同步电动机的相应设备。

本发明用以操作同步电动机的方法采用一三相交流控制器。该交流控制器连接在一三相电网上。其中，优选不连接所述同步电动机的定子绕组的中性点和所述三相电网的中性点。所述交流控制器包括至少三个半导体开关元件，相应地每相各一个。举例而言，所述半导体开关元件可以是交流功率控制器(Wechselstromsteller)，例如实施为三对反向并联的晶闸管。这些交流功率控制器在特定的时间点上被启动或触发，即被导通。如果采用晶闸管，那么有利的做法是使其在电流过零时自动断开。但也可采用IGBT或其他类型的半导体开关。

本发明的方法需要实施多个步骤。其中需要定义某一频率的正弦形第一基波，该频率在考虑到极对数目的情况下与所述电动机的要求转速相对应。进一步还需定义该同一频率的两个其他基波。这些其他基波与第一基波之间存在相移。对于所述频率而言存在两种可能性，这两种可能性可以单独出现或按一定时序出现：

a)所述频率等于电网电压频率，所述其他基波与所述基波之间存在120°或240°相移。亦即，这些基波从其相位看形成一“标准”的三相系统。

b)所述频率等于一半的电网电压频率。此外，所述基波之间的相移不同于三相相移变化的120°或240°。例如，其中两个基波之间的相移为180°，第三基波与第一基波之间的相移则为240°。

进一步需要选择多个触发时间点并将其应用于对所述晶闸管的触发操作，该触发操作将同时为其中两相引发一电流，该电流的极性与分配给相应相的基波的极性相同，其中，所述触发时间点在电网电压的过零点后面与该过零点相距一特定的触发角。也就是说，触发角在此是指与前一个过零点之间的间隔。

举例而言，本发明可以先测定所有潜在的可能的触发时间点，线电压过零时减去一个触发角就可以得到一个这样的触发时间点。以触发相线A中的晶闸管对为例，当供电网络的相位在线电压U_AB或线电压U_CA的过零点前面与该过零点相距所述触发角时，就会产生潜在的触发时间点。所述触发角的绝对值优选介于120°与150°之间。随后可从这些潜在的触发时间点中选出其中两相上同时存在的两个潜在的触发时间点。换言之，就是每次都触发所述三个交流功率控制器(即晶闸管对)中的两个。就晶闸管对而言，可以只触发两个晶闸管中的一个。作为替代方案，每次都可将一对晶闸管中的两个晶闸管都予以触发。在此情况下，每次都会产生从其中一个相流向另一个相的电流。亦即，同一个时间点上所使用的两个相的基波在该时间点上总是极性相反。

上述方法特定而言用软件实现。因此，这种方法可以很方便地在现有的交流控制器中得到实施，而无需增设其他器件。

本发明的方法还可以扩展，为所述基波采用其他频率，这些频率等于电网频率除以k后的所得结果，k≥1。也就是说，除电网频率和一半电网频率外，还可产生三分之一、四分之一的电网频率等等。其中，所述第一基波的相位优选如此设计，使得所述第一基波的过零点与电网电压的过零点重合。通过实际电网电压的相对位置以及需要为相应相产生的基波的相对位置来测定可能的触发时间点，在将其中一个基波与电网电压同步时，会有利地产生许多可能的触发时间点。