[发明专利]用于运行具有转子和软起动器的永磁激励的三相电机的方法和三相电机

说明书

为了达到IEC标准60034中定义的能效等级IE4，需要直接在电网上运行永磁激励的同步电机。由于这不能容易地实现，因此软起动器可以作为经济高效的解决方案进行考虑。本申请描述了一种方法，通过这种方法可以将具有软起动器的永磁激励的三相电机(M)用作步进电机。其中，对两个相(U，V，W)施加电流脉冲，直到转子(L)对准了第一位置；然后，对三相电机(M)的另外的两个相(U，V，W)施加多个电流脉冲，直到转子(L)对准了另外的第二位置。

三相电机将机械能转化为三相电或将三相电转化为机械能。三相电机原则上可以作为发电机或电动机运行。软起动是指在接通电气设备(例如电动机)时用于限制功率的措施。

根据IEC标准60034，三相电机根据其效率被划分为不同的能效等级。特别是在直到大约20kW的低的功率范围内，难以遵守电驱动器的法定效率，这就是为什么越来越多地寻求在转子中使用永磁体的原因，例如作为永磁激励的同步电机(permanent magnetsynchronous motor，PMSM)。

图1示出了这种永磁激励的同步电机M的示意图，在该实施中是隐极式电机，其具有定子St和转子L。转子包括磁北极N和磁南极S，定子St包括绕组相U、V、W。对该图示仅进行示例性的理解并且该图示对要求保护的对象的保护范围没有限制作用。

这种类型的电机虽然可以实现高的能效等级，但在刚性电网上起动以及运行是不容易实现的。

为了实现这一点，可以在电机的转子中设置阻尼笼，其虽然可以在刚性电网上安全起动，但由于非常大的起动电流，会给馈送电网带来很大的负荷。

同样地，可以在合适的电力电子执行器、例如变频器或软起动器上运行。在此，软起动器(也被称软起动装置)的应用尤其是一种用于在刚性电网上起动永磁激励的同步电机的低成本的解决方案。这种软起动器在(例如借助相位角控制)接通时减小电压，并缓慢地提高该电压直至达到完全的电网电压。然而，这种软起动通常只有在空载状态或低负载时才有可能。但是，在目前对此还没有已知的市场化的解决方案。

在Marcel Benecke博士(马格德堡大学)的标题为“Anlauf vonenergieeffizienten Synchronmaschinen mit Drehstromsteller(具有三相调节器的高能效的同步电机的起动)”的博士论文中提出了一种用于在软起动器上起动永磁激励的同步电机的解决方案。但是，在该论文中提出的方法需要电机的当前的转子角，因此该论文使用的电动机必须配备有相应的传感器系统。可以将传感器理解为转速和位置传感器。该转速和位置传感器采集机械参量：转速和位置。它们的信号需要为控制器提供实际值，并且闭合现有的位置和转速控制回路。对于三相驱动器中的向量控制方法，位置和转速信号也用作电流控制回路的重要输入参量。在这种情况下，传感器直接在电机轴上采集转速和/或位置。

传感器系统对系统的成本和可用性都有不利影响，这使得目前用于高效电动机的软起动方案没有吸引力。基于这些原因需要寻找一种用于在没有传感器的情况下进行起动的方法。

所需要的方法与现有技术中已知的无传感器的方法不同，它必须可用于晶闸管控制器而不是变频器。因此，这些已知的方法并不适用。

本发明要解决的技术问题是，提供一种用于在没有传感器的情况下运行永磁激励的同步电机的方法，该方法可以实现定位运行。此外，本发明要解决的技术问题是，提供一种没有传感器的永磁激励的同步电机，其利用根据本发明的方法进行工作。

提出了一种用于运行具有转子和软起动器的永磁激励的三相电机的方法。该方法包括以下步骤：S1)对三相电机的两个相施加多个电流脉冲，直到转子对准了第一位置；S2)对三相电机的另外的两个相施加多个电流脉冲，直到转子对准了另外的第二位置。