用于控制和保护电动机的方法,用于控制电动机的系统以及电动机系统

摘要

一种用于控制和保护具有转子的电动机(10)，尤其是由一种包括三相逆变桥(5)的控制系统(2)以电子方式启动的永磁体电动机的方法，其特征在于包括以下步骤：计算第一时间间隔，在所述第一时间间隔期间所述转子应当在原始位置和下一个位置之间，以及计算跟随所述第一时间间隔的第二时间间隔，在所述第二时间间隔所述转子应当通过所述下一个位置。本发明还被表达为一种用于具有转子的电动机(10)尤其是永磁体电动机的一种控制系统(2)，所述系统包括三相逆变桥(5)，其特征在于还包括微控制器，所述微控制器能够分析作为时间的函数的转子的位置，并和一个计数器相连，所述计数器能够执行以下步骤：计算第一时间间隔，在所述第一时间间隔期间，所述转子应当在原始位置和下一个位置之间，并计算在所述第一时间间隔之后的第二时间间隔，在所述第二时间间隔期间，所述转子应当通过所述下一个位置。本发明还涉及一种包括所述控制系统(2)的电动机(1)。

说明书

发明领域

本发明涉及用于控制和保护电动机的方法，尤其是利用包括三相逆变桥的控制系统以电子方式启动的永磁电动机，其中需要通过使用在物理上和轴相连的位置检测器或者通过由磁体在线圈中感应的电压监视转子的位置，以便由控制系统正确地控制启动。本发明还涉及用于控制电动机的系统和电动机系统。

本发明的目的在于阻止三相逆变桥的一个或几个开关在不正确的时刻被启动，所述开关在不正确的时刻启动会导致产生不能由电流检测器检测到的大的电流，除去引起所述逆变桥的开关的破坏之外，所述电流还可能引起转子磁体的自动去磁。

现有技术

为了启动永磁体电动机，需要检测转子的位置。

按照本发明的现有技术，这种检测可以通过在物理上和转子相连的检测器(霍尔检测器，光学检测器等)来实现，或者通过观察在电动机线圈本身感应的电压来实现，如在巴西专利申请PI 8805485中所述，其中所述的检测方式使得控制作用每次都能正确地选择应当被触发的电动机的相。

如下面更详细说明的那样，控制单元在其正常操作时，分析位置检测器和电流保护检测器的输入，从而按照预定的表触发各个输出。不过，如果在位置检测器中存在故障，则可能使三相逆变桥的一个或几个开关被不正确地触发，结果，可能产生由电流检测器检测不到的大电流，因而引起电动机磁体的自动去磁，并损坏三相逆变桥的开关。

如所周知，磁体的去磁使得电动机的启动困难，减少电动机的输出，并使电动机过热。在所有情况下，这些都是不能允许的。

按照本发明的现有技术，采用下述的措施可以阻止电动机磁体的自动去磁：通过增加磁体的厚度设计更结实的电动机，这将显著地增加成本，特别是从较大的磁体的观点来看；在每个开关或者在电动机的每个相中安装电流保护器，这不仅增加成本，而且增加系统的复杂性，这是因为具有大量的检测器和要由控制器分析的信号；或者简单地消除对于自动去磁的保护，这把电动机的完整性置于发生故障的统计的可能性之下，这不仅对系统具有严重危险，而且有损于制造者的形象。

本发明的简要说明和本发明的目的

在经过若干研究之后，显然，当正常操作并沿同一个旋转方向转动时，在检测器中转子位置被更新的顺序总是相同的。因而，这种顺序可以是预定的，从而使得用于控制电动机的系统的控制单元能够预知转子位置被改变的顺序。通过得知电动机转动的速度，可以预知转子位置被改变的时间。

利用这些信息，当电动机被启动时，控制单元可以防止发生故障，因而可以确保转子磁体和逆变桥开关的完整性。

按照本发明的教导，控制单元对于当前的转速总是在预定的时刻只接收对于可应用的旋转方向的预定的位置有效的位置。

最好是，当确定这个时间时，应当考虑一个限定转子位置应当发生改变的最小时间和最大时间的允差范围。

和现有技术相比，除去使系统具有较大的可靠性之外，本发明的优点在于，不需要任何大尺寸的转子磁体，能够减小电动机的成本和复杂性，简化电流保护检测器。

所述优点通过用于控制和保护具有转子的电动机，尤其是由一种包括三相逆变桥的控制系统以电子方式启动的永磁体电动机的方法实现的，其特征在于包括以下步骤：计算第一时间间隔，在所述第一时间间隔期间所述转子应当在原始位置和下一个位置之间，以及计算跟随所述第一时间间隔的第二时间间隔，在所述第二时间间隔所述转子应当通过所述下一个位置。

本发明还说明了为用于控制具有转子的电动机尤其是永磁体电动机的一种系统，所述系统包括三相逆变桥，其特征在于还包括微控制器，所述微控制器能够分析作为时间的函数的转子的位置，并和一个计数器相连，所述计数器能够执行以下步骤：计算第一时间间隔，在所述第一时间间隔期间，所述转子应当在原始位置和下一个位置之间，并计算在所述第一时间间隔之后的第二时间间隔，在所述第二时间间隔期间，所述转子应当通过所述下一个位置；以及一种电动机系统，所述电动机系统包括一个控制系统，由所述控制系统以电子方式启动的电动机，其特征在于还包括微控制器，所述微控制器能够分析作为时间的函数的转子的位置，并和一个计数器相连，所述计数器能够执行以下步骤：计算第一时间间隔，在所述第一时间间隔期间，所述转子应当在原始位置和下一个位置之间，并计算在所述第一时间间隔之后的第二时间间隔，在所述第二时间间隔期间，所述转子应当通过所述下一个位置。

附图说明

下面结合附图详细说明本发明，其中：

图1表示由控制系统以电子方式启动的电动机系统的方框图；

图2是三相逆变桥的示意图；

图3是三相逆变桥的触发表；以及

图4是包括本发明的教导的用于控制和保护电动机的方法的一般的流程图。

本发明的详细说明

参照图1和图2，电动机系统1由控制系统2以电子方式启动，其主要包括整流桥3，电容滤波器4，三相逆变桥5，具有永磁转子的三相电动机10，控制单元11，位置检测器SA，SB和SC，以及电流保护检测器PI。

如现有技术所知，控制单元11用于监视位置检测器SA，SB和SC以及电流保护检测器PI，以便通过各自的输出按照图3所示的表在合适的时刻启动三相逆变桥5的开关T1到T6。

因而，响应控制单元11的指令，三相逆变桥5也在正确的时刻对电动机10的线圈提供电流。

如上所述，在位置检测器SA，SB和SC中具有任何故障的情况下，三相逆变桥5的T1到T6中的一个或几个开关可能不能被正确地触发，这可能产生由电流保护检测器PI检测不到的大电流，引起电动机的自动去磁，并破坏三相逆变桥5的开关T1到T6。

按照本发明的教导，控制系统2还包括微控制器(未示出)，该微控制器能够分析作为时间函数的转子的位置，并和一个计数器相连，所述计数器能够执行连续的时间计算步骤。如现有技术所知，这种计数器可以是所述微控制器的一个内部元件。

当电动机10的转子的位置具有改变时，所述计数器被设置为0，开始第一时间间隔的计算，在所述时间间隔期间，转子应当在一个位置和另一个位置之间。此后，开始第二时间间隔的计算，在所述第二时间间隔期间，转子应当通过下一个位置。

在具有两个极的三相电动机中，具有P1-P6六个基本的转子位置，如图3所示，转子应当在各个第二时间间隔期间相继地达到这些位置。

如果转子在所述第一时间间隔期间通过所述位置中的一个位置，则太早，或者在所述第二时间间隔通过之后，则太晚，这意味着发生了某种错误，然后，所述微控制器切断控制系统2，以便阻止进一步破坏，因而保护了电动机磁体的完整性，和三相逆变桥的开关。

如果在所述第二时间间隔期间转子通过正确的位置，则微控制器发出输出更新信号，并重新启动计数器，准备相应于转子应当通过的下一个位置的第一和第二时间间隔的计算。

当然，如果在所述第二时间间隔期间，转子通过一个不正确的位置，这也意味着发生了某种错误，此时，微控制器则断开控制系统2。

图4是为举例说明本发明示出的用于控制和保护电动机的方法的一般流程图。

按照本发明的特定教导，所述第二时间间隔应当包括转子通过给定位置的时刻的允差。例如，在以3000rpm转动的两极三相电动机中，转子用20ms转完一圈，因而其应当用3.3ms通过每个位置。

为了提供所述允差，除去规则的3.3ms之外，由计数器测量的所述第二时间间隔应当包括1.65ms(x/2)的第一头部范围和6.6ms(2x)的第二尾部范围，其表示x-50％和x+100％的允差。

在说明本发明的优选实施例之后，应当理解，本发明的范围包括其它可能的改变，本发明的范围只由包括所有可能的改变的所附权利要求书的内容确定。