CN102598501B - 调节变流器馈电的三相电机时的过电流限制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在使用定子通量调节器(123)和转差频率调节器(113)的情况下或者在使用定子通量调节器和转矩调节器的情况下运行三相电机的方法和结构，所述三相电机由3相变流器(C)馈电，其中，为了限制定子电流、即流过电机(N)的定子的电流的形成转矩的基波电流分量，将输送给转差频率调节器(113)或转矩调节器的目标值限制到转差频率最大值(112的输出端上)或转矩最大值内；为了限制定子电流的形成通量的基波电流分量，将输送给定子通量调节器(123)的目标值的变化的速度限制到一个最大值(ΔΨ_S，max，119的输出端上)；根据定子电流的定子电流基波量值的预给定的电流最大值(i_S，max)以及根据定子电流(i_S)的形成通量的基波电流分量(i_Sd)的经滤波的实际值(|i_Sd|f)计算转差频率最大值或转矩最大值。

Description

调节变流器馈电的三相电机时的过电流限制

技术领域

本发明涉及一种用于运行三相电机的控制和/或调节装置，所述三相电机由3相变流器馈电，其中，所述装置具有控制和/或调节结构(缩写：结构)，所述控制和/或调节结构具有定子通量调节器(即调节电机定子的磁通量的调节器)以及具有转差频率调节器或转矩调节器。此外，本发明还涉及一种用于运行变流器馈电的三相电机的相应方法以及涉及一种有轨车辆，在所述有轨车辆中这样的结构控制或调节驱动电机的运行。

背景技术

WO2008/052714A1描述了一种例如用于三相异步电机的具有这样的结构的装置。所述装置或方法应在大功率应用(例如牵引变流器)中用于有轨车辆的驱动电机的供电。这应能够实现用于控制变流器的、基于平均值和瞬时值的脉冲模式生成，其中，在变流器的可供使用的输入电压的最佳充分使用下尤其是对于有轨车辆中的牵引应用应满足高的动态要求。本发明尤其涉及相同的方法或控制和/或调节装置和相同的应用。

在如本发明的结构那样调节定子通量和转矩或转差频率的控制和/或调节中，在无附加的调节技术措施时可能出现不允许高的电流幅度，在没有采取诸如变流器的过电流断路的次级保护措施时，所述电流幅度会导致变流器或电机的损坏或毁坏。在调节例如定子电流的形成通量的分量和形成转矩的分量的替代结构中(例如在WO2005/018086中所描述的)，可以通过适当地限制电流目标值来确保调节技术上的过电流保护。相反，在具有定子通量调节器以及具有转差频率调节器或转矩调节器的结构中，不直接调节定子电流，从而需要用于限制定子电流的附加措施。这类迄今已知的措施仅仅不充分地满足所述任务，使得为了响应次级保护措施而更频繁地出现过电流断路。

尤其是在电机运行时在高动态过程期间，即在向牵引逆变器馈电的中间电路的电压快速变化时，在电机的转速快速变化时，在待由电机产生的转矩快速变化时和/或在电机定子中所期望的磁通量快速变化时，可能出现不允许高的电流幅度以及(因此的)保护断路。

在DieterMaischak所著的《SchnelleDrehmomentregelungimgesamtenDrehzahlbereicheineshochausgenutztenDrehfeldantriebs》(Fortschritts-berichte，VDI-Reihe8，第479期，杜塞尔多夫，德国，VDI出版社1995，ISBN3-18-347908-7)中建议将调节的转差频率目标值限制到一个静态的定子电流最大值内。在此假设：尤其是电机的磁通量不变，即转子通量的时间导数大约等于零。但当出现快速通量变化时，即电机处于非静态的磁状态中时，暂时需要定子的相对较高的磁化电流(这包括去磁化的情形，即也包括负的磁化电流)以进行通量调整。转差频率的限制由原理决定地不可以限制磁化电流并且因此由于高磁化电流幅度不能可靠地排除过电流断路。

因此，借助由Maischak建议的方法，不可以在电机的所有运行情况中(尤其是在同时要求通量和转矩时，如在有轨车辆运行时往往出现的情况)将定子电流在调节技术上可靠地限制到能够在无需诸如变流器的过电流断路的次级保护措施的情况下随时实现电机的连续运行的值上。尤其是在有轨车辆运行时必须随时能够借助驱动电机产生反作用于有轨车辆行驶的转矩。出于安全原因要求借助电机的所述动态制动作为两个独立的制动，以便不仅仅依赖车辆的机械制动。如果车辆例如基本上无驱动力地缓慢行驶以及必须被快速地动态制动，则同时需要快速地提高定子通量和由电机产生的转矩。但是，对于动态制动而言在变流器截止时驱动不再可用。

由Maischak建议的方法的另一缺点在于，静态的定子电流限制显著地取决于电机参数，这些电机参数在运行期间作为工作点的函数(电流幅度和/或转子温度)变化。如果没有正确地选择参数值或者参数值没有充分地与当前的运行状态匹配，则会频繁地出现：必须采取超出电流限制的保护措施，如截止变流器。

发明内容

本发明的任务在于，提出一种用于运行三相电机的控制和/或调节装置，所述三相电机由3相变流器馈电，其中，所述装置有效地并且可靠地将定子电流限制在允许值内，其中，能够在电机运行时实现高动态性，其中，避免了诸如变流器断路的次级保护措施的频繁出现。定子电流理解为流过电机定子绕组的电流。

根据本发明的基本构思，在具有定子通量调节和转差频率调节(或者替换地定子通量调节和转矩调节)的调节结构内通过分别干预两个调节回路不仅限制形成通量的定子电流而且限制形成转矩的定子电流。与以上提到的Maischak的方法不同，在电机的磁化方面不以准静态运行为前提条件。

在此，为了限制形成转矩的电流，将输送给转差频率调节器(或转矩调节器)的目标值限制到一个最大值(以下：转差频率最大值或转矩最大值)内。

通过干预定子通量调节器的调节回路和转差频率调节器(或转矩调节器)的调节回路不仅限制形成通量的定子电流而且限制形成转矩的定子电流，由此自动地、无需其他必要措施地解决了下述问题：因为流过定子的总电流、即定子电流基波量值被限制到一个最大值内，所以在由现有技术已知的方法中必须确定：应优先保留形成通量的定子电流分量还是形成转矩的定子电流分量，即减小另一电流分量，以便遵守总定子电流基波量值的最大值。在根据本发明的解决方案中，在减小时自动地、无需其他措施地得出优先权。在附图描述中仍阐述不同运行情况的实施例，其中，应减小定子电流的至少一个分量。

此外，为了限制形成通量的电流，将目标定子通量的变化(优选既变化为更大的通量值也变化为更小的通量值)的速度限制到一个最大值(以下：最大的通量斜坡增量)内。这优选通过如下方式实现：如果目标值相应于过高的变化速度时，则通过一个斜坡单元(即根据时间斜坡限制变化的装置)限制定子通量调节器的输入端上的目标值变化。在此，速度相应于通量在控制和/或调节装置的两个前后相继的工作时钟之间的上升/下降。

在控制和/或调节装置运行期间连续地或准连续地如此确定这两个最大值(转差频率最大值或转矩最大值和最大通量斜坡增量)，使得不出现定子电流的不允许高的电流幅度。换句话说，定子电流的至少一个最大值(尤其是定子电流基波的形成通量的分量的最大值和总定子电流基波量值的最大值)用于，计算定子通量的上升速度的最大值以及转矩或转差频率的最大值，以及采取措施，使得不超过这两个最大值(转差频率最大值或转矩最大值和最大通量斜坡增量)。

尤其建议：用于运行三相电机的控制和/或调节装置，所述三相电机由3相变流器馈电，其中

●所述装置具有一结构，即一控制和/或调节结构，

●所述结构具有定子通量调节器和转差频率调节器或者所述结构具有定子通量调节器和转矩调节器，

●所述结构具有第一限制装置，所述第一限制装置被构造用于为了限制定子电流的形成转矩的基波电流分量而将输送给转差频率调节器或转矩调节器的目标值限制到转差频率最大值或转矩最大值内，

●所述结构具有第二限制装置，所述第二限制装置被构造用于为了限制定子电流的形成通量的基波电流分量而将输送给定子通量调节器的目标值的变化的速度限制到一个最大值内，

●所述结构被构造用于根据定子电流基波量值的预给定的电流最大值、即(总)定子电流(由q分量和d分量形成或者可分解为q分量和d分量)的基波量值的电流最大值以及根据定子电流的形成通量的分量(d分量)的经滤波的实际值来计算转差频率最大值或转矩最大值。

此外建议：用于在使用定子通量调节器和转差频率调节器的情况下或者在使用定子通量调节器和转矩调节器的情况下运行由3相变流器馈电的三相电机的方法，其中，

●为了限制定子电流的形成转矩的基波电流分量，将输送给转差频率调节器或转矩调节器的目标值限制到转差频率最大值或转矩最大值内，

●为了限制定子电流的形成通量的基波电流分量，将输送给定子通量调节器的目标值的变化的速度限制到一个最大值内，

●根据定子电流基波量值的预给定的电流最大值以及根据定子电流的形成通量的基波电流分量(d分量)的经滤波的实际值计算转差频率最大值或转矩最大值。

所述方法的构型方案由结构的描述以及由所附权利要求得出。

特别有利地，在三相电机是异步电机并且所述结构具有定子通量调节器和转差频率调节器时，使用所述控制和/或调节装置。

确保遵守定子电流基波和形成通量的电流分量的预给定的最大值的调节结构中的适当的相应装置优选是所谓的限制调节器。在此理解为在正常运行(即当没有超过限制调节器的允许的最大值时)中不对对于相应调节器(在此为转差频率调节器或转矩调节器或者定子通量调节器)的运行而言重要相关的目标参量施加影响的调节器。相反，当目标值超过允许的最大值时，限制调节器的运行限制性地作用于目标值，使得通过次级调节回路来阻止所述超过。次级调节回路在通量斜坡增量的情形中是通量调节器的调节回路，在转差频率最大值或转矩最大值的情形中是转差频率调节器或转矩调节器的调节回路。

“限制”尤其理解为量值的限制，即例如也可以限制为了制动有轨车辆而产生的转矩。因此，限制调节器作用于分别对应的调节器的目标参量，即其作用于施加在相应的调节器的输入端上的目标值。

优选通过如下方式实现定子通量的上升速度的限制：对于结构的每个工作时钟计算定子通量的允许的变化、即增量。如果在前的工作时钟中的定子通量目标值与当前的工作时钟中的定子通量目标值的差值超过所述增量，则如此限制当前的工作时钟中的定子通量目标值，使得不超过最大允许的增量。

有利地，为了限制通量变化速度(即为了遵守最大磁通斜坡)使用限制调节器结构，向所述限制调节器结构输送定子电流的形成通量的分量(转子固定的d-q坐标系中的d分量)的实际值的经滤波的量值和最大值。在此也涉及与基波相关的分量，即无谐波分量。优选地，所述限制调节器具有P调节器，即其调节参量与调节器的输入端上的目标值/实际值偏差(这里是目标值与定子电流的形成通量的分量的最大值之间的差值)成正比的调节器。

同样优选地，所述结构被构造用于将定子电流的形成转矩的分量(q分量，基波相关)的预过滤的量值与定子电流的形成转矩的分量(基波相关)的最大值的差值输送给比例积分调节器(PI调节器)，所述比例积分调节器的输出端与第一限制装置的输入端连接。

根据本发明的定子电流限制尤其可用于电机的高动态运行状态(例如在提到的车辆从缓慢行驶到动态制动的转换)。同时可实现定子通量的高转矩和大变化。

根据本发明的另一个构思，在计算转差频率最大值或者转矩最大值时不(如在上述Maischak中那样)从以下出发：磁通量的通量变化大约等于零，因为与此相关联的忽略已确认为频繁的过电流断路的原因。在使用形成通量的基波电流(转子固定的d-q坐标系中的d分量)的经滤波的实际值(与由Maischak使用的静态磁化电流不同)的情况下以及在使用总定子电流基波值的最大值的已知值的情况下计算形成转矩的定子电流(d-q坐标系中的q分量)的允许的最大值。由此，计算转差频率或转矩的允许的最大值。

通过使用经滤波的基波实际值替代静态的磁化电流用于定子电流的形成通量的分量，克服了以下困难：需计算或估计定子电流的d分量的最大值以及q分量的最大值，但通常为此没有足够的信息可供使用。另一方面，如果使用d分量和q分量的固定的、时间恒定的最大值，则不使用定子电流的最大可能的总电流量值，这在有轨车辆运行中是尤其重要的。

附图说明

现在参照附图描述本发明的实施例。各个附图示出：

图1：具有由3相变流器馈电的三相电机的装置，其中，变流器的运行以及由此三相电机由调节结构调节，

图2：根据图1的调节结构的子结构，但替代转矩调节器而具有转差频率调节器，

图3：图2中示出的用于限制形成通量的定子电流分量的限制装置的优选实施方式，

图4：图2中示出的、用于计算形成转矩的定子电流分量的目标值的最大值的装置的优选实施方式，

图5：图2中示出的、用于限制形成转矩的定子电流分量的限制装置的优选实施方式，

图6：不同运行情况的示图，其中，要求过高的定子电流，其中，所述示图示出转子通量固定的d-q坐标系中的一个象限。

具体实施方式

在图1中示出了三相电机N的总驱动调节的结构A，所述三相电机可以可选地在使用或不使用转速或转角传感器的情况下运行。三相电机可以是异步电机或者是同步电机，优选具有永久体激励。详细地示出并且设有以下参考标号：包含脉冲模式发生器、转矩调节器和通量调节器的单元B，从单元B接收控制脉冲并且相应地通过三相以电流供给电机N的变流器C(即3相逆变器)，用于模拟磁链(定子通量和转子通量)以及转矩的装置D(通量观测器)，用于计算变流器C的输出电压的装置E，具有将测量到的电流值从三相中的至少两相转换到转子通量固定的d-q坐标系中的转换装置和用于平滑电流值的滤波器的单元F。以G表示用于测量相电流值的相应的测量装置。测量到的电流值通过相应的线路连接既输送给装置D、单元F、单元E也输送给单元B。

可选地，设有用于测量电机N上的转速或转角的测量装置H。转速测量或估计或者转角测量或估计的结果输送给装置D。

此外，测量装置I测量变流器C的直流电压侧上的直流电压并且将其输送给单元B和装置E。

本发明的一个优选实施方式通过子结构J实现，所述子结构在图1的中间示出并且根据图2在一个略微改动的变型方案中进行详细描述。根据图1仅仅描述与结构A的其他部分的接口。

单元F将转子通量固定的d-q坐标系中的电流基波分量的经滤波的绝对量值输送给所述结构，即形成通量的电流基波分量i_Sd的量值和形成转矩的电流基波分量的量值在此，由单元F产生并且输出相应于基波值的经平滑的、即经滤波的量值。此外，单元F也向子结构J输出形成通量的电流基波分量的具有正负号的经滤波的实际值i_Sd,mod。

子结构J的输出参量是用于单元B中的两个调节器、即定子通量调节器和转矩调节器的目标值。在根据图2的子结构的变型方案中，替代转矩调节器设有转差频率调节器。根据图2的子结构因此替代转矩目标值M^*输出转差频率目标值ω^*。用于定子通量调节器的目标值在这两种情况中是上升受限的目标值其中，上升也理解为下降。换句话说，定子通量的目标值可以上升或下降的速度由子结构J限制。

单元B中的脉冲模式发生器例如可以在信号或微处理器控制的信号电子电路内实现。如在WO2008/052714A1中详细描述的那样，在所述脉冲模式发生器中尤其实现具有基于平均值的脉冲模式发生和定子通量调节的最少拍特性(Dead-Beat-Verhalten)的调节方法。此外，其可以包含定子通量引导的、基于瞬时值的脉冲模式发生器的实现。关于结构A的其他可能的构型参见WO2008/052714A1。

图2以根据图1的具有次级的定子通量调节和转差频率调节的有利实施方式的示例示出所提到的子结构J的变型方案。子结构的输入参量除了已经根据图1提到的形成通量和形成转矩的基波电流的经滤波的量值以及形成通量的基波电流的经滤波的实际值之外还具有形成通量的基波电流的目标最大值和电机N的转矩的目标值M^*以及总定子电流基波量值的最大值i_S,max。

围绕子结构在图2左上方示出的区域绘制一个矩形框101。所述区域包含本发明的重要元件的实施方式。尤其是包括不仅用于限制形成通量的(d分量)定子基波电流而且用于限制形成转矩的(q分量)定子基波电流的限制装置。用于d分量的限制装置以参考标号119表示，用于q分量的限制装置以参考标号112表示。

形成通量的电流基波分量i_Sd的实际值的经滤波的量值和形成通量的电流基波分量i_Sd的目标最大值被输送给限制装置119。如仍借助根据图3的实施例详细描述地那样，限制装置119由此计算出定子通量量值|ψ_S|的最大增量Δψ_S,max。所述输出参量作为输入参量输送给单元121。所述单元的另一输入参量是定子通量量值的目标值由此，单元121作为输出参量计算出上升受限的目标值所述目标值在上升速度方面根据单元119的输出值是受限制的。作为结果，当定子通量量值的目标值在当前工作时钟中超过最大允许的上升速度时，限制装置119仅仅限制性地作用于定子通量量值的目标值

求差单元122形成定子通量量值的受限制的目标值与定子通量的实际值的量值|ψ_S|之间的差值。所述差值作为调节偏差输送给通量调节器123。在根据图1的示图中，求差单元122和定子通量调节器123位于单元B内，但在那里没有示出。定子通量的实际值的量值由装置D输送给单元B。

在图2中示出的子结构内的区域101的下部中示出了计算装置110，定子电流基波量值i_S的最大值和形成通量的定子电流基波分量的经滤波的实际值i_Sd,mod作为输入值输送给所述计算装置。经滤波的实际值i_Sd,mod尤其可以通过与形成通量和形成转矩的电流基波分量的值不同的方式进行滤波。装置110内的计算根据下式进行。

$|i_{S,max}{|}^2={\left(i_{Sd,\mathrm{mod}}\right)}^2+{\left(i_{Sq,max}^{*}\right)}^2$ (式1)

$i_{Sq,max}^{*}=\sqrt{{\left(i_{S,max}\right)}^2-i_{Sd,\mathrm{mod}}^2}$ (式2)

式1描述了定子电流基波量值i_S的平方之间的关系，即转子通量固定的d-q坐标系中定子电流向量的平方(一侧)与d-q坐标系中形成定子通量i_Sd的和形成转矩的电流分量的平方和之间的关系。式1的所有参量涉及基波，即没有定子电流的谐波。在此，在式1中使用的参量是计算装置110的输入参量或输出参量。解算输出参量、即形成转矩的定子电流基波分量(q-分量)的目标最大值得出式2。

此外，计算单元110输出转差频率的值其通过另一输出值与系数K相乘、除以转子通量Ψ_r的量值得出。计算装置110的这两个输出值作为输入值输送给用于限制定子电流的形成转矩的电流基波分量的限制装置112。此外，限制装置112作为输入参量还获得形成转矩的电流分量的经滤波的基波实际值的量值

在根据图2的实施方式的情形中，限制装置112产生转差频率的目标值的最大值作为输出参量，其在当前工作时钟中是最大允许的。所述最大值输送给限制器107，所述限制器可以有效地实现转差频率限制。在此理解为，转差频率的目标值被限制到所述最大值内。如果转差频率的目标值在当前工作时钟中不大于所述最大值或者不小于所述最大值的负值，则限制器107不改变目标值。否则，目标值被减小或者(视正负号而定)增大到所述最大值或者所述最大值的负数上。

在根据图1的子结构J的情形中，限制装置112产生用于电机转矩的最大值并且将其输出给限制器107。

如在图2下部详细示出地那样，可以可选地进一步限制转矩目标值和/或转差频率目标值。尤其是在示出的装置103中，进行转矩目标值M^*到转差频率目标值的换算，并且所述经转换的值在其输送给限制器107之前、即作为通过限制器107的限制意义上的未限制的目标值在单元105中被事先限制，以便实现电机的倾覆保护、电机的功率限制、变流器输入直流电流的电流限制和/或在有轨车辆的车轮处可能发生的打滑方面的车轮滑动调节。原则上可以交替地对限制器107的输出值进行这种调节和限制，但在根据图2的实施例中示出的顺序是特别有利的。

此外，在根据图2的实施例中，在单元109中实现了根据图1的变流器C的直流电压侧上的所谓U_d断路以衰减直流电压回路中的振荡。例如在DE4110225中有U_d断路的更详细的描述。单元109(如果存在)的输出值或者限制器107的输出值输送给求差单元111，所述求差单元形成相对于转差频率的实际值ω_Sl的差值并且将所述差值作为调节器偏差输送给转差频率调节器113。求差单元111和转差频率调节器113在具有转差频率调节器的变型方案中位于图1的方框B中。在转矩调节器的情形中，限制器107相应地输出转矩的受限制的目标值，求差单元111形成相对于转矩实际值的差值并且将所述差值作为输入调节器偏差输送给转矩调节器。

图3示出在图1中示出的、用于限制形成通量的定子电流基波分量i_Sd的限制装置119的优选实施方式。所述限制装置通过限制磁通量的上升速度来实现限制。作为输入参量，向所述结构输送形成通量的电流(定子电流基波的d分量)的经滤波的实际值的绝对量值和形成通量的基波电流的最大值符号中上方的星号表示(如同在本说明书其他部分中)：所述值是目标值。两个输入参量在求差单元201中彼此相减并且差值作为输入信号输送给比例调节器203。通过与输入差值相乘的比例系数，在本实施例中实现参量的标准化。调节器的输出值输送给限制单元205，所述限制单元将所述输入值向上限制到值0以及向下限制到值-1。在限制单元205的输出端上提供的受限制的值根据示出的可选实施方式输送给单元207，所述单元使位于-1至0范围内的经标准化的值增加1，使得它位于0至1的范围内。如此获得的值在图3中以符号K_Ψ表示。它作为第一输入信号输送给乘法器209。乘法器209的另一个第二输入信号是定子通量量值的最大增量——预给定的参数。作为结果，在图2中示出的实施方式中作为限制装置119的输出信号得到针对当前工作时钟的定子通量量值的增量的最大值ΔΨ_S,max。所述最大值ΔΨ_S,max的作用方式已根据图1描述。

图4示出根据图2的计算装置110的实施方式。两个输入值分别输送给平方器301或303，所述平方器根据式1或式2计算输入值的平方。经平方的值输送给求差单元305，所述求差单元根据式2计算公式右侧的平方根的变元。所述变元输送给用于计算平方根的装置307，所述装置计算式2的右侧的结果。在计算装置307的输出端上提供计算装置110的第一输出值，即形成转矩的电流基波分量的最大目标值如已经描述的那样，所述第一输出值通过与系数K相乘、除以转子通量的量值|Ψ_r|被换算为转差频率的相应值。相应的乘法装置以参考标记309表示。所述系数K是参量的汇总。下式3描述了计算装置110的两个输出参量之间的关系以及构成系数K的参量：

${\mathrm{\ω}}_{Sl\_i\_\lim }^{*}=R_r^{\′}\·\frac{L_s}{L_s+L_{\mathrm{\σ}}^{\′}}\·\frac{1}{\left|{\underset{\‾}{\mathrm{\Ψ}}}_r\right|}\·i_{Sq,max}^{*}$ (式3)

在此：R'_r表示变换到伽马(Gamma)等效电路图中的转子阻抗，L_S表示定子绕组的电感，L'_σ表示异步电机的伽马等效电路图的漏电感。

图5示出根据图2的限制装置112的实施方式。如提到的那样，作为输入参量向限制装置112输送定子基波电流的形成转矩的分量(q分量)的最大目标值和所述分量的基波实际值的经滤波的量值|i_Sq|_f。求差单元401形成输入参量的差值并且将所述差值作为调节偏差输送给调节器403，所述调节器403在本实施例中是PI调节器。与使用用于限制形成通量的电流分量的P调节器(参见图3)不同，对于形成转矩的电流分量的限制而言，具有附加的积分部分的PI调节器是优选的。

调节器403的输出值输送给限制器405，所述限制器将调节器的基于相应选择的调节器403的比例系数进行标准化的输出值限制在-1至0的范围内。限制器405的如此限制的输出值输送给加法器407，所述加法器加上值1，使得加法器401的输出值限制在0至1的数值范围内，所述输出值以K_M表示。通过乘法器409，所述值K_M通过连接在后面的乘法器409与计算装置110的第二输出值——转差频率的最大目标值相乘，从而作为输出值得到转差频率的相应限制的最大目标值如已经根据图2描述的那样，所述输出值输送给限制器107。

图6示出转子固定的d-q坐标系的第一象限。因此，定子电流的形成通量的或磁化的电流分量i_Sd沿着水平轴——d轴增大。形成转矩的定子电流的分量沿着q轴——垂直轴增大。

在象限中其中心点位于d-q坐标系的原点的四分之一圆相应于总定子电流基波值的允许的最大值因此，由原点起延伸穿过所述象限并且分别相应于电流要求的电流向量(也称作电流矢量)中的任何一个不允许超出所述四分之一圆。对于以数字2、4和5表示的电流向量，就是这种情形。因此，根据本发明的限制调节干预并且减小这些电流向量，如仍详细描述的那样。在此，可以不仅改变相应的电流向量的量值，而且根据运行情况也改变其方向。

此外，存在定子电流的形成通量的电流基波分量的最大值，其在图中由垂直的虚线示出。所述最大值由符号表示。这些电流向量中以数字1和3标记的两个虽然在最大允许的总电流基波量值i_S,max的四分之一圆内结束。但它们超出了位置处的垂直虚线，即超过了最大允许的形成通量的基波电流的极限值。如仍详细说明的那样，仅仅通过减小形成通量的电流分量i_Sd将这些电流向量限制到允许的电流向量上。

除总定子电流基波量值的最大值以外，如在图6中示出的那样，也存在形成通量的电流分量i_Sd的最大值。根据本发明的优选构型，在通量变化期间通过独立的限制调节器来确保极限值的遵守(参见图2和3)。但由所述限制调节器(在图3的实施例中具有P调节器)的功能方式决定地，可以暂时至少略微地超过所述极限值。

以下根据图6讨论由过高的电流要求引起的不同情况。在电流向量1的情形中，要求仅仅包含形成通量的电流分量的电流。虽然所要求的电流向量的顶端位于四分之一圆内，即没有超过总定子电流基波最大值，但超过了电流的形成通量的基波分量的极限值因此，通过单独的调节器的功能方式将电流相应地减小到以1’表示的电流矢量。

以符号3和3’表示的电流向量的情形类似。所述情形与情形1的不同仅仅在于：两个电流向量——即过高要求的电流向量和减小的电流向量也具有形成转矩的电流分量。形成转矩的电流分量保持不变，即与电流向量的变化不相关。仅仅通过形成通量的分量的限制实现减小的电流矢量的形成通量的分量不再超过极限值i_Sd,max。情形1和3具有的所要求的电流矢量的顶端位于d-q坐标系的第一象限的以“q优先权”表示的区域中。如上所述，在将所要求的电流矢量减小到允许的电流矢量时不涉及q分量，即形成转矩的电流分量因此，它相对于形成通量的电流分量i_Sd具有优先权。具有q优先权的区域在形成通量的电流分量的最大值的左侧结束。在上部，具有q优先权的区域在穿过的最大值线与四分之一圆的交点的水平线处结束。紧邻地在具有q优先权的区域上方，同样在用于i_Sd,max的垂直虚线的右侧是无优先权的区域。如果所要求的电流向量的顶端位于所述区域中，则在既改变定子电流的d分量也改变定子电流的q分量的情况下减小所述电流向量。空间向量的这种限制也称作角度准确的限制。这在图6的示图中相应于两个示例情形。在所要求的电流向量4的情形中，所述电流向量与总定子电流的最大值的四分之一圆恰好在具有q优先权的区域与无优先权的区域(“nopriority”)的界线处相交。因为通过限制到形成通量的电流的最大值上以及通过限制到总定子电流的最大值上实现了恰好在电流向量4与四分之一圆的交点处结束的电流向量，所以在情形4中不对电流向量进行方向改变，即如上所述的角度准确的限制。

相反，在电流向量5的情形中又进行这样的方向改变。同样将电流向量5减小到允许的电流向量，所述允许的电流向量在两个所述优先权区域或无优先级的区域的界线的交点处和四分之一圆处结束。因此，在那里结束的箭头以参考标号4’和5’表示。

具有“d-优先权”的区域(在附图中表示为“d-优先权”)位于四分之一圆的上方以及形成通量的电流分量的最大值的左侧。在本实施例中所要求的电流矢量2在那里结束。所述电流矢量借助于根据本发明的限制调节被自动地减小到允许的电流矢量2’，其具有相同的形成通量的电流分量i_Sd，但具有相应于允许的总定子电流基波最大值减小的形成转矩的电流分量。因为不发生形成通量的电流分量的减小，所以所述区域被恰当地称作具有d-优先权的区域。

Claims (10)

1.用于运行三相电机(N)的控制和/或调节装置，所述三相电机由3相变流器(C)馈电，其中

●所述装置具有一结构(A)，即一控制和/或调节结构，

●所述结构(A)具有一定子通量调节器(123)和一转差频率调节器(113)，或者所述结构(A)具有一定子通量调节器(123)和一转矩调节器，

●所述结构(A)具有一第一限制装置(107)，所述第一限制装置被构造用于为了限制定子电流(i_S)、即流过所述电机(N)的定子的电流的形成转矩的基波电流分量(i_Sq)而将输送给所述转差频率调节器(113)或所述转矩调节器的目标值限制到转差频率最大值或转矩最大值内，

●所述结构(A)具有一第二限制装置(121)，所述第二限制装置被构造用于为了限制所述定子电流(i_S)的形成通量的基波电流分量(i_Sd)而将输送给所述定子通量调节器(123)的目标值的变化的速度限制到一最大值(ΔΨ_S,max)内，

●所述结构(A)被构造用于根据所述定子电流的定子电流基波量值的预给定的电流最大值以及根据所述定子电流(i_S)的形成通量的基波电流分量的通过所述定子电流(i_S)的所测量的电流值的滤波形成的经滤波的实际值(i_Sd,mod)来计算所述转差频率最大值或所述转矩最大值，其中，在以下条件下计算所述转差频率最大值或转矩最大值：

$|i_{S,max}^{*}{|}^2={\left(i_{Sd,\mathrm{mod}}\right)}^2+{\left(i_{Sq,max}^{*}\right)}^2$

其中，

是用于所述定子电流的定子电流基波量值的预给定的电流最大值，

i_Sd,mod是所述定子电流的形成通量的基波电流分量的经滤波的实际值，

是所述定子电流的形成转矩的基波电流分量的最大值。

2.根据权利要求1所述的控制和/或调节装置，其中，所述结构被构造用于将所述定子电流(i_S)的形成转矩的基波电流分量的量值(|i_Sq|_f)与所述定子电流的形成转矩的基波电流分量的最大值的差值输送给具有比例积分调节器(403)的调节装置(401-409)，所述定子电流(i_S)的形成转矩的基波电流分量的量值(|i_Sq|_f)通过对所测量的所述定子电流(i_S)的电流值进行滤波形成，其中，所述调节装置(401-409)的输出端与所述第一限制装置(107)的输入端连接。

3.根据权利要求1或2所述的控制和/或调节装置，其中，所述结构被构造用于将所述定子电流(i_S)的形成通量的基波电流分量的经滤波的实际值的量值与所述定子电流的形成通量的基波电流分量的最大值的差值输送给具有比例调节器(203)的调节装置(201-209)，其中，所述调节装置(201-209)的输出端与所述第二限制装置(121)的输入端连接。

4.根据权利要求3所述的控制和/或调节装置，其中，所述三相电机(N)是异步电机，其中，所述结构(A)具有所述定子通量调节器(123)和所述转差频率调节器(113)。

5.根据权利要求1或2所述的控制和/或调节装置，其中，所述三相电机(N)是异步电机，其中，所述结构(A)具有所述定子通量调节器(123)和所述转差频率调节器(113)。

6.用于在使用定子通量调节器(123)和转差频率调节器(113)的情况下或者在使用定子通量调节器(123)和转矩调节器的情况下运行三相电机(N)的方法，所述三相电机由3相变流器(C)馈电，其中，

●为了限制流过所述三相电机(N)的定子的定子电流的形成转矩的基波电流分量，将输送给所述转差频率调节器(113)或所述转矩调节器的目标值限制到转差频率最大值或转矩最大值内，

●为了限制所述定子电流的形成通量的基波电流分量，将输送给所述定子通量调节器(123)的目标值的变化的速度限制到一最大值(ΔΨ_S,max)内，

●根据所述定子电流的定子电流基波量值的预给定的电流最大值以及根据所述定子电流(i_S)的形成通量的基波电流分量的通过所述定子电流(i_S)的所测量的电流值的滤波形成的经滤波实际值(i_Sd,mod)来计算所述转差频率最大值或所述转矩最大值，其中，在以下条件下计算所述转差频率最大值或转矩最大值：

$|i_{S,max}^{*}{|}^2={\left(i_{Sd,\mathrm{mod}}\right)}^2+{\left(i_{Sq,max}^{*}\right)}^2$

其中，

是用于所述定子电流的定子电流基波量值的预给定的电流最大值，

i_Sd,mod是所述定子电流的形成通量的基波电流分量的经滤波的实际值，

是所述定子电流的形成转矩的基波电流分量的最大值。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，将所述定子电流(i_S)的形成转矩的基波电流分量的量值(|i_Sq|_f)与所述形成转矩的基波电流分量的最大值的差值输送给具有比例积分调节器(403)的调节装置(401-409)，所述定子电流(i_S)的形成转矩的基波电流分量的量值(|i_Sq|_f)通过对所测量的所述定子电流(i_S)的电流值进行滤波形成，其中，将所述调节装置(401-409)的输出值输送给用于限制所述定子电流的形成转矩的基波电流分量(i_Sq)的第一限制装置(107)的输入端。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，将所述定子电流(i_S)的形成通量的基波电流分量的经滤波的实际值的量值与所述定子电流的形成通量的基波电流分量的最大值的差值输送给具有比例调节器(203)的调节装置(201-209)，其中，将所述调节装置(201-209)的输出值输送给用于限制所述定子电流的形成通量的基波电流分量的第二限制装置(121)的输入端。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述三相电机(N)是异步电机，其中，在使用所述定子通量调节器(123)和所述转差频率调节器(113)的情况下控制和/或调节所述电机。

10.根据权利要求6或7所述的方法，其中，所述三相电机(N)是异步电机，其中，在使用所述定子通量调节器(123)和所述转差频率调节器(113)的情况下控制和/或调节所述电机。