本發(fā)明涉及一種用于減小通過變流器饋電的馬達(dá)的噪聲的方法。此外，本發(fā)明涉及一種用于減小通過變流器饋電的馬達(dá)的這種噪聲的調(diào)節(jié)設(shè)備以及一種具有這種調(diào)節(jié)設(shè)備、變流器和馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

由馬達(dá)放射的噪聲的主要部分是電磁起源。在此，通過馬達(dá)之內(nèi)的磁通量的諧波在馬達(dá)中產(chǎn)生徑向力波，所述徑向力波通過定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的非正弦分布以及通過由于定子和轉(zhuǎn)子開槽產(chǎn)生的氣隙的波動(dòng)產(chǎn)生。

徑向力波激勵(lì)疊片組。其產(chǎn)生振動(dòng)，所述振動(dòng)作為固體聲傳遞并且作為噪聲經(jīng)由周圍環(huán)境傳播。殼體用作為傳遞元件并且放大其固有頻率范圍中的所放射的噪聲的水平。

為了減小馬達(dá)噪聲通常嘗試：或者改變或者優(yōu)化馬達(dá)的機(jī)械設(shè)計(jì)，或者通過調(diào)制方法最小化由變流器所引起的時(shí)間諧波，以及在馬達(dá)的共振部位附近避免具有一定頻率的由變流器所引起的時(shí)間諧波。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所基于的目的是，進(jìn)一步減小由逆變器饋電的馬達(dá)的馬達(dá)噪聲。

所述目的通過用于減小通過變流器饋電的馬達(dá)的噪聲的方法來實(shí)現(xiàn)，其中根據(jù)馬達(dá)處的負(fù)載力矩改變馬達(dá)中的磁通量，使得磁通量的基本振動(dòng)與磁通量的諧波的乘積減小。

所述目的還通過一種用于借助于用于減小通過變流器饋電的馬達(dá)的噪聲的方法減小通過變流器饋電的馬達(dá)的噪聲的調(diào)節(jié)設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，其中調(diào)節(jié)設(shè)備能夠與變流器連接，使得能夠傳輸馬達(dá)的磁通量的理論值。所述目的還通過一種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括這種調(diào)節(jié)設(shè)備、變流器和馬達(dá)。

本發(fā)明的有利的設(shè)計(jì)方案在從屬權(quán)利要求中說明。

本發(fā)明基于如下知識：在轉(zhuǎn)速可變的驅(qū)動(dòng)器中除了上面已經(jīng)提出的徑向力波之外形成其他的力波，其中所述驅(qū)動(dòng)器由變流器饋電。引起噪聲形成的徑向力波通過磁通量的基本振動(dòng)與其時(shí)間諧波的交互作用來引起。對于馬達(dá)在變流器運(yùn)行中的噪聲形成決定性的是：磁通量的基本振動(dòng)與磁通量的諧波的乘積。后者取決于如下參數(shù)，所述參數(shù)從變流器調(diào)制中得出，即例如調(diào)制類型(脈沖圖案)、占空比和脈沖頻率。

為了理論上更精確地闡述變流器所引起的徑向力波的形成，假設(shè)如下簡化情況：為了產(chǎn)生磁通量在定子電壓中存在基本振動(dòng)和兩個(gè)諧波。在該情況下，借助如下等式描述定子電壓的空間矢量

異步馬達(dá)的氣隙中的磁通量密度能夠作為旋轉(zhuǎn)向量示出。在假設(shè)定子電壓的情況下，磁通量密度為

其中，并且旋轉(zhuǎn)向量在位置處到軸線上的投影提供沿著機(jī)器的氣隙的磁感應(yīng)分布

氣隙中的徑向的拉應(yīng)力(每面積單位的徑向拉力)與磁通量的平方成比例

在假設(shè)諧波的幅度比基本振動(dòng)幅度小得多的情況下，該等式引起

其借助于上述關(guān)聯(lián)得出如下結(jié)果：

該等式顯示出存在具有頻率ωh1-ω1，ωh2+ω1的兩個(gè)脈沖分量和具有頻率ωh1+ω1，ωh2-ω1的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)分量。旋轉(zhuǎn)分量的空間序列等于2p，其中p作為極對數(shù)。如在該等式中可見，通過減小諧波bh1和bh2的幅度或基礎(chǔ)諧波b1的幅度，能夠減小該分量的幅度。

磁通量的基本振動(dòng)的變化通過形成通量的電流的變化來產(chǎn)生。形成通量的流為無功電流。磁通量的基本振動(dòng)也能夠通過馬達(dá)電壓與馬達(dá)頻率的比來近似。

馬達(dá)中的磁通量的諧波變化能夠通過變化的占空比來引起，所述占空比也稱作為調(diào)制度。該變化的占空比能夠選擇為，使得該占空比引起馬達(dá)的磁通量中的較小諧波。其示出：該效應(yīng)能夠用于：減小馬達(dá)中的磁通量的諧波和固有頻率的乘積，使得通過變流器饋電的馬達(dá)的噪聲降低。減小磁通量的諧波進(jìn)而所形成的噪聲的另一可行性在于：改變脈沖頻率。

因此能夠通過馬達(dá)中的磁通量的變化減小通過馬達(dá)產(chǎn)生的噪聲。因此，例如對于部分負(fù)載運(yùn)行減小磁通的固有頻率引起：磁通量的一個(gè)或多個(gè)諧波和基本振動(dòng)的乘積占有較小的值，進(jìn)而減小馬達(dá)的噪聲。至今為止，減小磁通的基本振動(dòng)僅用于減小部分負(fù)載運(yùn)行中的馬達(dá)損失。相反于減小損失功率，除了降低通量之外，根據(jù)馬達(dá)的和/或變流器的工作點(diǎn)提高磁通量和與之關(guān)聯(lián)地提高占空比也能夠引起噪聲減小。于是當(dāng)馬達(dá)具有相應(yīng)的設(shè)計(jì)余量使得鐵在提高磁通量時(shí)不處于飽和時(shí)，提高通量尤其才是可行的。此外，為了減小噪聲，當(dāng)通量提高減小了馬達(dá)電流時(shí)，提高脈沖頻率。

在此，作為變流器能夠使用如下的變流器，所述變流器具有中間回路并且將輸入電壓首先在其再次變換成用于對馬達(dá)饋電的交流電壓之前變換成中間回路中的直流電壓。同樣地，直接變流器也適合于應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的方法，其中不產(chǎn)生直流電壓。

根據(jù)本發(fā)明的方法能夠針對所有類型的變流器饋電的馬達(dá)執(zhí)行，尤其針對異步機(jī)和同步機(jī)執(zhí)行。

在本發(fā)明的一個(gè)有利的設(shè)計(jì)方案中，馬達(dá)中的磁通量根據(jù)馬達(dá)處的負(fù)載力矩改變。對于該方法證實(shí)為尤其有利的是：當(dāng)馬達(dá)和/或變流器處于其最大的性能之下時(shí)，才能夠執(zhí)行改變磁通量。該狀態(tài)也稱作為部分負(fù)載運(yùn)行。于是得出的自由度、即例如熱儲(chǔ)量于是能夠用于減小噪聲，該噪聲減小并不必然地提高馬達(dá)和/或變流器的總損失。當(dāng)然，為了更小的噪聲排放也能夠容忍提高變流器和/或馬達(dá)中的損失。

在本發(fā)明的一個(gè)有利的設(shè)計(jì)方案中，從變流器的輸出電流中確定負(fù)載力矩。因?yàn)橐阎兞髌髡{(diào)節(jié)裝置的馬達(dá)的數(shù)學(xué)模型和變量，所以所述數(shù)學(xué)模型和變量也能夠以簡單的方式用于減小馬達(dá)噪聲。對此，通過變流器調(diào)節(jié)裝置本身，進(jìn)行借助于改變磁通減小馬達(dá)噪聲。因?yàn)閷τ谧兞髌髡{(diào)節(jié)裝置已知變流器輸出電流的所需要的值，所以也能夠以簡單的方式執(zhí)行通量變化。在此，有利地也能夠?qū)τ谡{(diào)節(jié)考慮其他的變量，所述變量描述變流器的狀態(tài)。

替選地，也能夠通過單獨(dú)的調(diào)節(jié)設(shè)備預(yù)設(shè)通量的變化。于是，在變流器調(diào)節(jié)裝置和單獨(dú)的調(diào)節(jié)裝置之間傳輸相應(yīng)的值、即例如變流器輸出電流和/或通量理論值。

在本發(fā)明的一個(gè)有利的設(shè)計(jì)方案中，根據(jù)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速借助于馬達(dá)處的電流和/或電壓改變磁通量。在此，轉(zhuǎn)速能夠借助于適當(dāng)?shù)臏y量設(shè)備、即例如馬達(dá)的轉(zhuǎn)速傳感器來確定。同樣可行的是：從變流器和變流器調(diào)節(jié)裝置已知的變量、即例如輸出電壓或輸出電流中能夠推出馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。這在簡單的情況下能夠從所述變量中的一個(gè)的頻率中得出。該頻率與在異步機(jī)的情況下通過滑差引起的馬達(dá)轉(zhuǎn)速不同。然而為了執(zhí)行該方法指出：頻率的值已經(jīng)充分精確。替選地，從變流器調(diào)節(jié)裝置的變量以及相應(yīng)的馬達(dá)模型中能夠計(jì)算馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。

在已知負(fù)載特性的情況下，其中馬達(dá)軸處的力矩基本上與轉(zhuǎn)速相關(guān)，能夠放棄確定馬達(dá)的負(fù)載力矩。從轉(zhuǎn)速信號中能夠充分精確地確定負(fù)載關(guān)系進(jìn)而也能夠確定馬達(dá)和/或變流器的運(yùn)行狀態(tài)，以便能夠執(zhí)行用于通量變化的相應(yīng)的措施，而馬達(dá)不在不允許的運(yùn)行狀態(tài)下、即例如過載或保護(hù)下運(yùn)行。

在本發(fā)明的一個(gè)有利的設(shè)計(jì)方案中，借助于特征曲線根據(jù)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速確定負(fù)載力矩。特別的負(fù)載機(jī)器、例如泵或壓縮機(jī)具有特定的特性，所述特性能夠以特征曲線的形式說明。借助于該特征曲線和相應(yīng)的馬達(dá)或負(fù)載轉(zhuǎn)速，能夠精確地確定馬達(dá)的負(fù)載力矩。從中能夠確定馬達(dá)的和/或變流器的運(yùn)行狀態(tài)，以便執(zhí)行相應(yīng)的通量變化，以減小噪聲。

在此，特征曲線能夠離線地來確定并且存儲(chǔ)在調(diào)節(jié)裝置中。替選地或補(bǔ)充地，特征曲線也能夠在馬達(dá)運(yùn)行期間確定并且必要時(shí)存儲(chǔ)。

在本發(fā)明的一個(gè)有利的設(shè)計(jì)方案中，改變變流器的脈沖頻率。在部分負(fù)荷范圍中，能夠?qū)⒆兞髌鞯氖Ｓ嘈阅苡糜谔岣呙}沖頻率。該措施盡管在變流器中產(chǎn)生更多的損失功率。當(dāng)然，該措施在變流器的剩余性能中，例如在部分負(fù)荷范圍中或通過將變流器相應(yīng)地設(shè)置得更大而能夠用于提高脈沖頻率。此外，也能夠在全負(fù)荷運(yùn)行中例如執(zhí)行通量提高，只要馬達(dá)由此不處于飽和中。與之相隨的馬達(dá)功率的下降能夠用于提高脈沖頻率。這作用于降低磁通量的諧波，使得也減小所形成的噪聲。因此為性能也能夠與馬達(dá)的負(fù)載力矩相關(guān)，所以證實(shí)為有利的是：也根據(jù)馬達(dá)的負(fù)載力矩執(zhí)行脈沖頻率的提高。

較高的脈沖頻率引起更好地將電流匹配于正弦的時(shí)間變換。由此能夠減小馬達(dá)的電流中進(jìn)而磁通量中的諧波。為了更低的馬達(dá)噪聲而能夠容忍與之相隨的更高的變流器損失。

在本發(fā)明的一個(gè)有利的設(shè)計(jì)方案中，改變變流器的中間回路電壓。變流器的輸出電壓和中間回路電壓之間的比例稱作為變流器的占空比。根據(jù)占空比和脈沖頻率能夠在輸出電壓中進(jìn)而也在輸出電流中產(chǎn)生高階諧波，所述輸出電流在馬達(dá)中產(chǎn)生磁通量。通過改變中間回路電壓，即提高和減小中間回路電壓，在變流器輸出電壓相同的情況下改變占空比。因此，通過適當(dāng)?shù)馗淖冎虚g回路電壓能夠通過變流器或其變流器調(diào)節(jié)裝置設(shè)定占空比，所述占空比僅產(chǎn)生少量的諧波。因此，占空比有助于減小馬達(dá)的噪聲。

附圖說明

下面，根據(jù)附圖中示出的實(shí)施例詳細(xì)描述和闡述本發(fā)明。其示出：

圖1示出貫穿馬達(dá)的橫截面，

圖2示出驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，

圖3示出具有調(diào)節(jié)裝置的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，

圖4針對典型的調(diào)制方法(空間矢量調(diào)制)示出不同的頻率范圍中(脈沖頻率的數(shù)倍)的徑向拉力σ的諧波與占空比a的關(guān)聯(lián)，和

圖5示出根據(jù)馬達(dá)轉(zhuǎn)速改變磁通量、脈沖頻率和中間回路電壓的實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

圖1示出貫穿馬達(dá)1的橫截面的一部分。馬達(dá)1具有定子14和轉(zhuǎn)子13。在定子14和轉(zhuǎn)子13之間存在氣隙15。徑向拉力16與其基本振動(dòng)和其諧波以箭頭的形式在該視圖中示出。徑向拉力16在環(huán)周之上的該分布引起定子14的徑向變形17。馬達(dá)1中的徑向拉力16的時(shí)間變化導(dǎo)致徑向變形17的變化。因此，徑向變形17引起馬達(dá)殼體的震動(dòng)，使得形成聲波11和固體聲12，所述聲波和固體聲能夠察覺為噪聲。徑向變形17從定子14的定子疊片組轉(zhuǎn)移到馬達(dá)1的殼體上并且在那里作為聲波11經(jīng)由空氣傳播。如果不存在殼體，那么徑向變形17直接從定子疊片組作為聲波11轉(zhuǎn)移到空氣中。固體聲12一方面經(jīng)由馬達(dá)1的固定裝置傳輸，也經(jīng)由馬達(dá)軸傳輸。

圖2示出驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4的結(jié)構(gòu)。該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4具有能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)5,、變流器2、馬達(dá)1以及連接到馬達(dá)1上的負(fù)載7。變流器2與能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)5三相地連接。馬達(dá)1與變流器2的輸出端三相地連接。負(fù)載7經(jīng)由馬達(dá)軸與馬達(dá)1連接。變流器2具有整流器22和逆變器23。整流器22和逆變器23經(jīng)由中間回路24彼此連接。整流器22的任務(wù)是：將能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)5的交流電壓變換成直流電壓。從該直流電壓中通過逆變器23在變流器2的輸出端處產(chǎn)生電壓us。替選地，在該實(shí)施例中未示出：也能夠?qū)⒛芰抗?yīng)網(wǎng)絡(luò)的電壓直接地變換成變流器的輸出電壓，而并不使用中間回路。這種類型的變流器稱作為直接變流器。也對于其能夠應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的方法。借助于電壓us的幅度和頻率在馬達(dá)1處設(shè)定期望的工作點(diǎn)。執(zhí)行工作點(diǎn)設(shè)定和校正偏差的相應(yīng)的變流器調(diào)節(jié)裝置25在圖2中為了概覽而沒有示出。變流器2的、尤其逆變器23的另一特征性的變量是脈沖頻率fp，逆變器23以所述脈沖頻率對其在附圖中未明確示出的開關(guān)器如下進(jìn)行開關(guān)：例如利用脈沖寬度調(diào)制進(jìn)行開關(guān)，以便在變流器2的輸出端處產(chǎn)生相應(yīng)的電壓us。通過電壓us產(chǎn)生變流器2的輸出電流21，所述輸出電流在馬達(dá)1中產(chǎn)生磁通量φ和轉(zhuǎn)矩m。該轉(zhuǎn)矩m經(jīng)由軸傳輸給負(fù)載7。在此未詳細(xì)示出的變流器調(diào)節(jié)裝置25的目的是：例如調(diào)節(jié)馬達(dá)1的轉(zhuǎn)速n和力矩m，以便達(dá)到穩(wěn)定的工作點(diǎn)。

圖3示出驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4包括變流器調(diào)節(jié)裝置25以及用于改變磁通量φ和/或脈沖頻率fp和/或中間回路電壓uzk的調(diào)節(jié)設(shè)備3的結(jié)構(gòu)。為了避免重復(fù)，參考圖2的描述以及在那里列舉的附圖標(biāo)記。除了圖2中示出的部件之外，圖3的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4具有用于檢測轉(zhuǎn)速n的機(jī)構(gòu)6。轉(zhuǎn)速n的信號由用于檢測轉(zhuǎn)速n的機(jī)構(gòu)6傳輸給變流器調(diào)節(jié)裝置25和傳輸給調(diào)節(jié)設(shè)備3的輸入端31。

調(diào)節(jié)設(shè)備25能夠設(shè)置在變流器2中和變流器2之外。調(diào)節(jié)設(shè)備3同樣能夠設(shè)置在變流器2中或設(shè)置在變流器2之外。此外，調(diào)節(jié)設(shè)備3也能夠集成到變流器調(diào)節(jié)裝置25中進(jìn)而為變流器調(diào)節(jié)裝置25的一部分。變流器調(diào)節(jié)裝置25的目的是：產(chǎn)生變流器2的輸出電壓的理論值。對此，尤其考慮如下變量，如中間回路電壓uzk、換流器21的輸出電流is和換流器的轉(zhuǎn)速n。此外，調(diào)節(jié)設(shè)備3用于減小由馬達(dá)1引起的噪聲。對此，根據(jù)轉(zhuǎn)速n改變磁通量φ的理論值，使得減小馬達(dá)1的噪聲。如已經(jīng)描述的那樣，這通過如下方式執(zhí)行：將磁通量φ設(shè)定為，使得磁通量的基本振動(dòng)與磁通量φ的諧波相乘占有盡可能小的數(shù)值。此外，能夠改變脈沖頻率fp以及中間回路電壓uzk，使得它們也減小磁通量的基本振動(dòng)和諧波的上述乘積。對此，將相應(yīng)的理論值由調(diào)節(jié)設(shè)備3傳輸給變流器調(diào)節(jié)裝置25。變流器調(diào)節(jié)裝置25于是能夠通過對逆變器23的開關(guān)器(功率半導(dǎo)體)的開關(guān)操作的取用來設(shè)定具有改變的磁通量φ和必要時(shí)具有改變的脈沖頻率fp的相應(yīng)的工作點(diǎn)。通過取用整流器22的開關(guān)操作，能夠設(shè)定改變的中間回路電壓uzk。因此能夠通過變流器2執(zhí)行磁通量φ、脈沖頻率fp和中間回路電壓uzk的改變。該干預(yù)可行性改變馬達(dá)1和變流器2中的相應(yīng)的物理變量。

圖4示出不同的頻率范圍(脈沖頻率的數(shù)倍)中的徑向拉力σ的諧波與常用的調(diào)制方法(空間矢量調(diào)制)的占空比a之間的關(guān)聯(lián)。在此，至少除了額定轉(zhuǎn)速之外，占空比a和轉(zhuǎn)速n彼此成比例。于是，在額定轉(zhuǎn)速之上，出現(xiàn)場減弱。可識別的是：根據(jù)占空比能夠?qū)⒍啾队诿}沖頻率的不同的諧波放大或減弱。在此，存在如下頻率范圍，在所述頻率范圍中，占空比的提高(例如通過減小中間回路電壓)引起徑向拉力σ的諧波的減小(例如對于雙倍脈沖頻率的諧波)。如果例如馬達(dá)1在雙倍的脈沖頻率的范圍中是敏感的，那么應(yīng)當(dāng)提高占空比a，以便引起噪聲減小。如果馬達(dá)在單倍的脈沖頻率的范圍中不靈敏，那么占空比a應(yīng)保持得盡可能低。與之相隨也減小馬達(dá)1的噪聲形成。

圖5示出用于減小馬達(dá)1的噪聲的方法的一個(gè)實(shí)施例。在該應(yīng)用中，負(fù)載力矩m根據(jù)轉(zhuǎn)速n已知。由于在低轉(zhuǎn)速n的情況下轉(zhuǎn)矩m相對小，因此低轉(zhuǎn)速下的磁通φ減小。此外，在高轉(zhuǎn)速的情況下，轉(zhuǎn)矩才達(dá)到其100％的值。隨低的磁通量φ產(chǎn)生的較小的電流得到如下可行性：提高脈沖頻率fp，而變流器2并不過載、尤其熱過載。在該實(shí)施例中，低轉(zhuǎn)速的情況下的脈沖頻率為200％。隨變流器2中還有馬達(dá)1中的負(fù)載提高進(jìn)而還有更高的損失，再次減小脈沖頻率fp。在如下最大轉(zhuǎn)速的情況下，磁通量φ和脈沖頻率處于100％的標(biāo)稱值，其中在所述最大轉(zhuǎn)速下必需通過馬達(dá)提供最大的力矩m。此外，如在此在該實(shí)施例中示出，也能夠經(jīng)由轉(zhuǎn)速n調(diào)整中間回路電壓uzk，以便實(shí)現(xiàn)馬達(dá)1的噪聲減小。

盡管詳細(xì)地通過優(yōu)選的實(shí)施例闡述和描述本發(fā)明，然而不通過所公開的實(shí)例來限制本發(fā)明，并且能夠由本領(lǐng)域技術(shù)人員從中導(dǎo)出其他的變型形式，而沒有脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。