用于识别泵的负载状况的方法

专利名称：用于识别泵的负载状况的方法技术领域：本发明涉及一种识别家用器具的由电机驱动的流体给送泵的负载状况的方法。 背景技术：公知在洗碗机中使用具有屏蔽极电机或单相同步电机的排放泵。这些泵的电机是 单相电机，所述单相电机被构造成用于离散操作点，且直接应用于民用电压。由于所使用的 原理，获得与这些泵的当前负载状况相关的信息是复杂的或困难的。发明内容因此，本发明的目的是提供一种方法，借助于所述方法，家用器具的由电机(EC电 机)驱动的泵的操作状态/负载状况可被辨识出。根据本发明，上述目的通过以下特征实现泵由被实施为同步电机的电机驱动，其 中，泵的至少一种负载状况由形成转矩的电流分量确定。因此，根据本发明，家用器具的泵 通过使用特殊的电机、即例如三相永磁激励同步电机驱动，其中，泵电机优选借助于场定向 矢量控制器被致动。在此，同步电机从具有三相脉宽调制电压系统的转换器供电，所述三相 脉宽调制电压系统可在频率、相位和幅度方面被调节。负责产生正弦电压的软件部分称作 调制器。电机定时器作为用于产生PWM信号的微控制器的物理部件跟在调制器之后，然后 B6端级的驱动器模块跟在输出侧。随转子轴旋转的空间矢量随所述的矢量控制器变动。在 此，存在成控制环和信号的相继变换的形式的反馈。在矢量控制器的情况下，d/q变换仅借 助于定子电流的q分量调节同步电机的转矩，且d分量理想上变为零。电流测量、电机模型 的使用、同步电机利用如上所述可在频率、相位和幅度方面调节的三相电压系统的目标致 动产生闭合的控制环。该系统内的电流分量iq与泵的负载状况直接对应。因此，由同步电 机驱动的泵的负载情况可从电流分量iq的电流变化过程推出。特别地，负载状况由电流分量iq的时间进展确定。根据本发明的一个改进，泵的负载情况、泵的空载情况、阻塞的通过泵的流体流和 /或泵送的流体量作为负载状况被确定。如果家用器具例如是洗碗机，则它借助于所谓的排 放泵被排放。这将流体、即水完全从所述洗碗机传送出，但在之前的洗碗机的情况下，继续 在空载模式下运行，且在该模式中产生较高水平的噪声以及电的损耗，而没有任何另外的 益处。如果在这种类型的泵中排放软管被阻塞，则该排放泵以较小的负载工作，但仍没有作 用。作为本发明的结果，空载情况和堵塞情况被探测，使得泵迅速地被关断，且可在阻塞操 作的情况下作为故障被关断。还可有利地借助于电流分量iq确定泵送的流体量。总体上， 这产生了降低噪声产生、节省能量和故障识别的益处。而且，可明确地泵走特定的流体量、 特别是水量。基本上可以说，除了泵的驱动以外，根据本发明，泵还充当传感器，以检查所述 期望的或不期望的操作状态。根据本发明的一个改进，泵的负载情况由电流分量iq的曲线的相继的最小电流 强度和最大电流强度识别。检查这种类型的最小-最大曲线，从而，泵的负载情况在该曲线出现时被感测到。如果在负载情况已被识别之后超过了电流分量iq的负电流变化的设定值，则由 此推出泵的空载情况。如果空载情况被识别，则家用器具的机械控制可使泵停止工作，这是 因为可以认为流体完全被泵送走。可仅使用电流分量iq的负载电流相对于空载电流之差计算积分。本发明的一个 优选的改进由电流分量iq的时间积分确定泵送的流体的量。这使得泵送走的量能够明确 地被确定。特别地，可由负载情况下的电流分量iq的变量与空载情况下的电流分量iq的 变量之差的时间积分确定泵送的流体量。特别地，有利地，在未识别的空载情况下，阻塞的通过泵的流体流由泵的操作的时 间测量结果和未达到负载情况下的电流分量iq的最小设定值的事实识别。在例如洗碗机 或洗衣机的情况下，这可以是阻塞的排放软管。特别优选地，经低通滤波的电流分量iq用作电流分量，这是因为与泵的负载状况 相关的特别可靠的信息可基于低通滤波作出。洗碗机或洗衣机泵优选用作泵。所述泵可特别是排放泵，优选是洗碗机或洗衣机 的排放泵。由泵给送的流体特别是液体介质、优选是水或洗涤液。本发明还涉及一种用于识别家用器具的由电机驱动的流体给送泵的负载状况的 装置，所述装置特别是用于执行上述方法，所述装置具有驱动泵的三相永磁激励同步电机、 操作同步电机的场定向矢量控制器以及探测电路，所述探测电路由形成转矩的矢量控制器 的电流分量iq确定泵的至少一种负载状况。本发明还涉及一种配备有所述类型的装置的家用器具、特别是洗碗机或洗衣机。本发明最后涉及一种分别具有上述类型的装置和泵的家用器具、特别是洗碗机或 洗衣机。附图借助于示例性实施例示出了本发明，附图包括图1示出了用于泵的三相永磁激励同步电机的矢量控制器的控制等效电路图；以 及图2示出了矢量控制器的电流分量iq的电流时间变化图。 具体实施例方式本发明基于一种家用器具、特别是洗碗机的泵，所述泵优选作为排放泵操作，且负 责对洗碗机进行排放，换言之用于泵送走用过的流体、特别是液体、优选为水。该泵由三相 永磁激励同步电机驱动，在该示例性实施例中，同步电机的三相以星型结构连接。该星型结 构形成结点。由于结点的总电流为零，因此，只要测量出三相中的两相的电流即可。这两相 是两相电流ia和ib。整个三相系统可借助于两个相电流ia、ib确定。就使用的语言而言， 应当指出，如果涉及物理绕组系统，则使用电机绕组的“绕组相”。另一方面，如果涉及电压 系统的产生，则使用术语“相”。场定向的矢量控制器用于致动同步电机。为此，三相电流系统、同步电机的速度η、 从而泵的速度η以及同步电机的转子的位置、特别是磁极转子角φ被探测。特别地，为了简4化目的，速度η和磁极转子角φ借助于电机模型从电流计算。这在下面将更详细地解释。因 此，下面针对的是测量在控制环的输入端处的所述系统中的三相电流中的两相电流ia、ib， 且借助于形成同步电机的电机模型由此计算三相电流系统、速度η和磁极转子角φ。图1借助于控制器等效电路示出了用于场定向的矢量控制器的控制电路。两个绕 组相电流ia、ib从包括彼此相错120°的电流的三相电流系统测量。借助于以附图标记1 表示的Park变换，相错120°的两个实际相电流ia、ib转换成复数、定子定向的正交坐标系 统，即，此时存在包括分量电流i α和i β的两相90°系统。这两个分量电流i α和i β借 助于以附图标记2表示的Clark变换通过转子坐标系统中的转子角度φ被旋转。由此产生 旋转后的电流分量id和iq，其中，id与磁化电流对应，iq与同步电机的形成转矩的电流对 应。这些电流分量id和iq在下游的PI控制器级3和4中被调节到不同的期望值id和期 望值iq。然后进行以附图标记5表示的逆变换，且除了用于电机模型6的分量电压u α和 u β，所述逆变换还提供用于调制器7的幅度。调制器7是一种能够产生三相脉宽调制电压 系统的元件，所述三相脉宽调制电压系统可在频率、相位和幅度方面被调节。为了提供分量 电压ua和ιιβ的幅度，绝对值产生器8在调制器7的输入侧提供。已经提及到的转子角 度屮(磁极转子角)不是直接在同步电机上测量，而是借助于电机模型6由分量电流ia和 β和分量电压u α和ui3计算。电机模型6再现同步电机。速度η由转子角度的时间差 分计算。这以附图标记9表示。用于调制器7的电流增量利用离散调制步骤的知识由速度 η计算。由于在同步电机起动点不能得到电流和速度信息，因此同步电机以受控的方式起 动。为此，提供了以附图标记10表示的斜坡模型，在指定起动斜坡陡度之后，所述斜坡模型 产生当前目标速度和当前增量。用于两个电流分量id和iq的期望值作为固定值被预定。 图1包含三个开关11、12和13，每个开关分别处于起动同步电机所需的位置。一旦同步电 机起动，它们就被变换。当起动时，调制器7运行正弦表，以用于产生具有斜坡模型10的斜 坡的角度增量和来自起动期望值的电流控制环的幅度的输出电压样本。如果达到借此可以 可靠地测量相电流ia、ib且可以可靠地计算电机模型6的确定速度n，则进行从受控操作 到调节操作的变换，即，开关11-13被操作，且产生了同步点14(图2)。被实施为PI控制器 的速度调节器15此时根据存在的速度偏差计算用于形成转矩的电流分量iq的期望值iq。 磁化电流分量id被调节为零。关于相电流i α和i β的测量，应当指出，这些相电流i α和i β借助于同步电机 的相U和V的半桥的根点中的两个分路电阻器测量。Β6桥电路特别是设有调制器7。在所 述的分路电阻器上的压降与相应的电机绕组U和V中的电流成正比。两个分路电阻器上的 压降借助于两个快速放大器电路被调节到微控制器的电压测量范围0V-5V。放大器电路被 相同地构造且尺寸被选择成使可没有失真地测量脉宽调制网中的电流。由于必须在两个根 点中测量具有相同幅度的正、负电流，因此，放大器电路分别具有偏置电压，所述偏置电压 设定在可能的调制范围的中间。相应的偏置电压始终在电机空载过程中被测量，且检查其 合理性。为了减小干扰的影响，偏置电压借助于SW低通滤波器过滤。在不合理的偏置电压 的情况下，转换器软件为故障状态，从而泵的启动是不可能的。绕组相电流ia和ib以中断驱动的方式被采样，且以转换器的脉宽调制器的脉宽 调制频率被采样。采样点处于转换器的三个低侧功率半导体的触发的中间。在该点，同步 电机的三个电机绕组经过功率半导体被短路，且电机绕组的续流可被测量。由于采样的触发精确地位于脉冲的中间处，因此，干扰的影响由于脉宽调制切换侧(khaltflanken)而 被最小化。仅一电流曾在脉宽调制循环中被采样。两个电流在电机模型被计算之前间隔脉 宽调制循环时间以时间偏错的方式测量。在此的前提条件是，在脉宽调制循环时间中，同步 电机的相中的电流恒定。脉宽调制频率被选择成实现该条件。电流以10位的模拟-数字 转换器分辨率探测。相电流的峰-峰值以该分辨率描绘。转换器的输出电压的调制根据查询表(LUT)方法执行。输出电压的当前角度储存 在相累加器(16位)中，且借助于控制算法每600 μ s循环修正一次。具有恒定的角速度的 调制角在修正之间继续。LUT具有16位分辨率，且储存在具有256个记录点的控制器的闪 存中。脉宽调制值在每一第二脉宽调制循环时更新。输出电压借助于转换器的中间电路电 压在每一调制值计算时被修正。因此，转换器的中间电路中的电压波动的影响可大大地得 到补偿。由于本发明的控制思想、即场定向的矢量控制，因此，形成转矩的电流分量iq和 磁化电流分量id在运行期间可直接得到。因此，调制器7 (转换器)的负载状况直接通过 电流分量iq再现。电流分量iq经受低通滤波(SW)，然后根据本发明用于对泵的负载状况 进行量度，换言之用于辨识泵的负载状况。图2示出了与家用器具、特别是洗碗机的洗涤液/水的泵出过程相关的电流分量 iq的特征曲线。图2示出了根据本发明操作的泵的泵出过程的随时间t变化的电流分量iq。不同 的时段被区分。这些时段包括泵的起动时段16、具有满幅体积流量的随后时段17、具有下 降的体积流量的随后时段18。之后是不具有体积流量的时段19。在区域20中，泵在流体 传送方面停止作用。区域21识别负载，区域22在负载下操作，区域23在负载减小的过程 中操作，区域M为空载操作。下面的解释内容在泵、特别是排放泵的每次重新起动时通过重新执行空载识别以 及再次执行量识别而自动进行。本发明的方法适于根据图2的电流分量iq的电流曲线。在 区域20中的受控起动过程中(图2左侧)，电流分量iq达到最大值M。在受控起动之后， 在图2中以闪电式标记表示的同步时间14，开始泵的负载识别和空载识别。在最大电流M 之后，电流分量iq下降到最小电流N，所述最小电流被探测且从此产生确定水平的正电流 变化，即正diq。如果这超过了设定值V，负载情况存在，即所述配置处于负载识别状况下。 量确定此时进行，即确定由泵泵送的流体的量。为此，差值(iq;Mriqss)的积分形成，这 与泵送的流体量成比例。空载电流根据之前的泵出过程被获知。如果积分达到可为相应的 泵出过程指定的设定量值，泵出已以某一量执行，即预定的水量已被泵出。最大电流强度在 负载操作过程中同时被确定，且连续地被更新。该最大电流强度的偏差、即负diq用于识别 随后的空载。如果未达到设定值V’，则泵空运行，且接着时间定时器被启动(空载的安全边 界)，在时间定时器终止之后，设定空载标记。校准测量仍可随后执行。为此，另一定时器被 启动，以等候泵的被同步的空载运行，且空载电流在另一定时器终止之后测量。这被保持并 用作随后的泵出过程的空载电流基础。为了能够识别通过泵的流体流的阻塞情况，假设从家用器具泵出最大量的流体在 最坏的情况下本身不超过某一默认时间。该最坏情况的情形由排放软管的高度、脏物的最 大容许横截面、部分阻塞或稍微断开的排放软管和要被泵送走的流体例如脏水的一致性确定。在通过泵的低的流体速率下，电流分量iq在正常操作过程中较小。如果经过最大设定 时间之后电流分量iq低于确定的最小负载电流且还没有识别出空载情况，则推断排放软 管等被阻塞。该最大时间分配通过在同步点14启动定时器被触发。如果在定时器的预定 时间已经逝去之后没有识别出空载且感测的电流分量iq没有达到确定的设定值，则阻塞 的排放软管和/或阻塞的流体流被识别。负载状况的在前识别是不必的，即，所述识别与负 载识别独立地实施。权利要求1.一种用于识别家用器具的由电机驱动的流体给送泵的负载状况的方法，其特征在 于，所述泵通过被实施为同步电机的永磁激励电机驱动，其中，所述泵的至少一种负载状况 由形成转矩的电流分量iq确定。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，负载状况由电流分量iq的曲线确定。3.如前面权利要求中任一所述的方法，其特征在于，泵的负载情况、泵的空载情况、阻 塞的通过泵的流体流和/或泵送的流体量作为负载状况被确定。4.如前面权利要求中任一所述的方法，其特征在于，泵的负载情况由电流分量iq的变 化过程的相继的最小电流强度和最大电流强度识别。5.如前面权利要求中任一所述的方法，其特征在于，泵的空载情况由电流分量iq的电 流在负载情况之后发生的负变化的设定值V’识别。6.如前面权利要求中任一所述的方法，其特征在于，泵送的流体量由电流分量iq的时 间积分确定。7.如前面权利要求中任一所述的方法，其特征在于，泵送的流体量由电流分量iq在负 载情况下的变量与电流分量iq在空载情况下的变量之差的时间积分确定。8.如前面权利要求中任一所述的方法，其特征在于，在未识别的空载情况下，阻塞的通 过泵的流体流由泵的操作的时间测量结果和未达到负载情况下的电流分量iq的最小设定 值的事实识别。9.如前面权利要求中任一所述的方法，其特征在于，经低通滤波的电流分量iq用作电 流分量iq。10.如前面权利要求中任一所述的方法，其特征在于，洗碗机泵或洗衣机泵用作泵。11.如前面权利要求中任一所述的方法，其特征在于，特别是洗碗机或洗衣机的排放泵用作泵。12.如前面权利要求中任一所述的方法，其特征在于，液体介质、特别是水或洗涤液作 为流体泵送。13.如前面权利要求中任一所述的方法，其特征在于，使用三相电机。14.如前面权利要求中任一所述的方法，其特征在于，使用矢量控制器。15.一种用于识别家用器具的由电机驱动的流体给送泵的负载状况的装置，所述装置 特别是用于执行前面权利要求中任一所述的方法，其特征在于，所述装置具有探测器电路， 所述探测器电路由矢量控制器的形成转矩的电流分量iq确定泵的至少一种负载状况。16.一种家用器具，特别是洗碗机或洗衣机，具有权利要求15所述的装置。17.一种家用器具，特别是洗碗机或洗衣机，具有前面权利要求中的一个或多个所述的 装置和泵。全文摘要本发明涉及一种用于识别家用器具的由电机驱动的流体给送泵的负载状况的方法。本发明的特征在于，所述泵通过被实施为同步电机的永磁激励电机驱动，其中，所述泵的至少一种负载状况由形成转矩的电流分量iq确定。文档编号F04B49/00GK102077461SQ200980123790 公开日2011年5月25日 申请日期2009年6月18日 优先权日2008年6月24日发明者F·埃比勒, R·霍克豪森 申请人:Bsh博世和西门子家用器具有限公司