DE10106404A1

DE10106404A1 - Drehzahlregelungsvorrichtung für Synchronreluktanzmotor

Info

Publication number: DE10106404A1
Application number: DE10106404A
Authority: DE
Inventors: Dal-Ho Cheong
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2000-03-25
Filing date: 2001-02-12
Publication date: 2001-10-04
Anticipated expiration: 2021-02-13
Also published as: KR100354775B1; US20010028236A1; US6414462B2; JP2001346396A; DE10106404B4; KR20010090396A; JP3410451B2

Abstract

Offenbart ist eine Drehzahlregelungsvorrichtung für einen Synchronreluktanzmotor, umfassend eine Spannungserfassungsvorrichtung zur Erfassung einer Spannung, die an den Motor angelegt wird, einen ersten Phasenumwandler zum Empfang von Spannungen in drei Phasen von der Spannungserfassungsvorrichtung und zum Umwandeln der Dreiphasen-Spannungen in äquivalente Spannungen in zwei Phasen, eine Stromerfassungsvorrichtung zur Erfassung eines Stroms, der an den Motor angelegt wird, einen zweiten Phasenumwandler zum Empfang von Strömen in drei Phasen von der Stromerfassungsvorrichtung und zum Umwandeln der Dreiphasenströme in äquivalente Ströme in zwei Phasen, ein Rotordrehzahlstellelement zum Empfang der Zweiphasen-Spannungen, zum Berechnen einer Drehzahl eines Rotors, der in den Motor eingebaut ist, einen Drehzahlregler zum Empfang einer Abweichung zwischen einem Drehzahlbefehl, der extern angelegt wird, und einem Ausgabewert von dem Rotordrehzahlstellelement, zum Erzeugen eines drehmomentbezogenen Strombefehls, einen Stromregler zum Empfang einer Abweichung zwischen einem Drehmomentstrombefehl, der extern angelegt wird, und einem Ausgabewert von dem Rotordrehzahlstellelement zum Ausgeben eines drehmomentbezogenen Strombefehls, und einen Stromregler zum Empfang einer Abweichung zwischen dem drehmomentbezogenen Strombefehl und einem drehmomentbezogenen Strom, der vom zweiten Phasenumwandler ausgegeben wird, zum Ausgeben eines drehmomentbezogenen Spannungsbefehls zusammen mit ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehzahlregelungsvorrichtung für einen Synchronreluktanzmotor und insbesondere eine Drehzahlregelungsvorrichtung für einen Synchronreluktanzmotor, die die Drehzahl des Motors in Übereinstimmung mit einer Veränderung der Last exakt regeln kann, ohne einen Sensor zu verwenden, der dafür ausgelegt ist, die Position eines Rotors, der in den Motor eingebaut ist, zu erfassen.

Ein Synchronmotor, der eine Art eines Wechselstrommotors ist, ist ein Motor mit konstanter Drehzahl, der mit einer festen Drehzahl dreht, unabhängig von der Last, die an ihm bei einer bestimmten Frequenz anliegt, was eine synchrone Drehzahl bedeutet. Insbesondere wird bei einem Synchronreluktanzmotor ein Drehmoment auf der Grundlage der Reluktanzkomponenten erzeugt. Bei einem solchen Synchronreluktanzmotor ist demgemäß die Drehung eines Rotors, der in den Motor eingebaut ist, das Ergebnis nur eines Reluktanzdrehmoments.

Fig. 1 ist eine Draufsicht, die schematisch eine Konfiguration eines herkömmlichen Dreiphasen- Synchronreluktanzmotors veranschaulicht.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 umfaßt der herkömmliche Dreiphasen-Synchronreluktanzmotor, der mit der Bezugsnummer 100 bezeichnet ist, einen Stator 101, der dafür ausgelegt ist, bei Empfang eines daran angelegten Wechselstroms ein drehendes Magnetfeld zu erzeugen, und einen Rotor 102, der im Inneren des Stators 101 angeordnet ist und dafür ausgelegt ist, mit Hilfe des von dem Stator 101 erzeugten drehenden Magnetfeldes zu drehen.

Wie in Fig. 2 gezeigt, ist der Rotor 102 in vier Bereiche eingeteilt, und jeder von ihnen ist mit Rillen 102h gebildet. Die Rillen 102h jedes Rotorbereiches sind mit denen eines der gegenüberliegenden übrigen Rotorbereiche symmetrisch. Die Rillen 10h sind dafür ausgelegt eine zunehmende Differenz zwischen einer Reluktanz, die in einer d-Achsen-Richtung erzeugt wird, und einer Reluktanz, die in einer q-Achsen-Richtung erzeugt wird, zu erzeugen, wodurch ein Reluktanzdrehmoment zur Drehung des Rotors 102 erzeugt wird. In Fig. 2 bezeichnet die Bezugsnummer 102f den Fluß eines Magnetflusses, der mittels des Magnetfeldes erzeugt wird, das von dem Stator 101 erzeugt wird.

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, das schematisch eine herkömmliche Drehzahlregelungsvorrichtung veranschaulicht, die auf einen Dreiphasen- Synchronreluktanzmotor mit der oben genannten Konfiguration angewendet wird.

Unter Bezugnahme auf Fig. 3 umfaßt die herkömmliche Drehzahlregelungsvorrichtung einen Drehzahlregler 301 zum Empfang einer Abweichung zwischen einem Drehzahlbefehlswert, der von einer Hauptregelungseinheit (nicht dargestellt) ausgegeben wird, und einer tatsächlichen Geschwindigkeit des Dreiphasen- Synchronreluktanzmotors 310, die von einer Rotorpositionserfassungsvorrichtung 309 erfaßt wird, und zur Regelung der Drehzahl eines Rotors 102, der in einen Synchronreluktanzmotor 310 eingebaut ist, auf der Grundlage der Drehzahlabweichung. Die Drehzahlregelungsvorrichtung umfaßt ebenfalls einen Magnetflußbefehlsgenerator 305 zum Empfang eines Ausgabesignals von der Rotorpositionserfassungsvorrichtung 309 und zum Berechnen eines Magnetflußwinkels des Rotors 102 auf der Grundlage des empfangenen Signals, ein Magnetflußwinkelstellelement 307 zum Empfang eines Ausgabesignals von der Rotorpositionserfassungsvorrichtung 309, wodurch ein Magnetflußwinkel des Rotors berechnet wird, einen Koordinatenumwandler 308 zum Durchführen einer Koordinatenumwandlung eines Dreiphasenstroms, der an den Synchronreluktanzmotor 310 angelegt wird, in einen Zweiphasenstrom und einen Magnetflußregler 306 zum Empfang eines Ausgabesignals von dem Magnetflußbefehlsgenerator 305 und einer Ausgabe von dem Koordinatenumwandler 308, wodurch ein magnetflußbezogener Strom geregelt wird. Die Drehzahlregelungsvorrichtung umfaßt des weiteren einen Stromregler 302 zum Empfang einer Abweichung zwischen einem Ausgabesignal vom Drehzahlregler 301 und dem Ausgabesignal vom Koordinatenumwandler 308, zusammen mit einem Ausgabesignal vom Magnetflußregler 306, wodurch ein drehmomentbezogener Spannungsbefehl und ein magnetflußbezogener Befehl erzeugt werden, einen Spannungsgenerator 303 zum Empfang des drehmomentbezogenen Spannungsbefehls und des magnetflußbezogenen Befehls, die von dem Stromregler 302 ausgegeben werden, und des Ausgabesignals von dem Magnetflußwinkelstellelement 307, wodurch ein Dreiphasen- Spannungsbefehl ausgegeben wird, und einen Wechselrichter 304 zum Empfang des Dreiphasen-Spannungsbefehls von dem Spannungsgenerator 303 und zum Zuführen einer Wechselspannung, die dem empfangenen Dreiphasen- Spannungsbefehl entspricht, zum Dreiphasen- Synchronreluktanzmotor 310.

Bei der herkömmlichen Drehzahlregelungsvorrichtung mit der oben genannten Konfiguration empfängt der Drehzahlregler 301 eine Abweichung zwischen einem Drehzahlbefehl, der von der Hauptregelungseinheit (nicht dargestellt) ausgegeben wird, und einem Drehzahlwert des Dreiphasen-Synchronreluktanzmotors 310, der von der Rotorpositionserfassungsvorrichtung 309 rückgeführt wird, und gibt auf der Grundlage der empfangenen Drehzahlabweichung einen Strombefehl i*_qs aus, der sich auf einen Drehmoment in der q-Achsen-Richtung eines Rotationskoordinatensystems bezieht. Der Magnetflußbefehlsgenerator 305 erfaßt einen positiven Drehmomentbereich und einen positiven Ausgabebereich von dem Ausgabesignal von der Rotorpositionserfassungsvorrichtung 309, wobei ein Strombefehl i*_ds, der auf den Magnetfluß in der d-Achsen- Richtung des Rotationskoordinatensystems bezogen ist, ausgegeben wird. Der Magnetflußregler 306 empfängt eine Abweichung zwischen dem magnetflußbezogenen Stromwert i*_ds, der vom Magnetflußbefehlsgenerator 305 ausgegeben wird, und einem Zweiphasen-umgewandelten magnetflußbezogenen Stromwert i_ds, der von dem Koordinatenumwandler 308 ausgegeben wird, wobei ein magnetflußbezogener Strom geregelt wird. Ebenfalls empfängt das Magnetflußwinkelstellelement 307 das Ausgabesignal von der Rotorpositionserfassungsvorrichtung 309, wodurch ein Magnetflußwinkel des Rotors berechnet wird. Auf der Grundlage des Magnetflußwinkels führt der Koordinatenumwandler 308 eine Koordinatenumwandlung eines Dreiphasenstroms, der an den Synchronreluktanzmotor 310 angelegt wird, in einen Zweiphasenstrom durch, das heißt, eine q- und d-Achsen-Phase.

Der Stromregler 302 empfängt den drehmomentbezogenen Strombefehl i*_qs und den magnetflußbezogenen Strombefehl i*_ds, wodurch jeweils ein drehmomentbezogener Spannungsbefehl V*_qs und ein magnetflußbezogener Spannungsbefehl V*_ds erzeugt werden. Dieser drehmomentbezogene Spannungsbefehl V*_qs und der magnetflußbezogene Spannungsbefehl V*_ds werden an den Spannungsgenerator 303 angelegt, der ebenfalls den Magnetflußwinkel von dem Magnetflußwinkelstellelement 307 empfängt. Auf der Grundlage der empfangenen Signale gibt der Spannungsgenerator 303 Dreiphasen-Spannungsbefehle V_as, V_bs und V_cs aus. Auf der Grundlage der Dreiphasen- Spannungsbefehle V_as, V_bs und V_cs legt der Wechselrichter 304 eine entsprechende Spannung an den Synchronreluktanzmotor 310 an.

Bei einem Drehzahlregler entsprechend dem oben erwähnten herkömmlichen Synchronreluktanzmotor wird ein Sensor, wie beispielsweise ein Codierer oder ein Hall-IC, für die Rotorpositionserfassungsvorrichtung 309 verwendet, der dafür ausgelegt ist, Informationen über die Position des Rotors zu erhalten. Jedoch bestehen verschiedene technische Schwierigkeiten bei einer Anwendung eines solchen Sensors auf Kühlschränke oder Klimaanlagen.

Daher ist die vorliegende Erfindung im Hinblick auf das oben erwähnte Problem gemacht worden, und eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Drehzahlregelungsvorrichtung für einen Synchronreluktanzmotor zu schaffen, die die Drehzahl des Motors exakt regeln kann, indem nur der Strom und die Spannung jeder Phase, die in dem Motor fließen, erfaßt werden, ohne einen getrennten Sensor zu verwenden, der dafür ausgelegt ist, die Position eines Rotors zu erfassen, der in den Motor eingebaut ist.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe erfüllt, indem eine Drehzahlregelungsvorrichtung für einen Synchronreluktanzmotor bereitgestellt wird, die umfaßt:
eine Spannungserfassungsvorrichtung zur Erfassung einer an den Synchronreluktanzmotor angelegten Spannung;
einen ersten Phasenumwandler zum Empfang von von der Spannungserfassungsvorrichtung auf der Grundlage ihrer Spannungserfassung ausgegebenen Spannungen in drei Phasen, und zum Umwandeln der Dreiphasen-Spannungen in äquivalente Spannungen in zwei Phasen;
eine Stromerfassungsvorrichtung zur Erfassung eines an den Synchronreluktanzmotor angelegten Stroms;
einen zweiten Phasenumwandler zum Empfang von von der Stromerfassungsvorrichtung auf der Grundlage ihrer Stromerfassung ausgegebenen Strömen in drei Phasen, und zum Umwandeln der Dreiphasenströme in äquivalente Ströme in zwei Phasen;
ein Rotordrehzahlstellelement zum Empfang der vom ersten Phasenumwandler ausgegebenen Zweiphasen-Spannungen, zum Berechnen einer Drehzahl eines in den Synchronreluktanzmotor eingebauten Rotors;
einen Drehzahlregler zum Empfang einer Abweichung zwischen einem extern angelegten Drehzahlbefehl und einem Ausgabewert von dem Rotordrehzahlstellelement, zum Erzeugen eines drehmomentbezogenen Strombefehls;
einen Stromregler zum Empfang einer Abweichung zwischen einem extern angelegten Drehmomentstrombefehl und einem Ausgabewert vom Rotordrehzahlstellelement, zum Ausgeben eines drehmomentbezogenen Strombefehls;
einen Stromregler zum Empfang einer Abweichung zwischen dem vom Drehzahlregler ausgegebenen drehmomentbezogenen Strombefehl und einem der vom zweiten Phasenumwandler ausgegebenen drehmomentbezogenen Zweiphasen-Ströme, zum Ausgeben eines drehmomentbezogenen Spannungsbefehls zusammen mit einem magnetflußbezogenen Spannungsbefehl;
einen Spannungsgenerator zur Umwandlung der von dem Stromregler ausgegebenen Zweiphasen-Spannungsbefehle in Spannungen in drei Phasen; und
einen Wechselrichter zum Durchführen einer Pulsbreitenmodulation für die von dem Spannungsgenerator ausgegebenen Dreiphasen-Spannungen, und zum Anlegen der resultierenden Spannungen an den Synchronreluktanzmotor.

Vorzugsweise umfaßt die Drehzahlregelungsvorrichtung des weiteren:
einen magnetischen Befehlsgenerator zum Empfang des Ausgabewertes von dem Rotordrehzahlstellelement, zum Erfassen eines positiven Drehmomentbereichs und eines positiven Ausgabebereichs in Übereinstimmung mit einer Drehzahl des Synchronreluktanzmotors, und zur Ausgabe eines magnetflußbezogenen Strombefehls;
einen Magnetflußregler zum Empfang einer Abweichung zwischen dem Ausgabesignal von dem magnetischen Befehlsgenerator und einem der von dem zweiten Phasenumwandler ausgegebenen magnetflußbezogenen Zweiphasen-Ströme, zum Durchführen einer Magnetflußregelung für den Stromregler, um den magnetflußbezogenen Spannungsbefehl zu erzeugen; und
ein Magnetflußwinkelstellelement zum Empfang des Ausgabewertes von dem Rotordrehzahlstellelement, zur Berechnung eines Magnetflußwinkels für eine Koordinatenumwandlung.

Vorzugsweise umfaßt das Rotordrehzahlstellelement:
ein Induktionsspannungsstellelement zum Empfang jeweiliger Ausgaben von dem ersten und dem zweiten Phasenumwandler zum Berechnen einer Spannung, die tatsächlich in dem Motor induziert wird;
ein Erregerstromstellelement zum Empfang der jeweiligen Ausgaben von dem ersten und dem zweiten Phasenumwandler zum Berechnen eines Erregerstroms in dem Motor;
ein Induktionsspannungsschätzungselement zum Empfang der Ausgaben von dem zweiten Phasenumwandler zum Schätzen einer Spannung, die in dem Motor induziert wird;
ein Erregungsstromschätzungselement zum Empfang einer Ausgabe von dem Induktionsspannungsschätzungselement zum Schätzen eines Stroms, der in dem Motor erregt wird;
einen ersten Proportional-Integral-Regler zum Empfang einer Abweichung zwischen jeweiligen Ausgaben von dem Induktionsspannungsstellelement und dem Induktionsspannungsschätzungselement zum Durchführen einer Proportional-Integral-Regelung;
und einen zweiten Proportional-Integral-Regler zum Empfang einer Abweichung zwischen jeweiligen Ausgaben von dem Erregungsstromstellelement und dem Erregungsstromschätzungselement zum Durchführen einer Proportional-Integral-Regelung.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Drehzahl und das Drehmoment des Motors exakt zu regeln, indem nur der Strom und die Spannung erfaßt werden, die an den Motor angelegt werden, ohne einen getrennten Sensor zu verwenden, der dafür ausgelegt ist, die Position eines Rotors zu erfassen, der in den Motor eingebaut ist. Um eine Verbesserung der Regelungsgenauigkeit zu erreichen, wird eine Induktivitätsberechnung durchgeführt und eine Induktivitätskompensation auf der Grundlage des Ergebnisses der Induktivitätsberechnung durchgeführt.

Die oben genannten Aufgaben und andere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nach der Lektüre der folgenden ausführlichen Beschreibung in Zusammenhang mit den Zeichnungen deutlicher, in denen:

Fig. 1 eine Draufsicht ist, die schematisch eine Konfiguration eines herkömmlichen Dreiphasen- Synchronreluktanzmotors veranschaulicht;

Fig. 2 eine Ansicht ist, die den Betrieb eines Rotors veranschaulicht, der in den Synchronreluktanzmotor eingebaut ist, der in Fig. 1 gezeigt ist;

Fig. 3 ein Blockdiagramm ist, das schematisch eine herkömmliche Drehzahlregelungsvorrichtung veranschaulicht, die bei einem Dreiphasen- Synchronreluktanzmotor mit der Konfiguration aus Fig. 1 verwendet ist;

Fig. 4 ein Blockdiagramm ist, das eine Drehzahlregelungsvorrichtung für einen Synchronreluktanzmotor gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;

Fig. 5 ein Blockdiagramm ist, das ein Rotordrehzahlstellelement veranschaulicht, das in die Drehzahlregelungsvorrichtung aus Fig. 4 eingebaut ist;

Fig. 6 eine Graphik ist, die eine Veränderung der Induktivität eines allgemeinen Synchronreluktanzmotors darstellt;

Fig. 7 eine Graphik ist, die jeweilige Vektorveränderungen der Spannung und des Stroms bei einem allgemeinen Synchronreluktanzmotor darstellt; und

Fig. 8 eine Graphik ist, die eine Veränderung der Induktivität eines allgemeinen Synchronreluktanzmotors in Abhängigkeit von einer Veränderung des Stroms darstellt.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4 ist eine Drehzahlregelungsvorrichtung für einen Synchronreluktanzmotor gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Wie in Fig. 4 gezeigt, umfaßt die Drehzahlregelungsvorrichtung eine Spannungserfassungsvorrichtung 412 zur Erfassung einer Spannung, die an den Synchronreluktanzmotor angelegt wird, der mit der Bezugsnummer 413 bezeichnet ist, einen ersten Phasenumwandler 411 zum Empfang der Spannungen V_as V_bs und V_cs in drei Phasen, die von der Spannungserfassungsvorrichtung 412 auf der Grundlage ihrer Spannungserfassung ausgegeben werden, und zur Umwandlung dieser Dreiphasen-Spannungen V_as, V_bs und V_cs in äquivalente Spannungen V_ds und V_qs in zwei Phasen, eine Stromerfassungsvorrichtung 409 zur Erfassung eines Stroms, der an den Synchronreluktanzmotor 413 angelegt wird, und einen zweiten Phasenumwandler 408 zum Empfang der Ströme i_as, i_bs und i_cs in drei Phasen, die von der Stromerfassungsvorrichtung 409 auf der Grundlage ihrer Stromerfassung ausgegeben werden, und zur Umwandlung dieser Dreiphasen-Ströme i_as, i_bs und i_cs in äquivalente Ströme i_ds und i_qs in zwei Phasen. Die Drehzahlregelungsvorrichtung umfaßt ebenfalls ein Rotordrehzahlstellelement 410 zum Empfang der Zweiphasen- Ströme V_ds und V_qs, die von dem ersten Phasenumwandler 411 ausgegeben werden, wobei die Drehzahl eines Rotors berechnet wird, der in den Synchronreluktanzmotor 413 eingebaut ist, einen Drehzahlregler 401 zum Empfang einer Abweichung zwischen einem Drehzahlbefehl ω*_r, der extern angelegt wird, und einen Ausgabewert _r von dem Rotordrehzahlstellelement 410, wobei ein Strombefehl i*_qs erzeugt wird, der auf das Drehmoment in der q-Achsen- Richtung eines Rotationskoordinatensystems bezogen ist, einen Magnetflußbefehlsgenerator 405 zum Empfang des Ausgabesignals vom Rotordrehzahlstellelement 410, wobei ein positiver Drehmomentbereich und ein positiver Ausgabebereich in Übereinstimmung mit der Drehzahl des Synchronreluktanzmotors 413 erfaßt werden, und zur Ausgabe eines Strombefehls i*_ds, der auf den Magnetfluß in der d-Achsen-Richtung des Rotationskoordinatensystems bezogen ist, und einen Magnetflußregler 406 zum Empfang einer Abweichung zwischen dem Ausgabesignal i*_ds von dem magnetischen Befehlsgenerator 405 und dem Strom i_ds von dem zweiten Phasenumwandler 408, bezogen auf den Magnetfluß in der d-Achsen-Richtung des Rotationskoordinatensystems, wobei eine Regelung des Magnetflusses durchgeführt wird. Die Drehzahlregelungsvorrichtung umfaßt des weiteren ein Magnetflußwinkelstellelement 407 zum Empfang des Ausgabesignals von dem Rotordrehzahlstellelement 410, wobei ein Magnetflußwinkel für eine Koordinatenumwandlung berechnet wird, einen Stromregler 402 zum Empfang einer Abweichung zwischen dem Drehmomentstrombefehl i*_qs vom Drehzahlregler 401 und dem Strom i_qs vom zweiten Phasenumwandler 408, der auf das Drehmoment in der q-Achsen-Richtung des Rotationskoordinatensystems bezogen ist, zusammen mit einem Ausgabesignal von dem Magnetflußregler 406, wobei ein drehmomentbezogener Spannungsbefehl V*_qs und ein magnetflußbezogener Spannungsbefehl V*_ds ausgegeben werden, und einen Spannungsgenerator 403 zur Umwandlung der Zweiphasen-Spannungsbefehle V*_qs und V*_ds in Spannungen V_as, V_bs und V_cs in drei Phasen und zur Ausgabe der Dreiphasen-Spannungen V_as, V_bs und V_cs, und einen Wechselrichter 404 zum Empfang der Dreiphasen-Spannungen V_as, V_bs und V_cs vom Spannungsgenerator 403, wobei eine Pulsbreitenmodulation für diese Dreiphasen-Spannungen V_as, V_bs und V_cs durchgeführt wird und die resultierenden modulierten Spannungen an den Synchronreluktanzmotor 413 angelegt werden.

Wie in Fig. 5 gezeigt, umfaßt das Rotordrehzahlstellelement 410 ein Induktionsspannungsstellelement 501 zum Empfang jeweiliger Ausgaben von dem ersten und zweiten Phasenumwandler 411 und 408, wobei eine Spannung berechnet wird, die tatsächlich in den Motor 413 induziert wird, ein Erregerstromstellelement 502 zum Empfang jeweiliger Ausgaben von dem ersten und dem zweiten Phasenumwandler 411 und 408, wobei ein Erregerstrom in dem Motor 413 berechnet wird, ein Induktionsspannungsschätzungselement 503 zum Empfang der Ausgabe von dem zweiten Phasenumwandler 408, wobei eine Spannung geschätzt wird, die in den Motor 413 induziert wird, und ein Erregungsstromschätzungselement 504 zum Empfang einer Ausgabe von dem Induktionsspannungsschätzungselement 503, wobei ein Strom geschätzt wird, der in dem Motor 413 erregt wird. Das Rotordrehzahlstellelement 410 umfaßt außerdem einen ersten Proportional-Integral-Regler 505 zum Empfang einer Abweichung zwischen jeweiligen Ausgaben von dem Induktionsspannungsstellelement 501 und dem Induktionsspannungsschätzungselement 503, wobei eine Proportional-Integral-Regelung durchgeführt wird, und einen zweiten Proportional-Integral-Regler 506 zum Empfang einer Abweichung zwischen jeweiligen Ausgaben von dem Erregungsstromstellelement 502 und dem Erregungsstromschätzungselement 504, wobei eine Proportional-Integral-Regelung durchgeführt wird.

Nun wird der Betrieb der Drehzahlregelungsvorrichtung mit der oben erwähnten Konfiguration in Zusammenhang mit den Fig. 4 bis 8 beschrieben.

Der Drehzahlregler 401 empfängt eine Abweichung zwischen einem Drehzahlbefehlswert ω*_r, der von der Hauptregelungseinheit (nicht dargestellt) in das System eingegeben wird, und einen Drehzahlwert _r, der für eine Drehzahl des Synchronreluktanzmotors 413 geschätzt wird und vom Rotordrehzahlstellelement 410 rückgeführt wird, und erzeugt auf der Grundlage der empfangenen Werte einen Strombefehl i*_qs, der auf das Drehmoment in der q-Achsen- Richtung des Rotationskoordinatensystems bezogen ist. Der Magnetflußbefehlsgenerator 405 empfängt den geschätzten Drehzahlwert _r und erfaßt einen positiven Drehmomentbereich und einen positiven Ausgabebereich, wobei ein Strombefehl i*_ds ausgegeben wird, der auf den Magnetfluß in der d-Achsen-Richtung des Rotationskoordinatensystems bezogen ist. Der Magnetflußregler 406 empfängt eine Abweichung zwischen dem magnetflußbezogenen Strombefehl i*_ds vom Magnetflußbefehlsgenerator 405 und einem Strom ids vom zweiten Phasenumwandler 408, bezogen auf den Magnetfluß in der d-Achse des Rotationskoordinatensystems, wobei eine Regelung für den Magnetfluß durchgeführt wird. Der geschätzte Drehzahlwert _r, der vom Rotordrehzahlstellelement 410 ausgegeben wird, wird ebenfalls an das Magnetflußwinkelstellelement 407 angelegt, das seinerseits auf der Grundlage des empfangenen Wertes einen Magnetflußwinkel des Rotors berechnet. Auf der Grundlage des Magnetflußwinkels wandeln der erste und der zweite Phasenumwandler 411 und 408 die Spannungen in drei Phasen und die Ströme in drei Phasen, die vom Synchronreluktanzmotor 413 erfaßt sind, in solche zwei Phasen um, die jeweils entsprechend der q- und d-Achse des Rotationskoordinatensystems.

Das Induktionsspannungsstellelement 501, das in das Rotordrehzahlstellelement 410 eingebaut ist, empfängt die Zweiphasen-Spannungen V_ds und V_qs und die Zweiphasen-Ströme i_ds und i_qs, die jeweils von dem ersten und zweiten Phasenumwandler 411 und 408 ausgegeben werden, wobei eine Spannung berechnet wird, die tatsächlich in den Synchronreluktanzmotor 413 induziert wird. Diese Induktionsspannung e_m wird unter Verwendung der folgenden Gleichung 1 abgeleitet:

[Gleichung 1]

e_m

= V_s

-r_s

.i_s

wobei "e_m", "V_s" und "i_s" jeweils die induzierte Spannung, die Eingabespannung zum Motor 413 und den Eingabestrom zum Motor 413 darstellen.

Um eine Schätzung für eine Drehzahl des Motors 413 zu erzielen, wird eine Abweichung zwischen der Ausgabe e_m vom Induktionsspannungsstellelement 501 und einer Ausgabe _m vom Induktionsspannungsschätzungselement 503, "e_m-_m" an den ersten Proportional-Integral-Regler 505 angelegt. Auf der Grundlage der empfangenen Abweichung "e_m-_m" führt der erste Proportional-Integral-Regler 505 eine Proportional-Integral-Regelung durch, wobei eine geschätzte Drehzahl _r des Motors 413 ausgegeben wird. Der Drehzahlregler 401 empfängt eine Abweichung zwischen dem Drehzahlbefehl ω*_r und der geschätzten Drehzahl _r, wobei ein Strombefehl i*_qs ausgegeben wird, der auf das Drehmoment in der q-Achsen-Richtung des Rotationskoordinatensystems bezogen ist.

Währenddessen zeigen jeweilige Induktivitäten L_d und L_q, die aus einer Last resultieren, die an den Motor 413 angelegt wird, verschiedene Veränderungen zueinander in Übereinstimmung mit dem Eingabestrom, wie in Fig. 8 gezeigt. Da eine große Differenz der Induktivität zwischen einer niedrigen Last und einer hohen Last besteht, ist es notwendig, eine Induktivität auszugleichen, die aus einer Last resultiert, die an den Motor 413 angelegt wird. Zu diesem Zweck wird eine Abweichung zwischen einer Ausgabe i_m von dem Erregerstromschätzungselement 502 und einer Ausgabe _m von dem Erregerstromschätzungselement 504, nämlich "i_m-_m", an den zweiten Proportional-Integral-Regler 506 angelegt, der seinerseits einen Proportional-Integral-Betrieb für den Eingabewert durchführt und den resultierenden Wert zum Induktionsspannungsschätzungselement 503 ausgibt, um, abhängig von der Last, die an den Motor 413 angelegt wird, eine Induktivitätskompensation zu erreichen.

Der Stromregler 402 empfängt eine Abweichung zwischen dem drehmomentbezogenen Strombefehl i*_qs und dem drehmomentbezogenen Strom i_qs, der vom zweiten Phasenumwandler 408 ausgegeben wird, zusammen mit dem Ausgabesignal vom Magnetflußregler 406, wobei ein drehmomentbezogener Spannungsbefehl V*_qs und ein magnetflußbezogener Spannungsbefehl V*_ds ausgegeben werden. Dieser drehmomentbezogene Spannungsbefehl V*_qs und dieser magnetflußbezogene Spannungsbefehl V*_ds werden an den Spannungsgenerator 403 angelegt, der ebenfalls den Magnetflußwinkel vom Magnetflußstellelement 407 empfängt. Auf der Grundlage der empfangenen Werte erzeugt der Spannungsgenerator 403 die Spannungen V_as, V_bs und V_cs in drei Phasen. Diese Dreiphasen-Spannungen V_as, V_bs und V_cs werden an den Wechselrichter 404 angelegt, der seinerseits eine Pulsbreitenmodulation für die angelegten Spannungen durchführt und die resultierenden Spannungen an den Synchronreluktanzmotor 413 anlegt.

Der Synchronreluktanzmotor 413 zeigt während einer Drehung des Rotors, die in Übereinstimmung mit den Dreiphasen-Spannungen ausgeführt wird, die an den Motor 413 angelegt werden, eine Induktivitätsveränderungscharakteristik, die in Fig. 6 gezeigt ist. Unter Bezugnahme auf Fig. 6 ist ersichtlich, daß die Induktivitätsveränderung von dem Drehwinkel des Rotors abhängt. Wenn die Induktivitätsveränderung abgeleitet wird, indem die Eingabespannung und der Strom des Stators, der in den Motor 413 eingebaut ist, erfaßt werden, ist es dementsprechend möglich, die Position des Rotors zu ermitteln. Demgemäß kann die Drehzahl des Rotors unter Verwendung der abgeleiteten Induktivitätsveränderung geregelt werden.

Fig. 7 ist ein Graph, der in Form von Vektoren die Beziehungen zwischen der Rotorposition, der an den Motor angelegten Spannung und dem an den Motor angelegten Strom darstellt.

Unter Bezugnahme auf das Vektordiagramm aus Fig. 7 kann die Spannung, die an den Synchronreluktanzmotor angelegt wird, durch die folgenden Gleichungen 2 und 3 ausgedrückt werden:

[Gleichung 2]

V_ds

= r_s

i_ds

+d_(ds)

/dt-r_qs

V_qs = r_si_qs+d_(qs)/dt+r_ds

wobei "V_ds" und "V_qs" jeweilige Statorspannungen in der d- und q-Achsen-Richtung darstellen, "r_s" den Widerstand des Stators darstellt, "i_ds" und "i_qs" die jeweiligen Statorströme in der d- und q-Achsen-Richtung darstellen, "λ_ds und "λ_qs" jeweilige Magnetflüsse in der d- und q- Achsen-Richtung darstellen und "ω_r" die Rotordrehzahl des Motors darstellt.

Da λ_ds = L_di_s und λ_qs = L_qi_s, ist es möglich, die d- und q-Achsen-Induktivität L_d und L_q zu berechnen, indem die zugehörigen Spannungen und Ströme erfaßt werden. Da die berechneten d- und q-Achsen-Induktivitäten in Übereinstimmung mit einer verschobenen Position des Rotors, der in den Motor aus Fig. 2 eingebaut ist, variieren, ist es möglich, Informationen über die Position des Rotors zu ermitteln, indem in Echtzeit diese Induktivitäten berechnet werden.

Auf der Grundlage der Induktivitätsveränderungen kann ein geschätzter Wert _r, für die Rotordrehzahl ω_r berechnet werden. Dementsprechend ist es möglich, die Drehzahl des Motors zu regeln, indem die geschätzte Drehzahl _r, mit dem Drehzahlbefehl ω*_r verglichen wird.

Wie aus der oben genannten Beschreibung ersichtlich, stellt die vorliegende Erfindung eine Drehzahlregelungsvorrichtung für einen Synchronreluktanzmotor bereit, die die Drehzahl und das Drehmoment des Motors exakt regeln kann, indem nur der Strom und die Spannung jeder Phase erfaßt werden, die in dem Motor fließen, ohne einen getrennten Sensor, wie beispielsweise einen Codierer oder einen Hall-IC, zu verwenden, die dafür ausgelegt sind, die Position eines Rotors zu erfassen, der in den Motor eingebaut ist. Um eine Verbesserung der Regelgenauigkeit zu erreichen, wird eine Induktivitätsberechnung durchgeführt und eine Induktivitätskompensation auf der Grundlage des Ergebnisses der Induktivitätsberechnung ausgeführt. Demgemäß ist es möglich, eine Regelung der Drehzahl des Motors mit einer gesteigerten Genauigkeit in einer Anwendung zu erreichen, die eine schwierige Erfassung der Position eines Rotors umfaßt, wie beispielsweise bei dem Kompressor eines Kühlschranks oder einer Klimaanlage.

Claims

1. Drehzahlregelungsvorrichtung für einen Synchronreluktanzmotor, die umfaßt:
eine Spannungserfassungsvorrichtung zur Erfassung einer an den Synchronreluktanzmotor angelegten Spannung;
einen ersten Phasenumwandler zum Empfang von von der Spannungserfassungsvorrichtung auf der Grundlage ihrer Spannungserfassung ausgegebenen Spannungen in drei Phasen, und zum Umwandeln der Dreiphasen- Spannungen in äquivalente Spannungen in zwei Phasen;
eine Stromerfassungsvorrichtung zur Erfassung eines an den Synchronreluktanzmotor angelegten Stroms;
einen zweiten Phasenumwandler zum Empfang von von der Stromerfassungsvorrichtung auf der Grundlage ihrer Stromerfassung ausgegebenen Strömen in drei Phasen, und zum Umwandeln der Dreiphasenströme in äquivalente Ströme in zwei Phasen;
ein Rotordrehzahlstellelement zum Empfang der vom ersten Phasenumwandler ausgegebenen Zweiphasen- Spannungen, zum Berechnen einer Drehzahl eines in den Synchronreluktanzmotor eingebauten Rotors;
einen Drehzahlregler zum Empfang einer Abweichung zwischen einem extern angelegten Drehzahlbefehl und einem Ausgabewert von dem Rotordrehzahlstellelement, zum Erzeugen eines drehmomentbezogenen Strombefehls;
einen Stromregler zum Empfang einer Abweichung zwischen einem extern angelegten Drehmomentstrombefehl und einem Ausgabewert vom Rotordrehzahlstellelement, zum Ausgeben eines drehmomentbezogenen Strombefehls;
einen Stromregler zum Empfang einer Abweichung zwischen dem vom Drehzahlregler ausgegebenen drehmomentbezogenen Strombefehl und einem der vom zweiten Phasenumwandler ausgegebenen drehmomentbezogenen Zweiphasen-Ströme, zum Ausgeben eines drehmomentbezogenen Spannungsbefehls zusammen mit einem magnetflußbezogenen Spannungsbefehl;
einen Spannungsgenerator zur Umwandlung der von dem Stromregler ausgegebenen Zweiphasen-Spannungsbefehle in Spannungen in drei Phasen; und
einen Wechselrichter zum Durchführen einer Pulsbreitenmodulation für die von dem Spannungsgenerator ausgegebenen Dreiphasen- Spannungen, und zum Anlegen der resultierenden Spannungen an den Synchronreluktanzmotor.

2. Drehzahlregelungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, die des weiteren umfaßt:
einen magnetischen Befehlsgenerator zum Empfang des Ausgabewertes von dem Rotordrehzahlstellelement, zum Erfassen eines positiven Drehmomentbereichs und eines positiven Ausgabebereichs in Übereinstimmung mit einer Drehzahl des Synchronreluktanzmotors, und zur Ausgabe eines magnetflußbezogenen Strombefehls;
einen Magnetflußregler zum Empfang einer Abweichung zwischen dem Ausgabesignal von dem magnetischen Befehlsgenerator und einem der von dem zweiten Phasenumwandler ausgegebenen magnetflußbezogenen Zweiphasen-Ströme, zum Durchführen einer Magnetflußregelung für den Stromregler, um den magnetflußbezogenen Spannungsbefehl zu erzeugen; und
ein Magnetflußwinkelstellelement zum Empfang des Ausgabewertes von dem Rotordrehzahlstellelement, zur Berechnung eines Magnetflußwinkels für eine Koordinatenumwandlung.

3. Drehzahlregelungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Rotordrehzahlstellelement umfaßt:
ein Induktionsspannungsstellelement zum Empfang jeweiliger Ausgaben von dem ersten und dem zweiten Phasenumwandler zum Berechnen einer Spannung, die tatsächlich in dem Motor induziert wird;
ein Erregerstromstellelement zum Empfang der jeweiligen Ausgaben von dem ersten und dem zweiten Phasenumwandler zum Berechnen eines Erregerstroms in dem Motor;
ein Induktionsspannungsschätzungselement zum Empfang der Ausgaben von dem zweiten Phasenumwandler zum Schätzen einer Spannung, die in dem Motor induziert wird;
ein Erregungsstromschätzungselement zum Empfang einer Ausgabe von dem Induktionsspannungsschätzungselement zum Schätzen eines Stroms, der in dem Motor erregt wird;
einen ersten Proportional-Integral-Regler zum Empfang einer Abweichung zwischen jeweiligen Ausgaben von dem Induktionsspannungsstellelement und dem Induktionsspannungsschätzungselement zum Durchführen einer Proportional-Integral-Regelung;
und einen zweiten Proportional-Integral-Regler zum Empfang einer Abweichung zwischen jeweiligen Ausgaben von dem Erregungsstromstellelement und dem Erregungsstromschätzungselement zum Durchführen einer Proportional-Integral-Regelung.