DE10148517B4

DE10148517B4 - Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung eines synchronen Reluktanzmotors und Verfahren dazu

Info

Publication number: DE10148517B4
Application number: DE10148517.4A
Authority: DE
Inventors: Dal Ho Jung
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2000-10-19
Filing date: 2001-10-01
Publication date: 2014-01-16
Anticipated expiration: 2021-10-02
Also published as: KR20020030613A; CN1193493C; KR100374832B1; GB2371427A; JP2002165475A; DE10148517A1; US6650083B2; CN1350364A; GB0125100D0; US20020060547A1; JP3586230B2; GB2371427B

Abstract

Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung eines synchronen Reluktanzmotors, die Folgendes umfaßt: einen Gleichrichter (420) zum Aufnehmen eines Wechselstroms und zum Gleichrichten desselben in einen Gleichstrom; einen Wechselrichter (430) zum Aufnehmen eines Gleichstroms und Umwandeln desselben in einen Wechselstrom und zum Bereitstellen desselben für den synchronen Reluktanzmotor (440); eine Erfassungseinheit (460) zum Erzeugen eines geschätzten Winkelgeschwindigkeitswertes des synchronen Reluktanzmotors (440) auf Grundlage einer Induktionsspannung, die durch Erfassen eines Stroms und einer Spannung bestimmt wird, die dem synchronen Reluktanzmotor (440) zugeführt werden, und auf Grundlage der geschätzten Induktionsspannung, die aus dem Strom bestimmt wird; und eine Regelungsvorrichtung (450) zum Aufnehmen des geschätzten Winkelgeschwindigkeitswertes und des Geschwindigkeitsbefehlswertes, die von einem Benutzer eingegeben werden, und zum Regeln der Geschwindigkeit des synchronen Reluktanzmotors (440) durch den Wechselrichter.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen synchronen Reluktanzmotor (SynRM) und insbesondere eine Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung eines synchronen Reluktanzmotors.
2. Beschreibung des bekannten Stands der Technik
1 ist eine Schnittansicht eines allgemeinen synchronen Reluktanzmotors (SynRM), in der das Bezugszeichen 100 einen Stator, 101 Schlitze des Stators 100 und 200 einen Rotor bezeichnet.
2 ist eine Schnittansicht des Rotors von 1, in der das Bezugszeichen 201 Rillen bezeichnet, welche einen Magnetfluß unterscheiden, der die Achse „d„ und die Achse „q„ passiert, und 202 ein Stiftloch bezeichnet, das mit Siliziumferrit gefüllt ist.
Eine Drehgeschwindigkeit des synchronen Reluktanzmotors mit einer solchen Struktur wird durch eine Regelungsvorrichtung für einen synchronen Reluktanzmotor geregelt, welche eine Position des Rotors erfaßt.
3 zeigt den Aufbau der Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung des synchronen Reluktanzmotors gemäß einer herkömmlichen Technik.
In 3 wird ein Gleichrichter 320 dargestellt, der einen Wechselstrom 310 empfängt und ihn auf einen Gleichstrom gleich richtet, ein Wechselrichter 330 zum Umwandeln des Gleichstroms auf Drei-Phasen-Strom und zum Antreiben des synchronen Reluktanzmotors 340, eine Regelungseinheit 350 zur Regelung des Wechselrichters 330 und eine Erfassungseinheit 360, welche eine Drehgeschwindigkeit des synchronen Reluktanzmotors 340 erfaßt.
Die Erfassungseinheit 360 umfaßt einen Stromerfasser 361, der Zwei-Phasen-Strom unter dem Drei-Phasen-Strom erfaßt, der zum synchronen Reluktanzmotor 340 fließt, einen Rotorpositionserfasser 363, der die Winkelgeschwindigkeit des Rotors des synchronen Reluktanzmotors 340 erfaßt, eine Magnetflußwinkel-Bedieneinheit 362, welche die Winkelgeschwindigkeit (ω_r) des Rotors empfängt, die vom Rotorpositionserfasser 363 ausgegeben wird, und die einen Magnetflußwinkel (θ) berechnet, und einen Koordinatenwandler 364, der den Magnetflußwinkel (θ) und den erfaßten Zwei-Phasen-Strom empfängt und einen Magnetflußstromwert (i_ds) des Rotors und einen Stromwert i_qs des Drehmoments erzeugt.
Die Regelungseinheit 350 umfaßt eine Vergleichsvorrichtung 358, die den Winkelgeschwindigkeitswert (ω_r) und einen Geschwindigkeitsbefehlswert (ω_r*) vom Rotorpositionserfasser 363 empfängt und einen Differenzgeschwindigkeitsbefehlswert berechnet, einen Geschwindigkeitsregler 356, welcher den Differenzgeschwindigkeitsbefehlswert empfängt und einen Strombefehlswert für das Drehmoment (I_qs*) erzeugt, eine Vergleichsvorrichtung 354, welche den Strombefehlswert für das Drehmoment (I_qs*) und einen Stromwert für das Drehmoment (i_qs) empfängt, die von dem Koordinatenwandler 364 der Erfassungseinheit 360 ausgegeben werden, und welche einen Differenzstrombefehlswert für das Drehmoment erzeugt, einen Magnetflußbefehlsgenerator 357, der einen Strombefehlswert für Magnetfluß (i_ds*) erzeugt, um einen positiven Drehmomentbereich und einen positiven Ausgabebereich gemäß des Rotorwinkelgeschwindigkeitswertes (ω_r) zu unterscheiden, der vom Rotorpositionserfasser 363 der Erfassungseinheit 360 ausgegeben wird, eine Vergleichsvorrichtung 355, welche den Strombefehlswert (i_ds*) und den Stromwert für Magnetfluß (i_ds) empfängt, die vom Koordinatenwandler 364 der Erfassungseinheit 360 ausgegeben werden, und welche einen Differenzstrombefehlswert für Magnetfluß erzeugt, einen Magnetflußregler 353, welcher den Differenzstrombefehlswert für Magnetfluß empfängt und einen Magnetflußbefehlswert erzeugt; einen Stromregler 352, welcher den Befehlswert für Magnetfluß und den Differenzstrombefehlswert für das Drehmoment empfängt und einen Spannungsbefehlswert für das Drehmoment (V_qs*) und einen Spannungsbefehlswert für Magnetfluß (V_ds*) erzeugt, und einen Spannungsgenerator 351, welcher den Spannungsbefehlswert für das Drehmoment (V_qs*), den Spannungsbefehlswert für Magnetfluß (V_ds*) und den Magnetflußwinkel (θ) empfängt, und dabei Drei-Phasen-Spannungsbefehlswerte (V_as, V_bs, V_cs) erzeugt und sie zum Wechselrichter 330 ausgibt.
Nun wird der Betrieb der herkömmlichen Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung eines synchronen Reluktanzmotors erklärt, der wie oben beschrieben konstruiert wird.
Um die Drehgeschwindigkeit des synchronen Reluktanzmotors 340 gemäß des Geschwindigkeitsbefehlswertes (ω_r*) zu regeln, wenn der Geschwindigkeitsbefehlswert (ω_r*) in die Regelungseinheit 350 eingegeben wird, vergleicht die Vergleichsvorrichtung 358 der Regelungseinheit 350 den Geschwindigkeitsbefehlswert (ω_r*) und einen Rotorwinkelgeschwindigkeitswert (ω_r), der vom Rotorpositionserfasser 363 ausgegeben wird und gibt einen erzeugten Fehler an die Geschwindigkeitsregelung 356 aus.
Danach empfängt die Vergleichsvorrichtung 355 der Regelungseinheit 350 den Winkelgeschwindigkeitswert (ω_r) den Strombefehlswert für Magnetfluß (i_ds*), der vom Magnetflußbefehlsgenerator 357 erzeugt wird und den Stromwert für Magnetfluß (i_ds), der aus dem Koordinatenwandler 364 ausgegeben wird, und vergleicht diese Werte, um einen Differenzstrombefehlswert für Magnetfluß zu erzeugen und gibt ihn an die Magnetflußregelung 353 aus.
Der Stromregler 352 empfängt den Differenzstromwert für das Drehmoment und den Magnetflußbefehlswert, die aus dem Magnetflußregler 353 ausgegeben werden, erzeugt einen Spannungsbefehlswert für das Drehmoment (V_qs*) und einen Spannungsbefehlswert (V_ds*) für Magnetfluß und gibt diese Werte an den Spannungsgenerator 351 aus.
Danach empfängt der Spannungsgenerator 351 den Spannungsbefehlswert für das Drehmoment (V_qs*), den Spannungsbefehlswert für Magnetfluß (V_ds*) und den Magnetfluß (θ), die von der Magnetflußwinkelbedieneinheit 362 der Erfassungseinheit 360 ausgegeben werden und gibt Drei-Phasen-Spannungsbefehlswerte (V_as, V_bs, V_cs) zum EIN-/AUS-Schalten des Wechselrichters 330 an den Wechselrichter 330 aus.
Somit wird der synchrone Reluktanzmotor 340 durch den Drei-Phasen-Wechselstrom gedreht, der aus dem Wechselrichter 330 ausgegeben wird.
Der Koordinatenwandler 364 der Erfassungseinheit 360 wandelt einen a-Phasen-Strom (I_as) und einen b-Phasen-Strom (i_bs), die vom Stromerfasser 361 erfaßt werden, der einen Strom erfaßt, der vom Wechselrichter 330 zum synchronen Reluktanzmotor 340 fließt, in einen d-Achsen-Strom oder einen Stromwert für Magnetfluß (i_ds) und einen q-Achsen-Strom oder einen Stromwert für das Drehmoment (i_qs) um.
Der Rotorpositionserfasser 363 verwendet eine Codiervorrichtung oder einen Hall-Sensor, um eine Position des Rotors zu erfassen.
Ferner ist aus US 4 740 738 A eine Steuervorrichtung für einen Reluktanzmotor bekannt, welche durch eine Belastungswinkelrückkopplungsschleife stabilisiert wird, wobei der Belastungswinkel durch eine an der Anschlussklemme des Motors erfasste Spannung und erfassten Strom mit Hilfe eines abgeleiteten Frequenzsignals berechnet wird. Der Motor wird beim Antreiben oder Bremsen im meist effizientesten Belastungswinkel gehalten, während die Motorspannung so gesteuert wird, dass der gewünschte Belasungswinkel beibehalten wird, während die Geschwindigkeit und/oder Last variiert.
Die herkömmliche Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung des synchronen Reluktanzmotors weist jedoch folgende Probleme auf.
Um die Drehgeschwindigkeit des synchronen Reluktanzmotors zu regeln, muß eine Codiervorrichtung oder der Hall-Sensor verwendet werden, um eine Position des Rotors des synchronen Reluktanzmotors zu erfassen, was zu einer Steigerung der Produktionskosten führt. Vor allem aber ist der Rotorpositionserfasser nicht für einen Kompressor eines Kühlgerätes, einer Klimaanlage oder eines Heizgerätes geeignet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Daher besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung eines synchronen Reluktanzmotors bereitzustellen, die imstande ist, eine Drehgeschwindigkeit eines synchronen Reluktanzmotors zu regeln.
Weiterhin soll die Geschwindigkeitsregelugsvorrichtung imstande sein, eine Drehgeschwindigkeit eines synchronen Reluktanzmotors durch Erfassen eines Stroms und einer Spannung zu regeln, welche an einen synchronen Reluktanzmotor geliefert werden.
Um diese und andere Vorteile gemäß dem Zweck der vorliegenden Erfindung, so wie sie im vorliegenden Dokument weitgehend beschrieben und in Ausführungsbeispielen dargestellt wird, zu verwirklichen, wird eine Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung eines synchronen Reluktanzmotors bereitgestellt, die folgendes einschließt: einen Gleichrichter zum Empfangen eines Wechselstroms und zum Gleichrichten dieses Wechselstroms auf einen Gleichstrom; einen Wechselrichter zum Umwandeln eines Gleichstroms in Wechselstrom und Bereitstellen desselben für einen synchronen Reluktanzmotor; eine Erfassungseinheit zum Arbeiten mit einer Induktionsspannung, die durch Erfassen eines Stroms und einer Spannung, die dem synchronen Reluktanzmotor zugeführt werden, und der geschätzten Induktionsspannung erzeugt wird, die aus dem Strom erzeugt wird, und durch Erzeugen einer geschätzten Winkelgeschwindigkeit des synchronen Reluktanzmotors; und eine Regelungsvorrichtung zum Empfangen der geschätzten Winkelgeschwindigkeit und des Geschwindigkeitsbefehlswertes, die von einem Benutzer eingegeben werden, und zum Regeln der Geschwindigkeit des synchronen Reluktanzmotors durch den Wechselrichter.
Um die oben angeführte Aufgabe zu erfüllen, wird auch ein Geschwindigkeitsregelungsverfahren eines synchronen Reluktanzmotors bereitgestellt, das folgende Schritte einschließt: Erfassen eines Stroms, der einem synchronen Reluktanzmotor zugeführt wird; Erfassen einer Spannung, die dem synchronen Reluktanzmotor zugeführt wird; Arbeiten mit einer Induktionsspannung, die durch Arbeiten mit dem erfaßten Strom und einer geschätzten Induktionsspannung erzeugt wird, welche aus dem Strom erzeugt wird, und Erzeugen einer geschätzten Winkelgeschwindigkeit des synchronen Reluktanzmotors; und Regelung der Geschwindigkeit des synchronen Reluktanzmotors gemäß der geschätzten Winkelgeschwindigkeit und eines Geschwindigkeitsbefehlswertes, die von einem Benutzer eingegeben werden.
Die vorhin genannten sowie weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen deutlich werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die begleitenden Zeichnungen, die zum besseren Verständnis der Erfindung bereitgestellt und in diese Beschreibung aufgenommen werden und somit einen Teil derselben darstellen, zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung und dienen gemeinsam mit der Beschreibung der Erklärung der Prinzipien der Erfindung.
In bezug auf die Zeichnungen gilt, daß:
1 eine Schnittansicht eines allgemeinen synchronen Reluktanzmotors ist;
2 eine Schnittansicht eines Rotors von 1 ist;
3 die Konstruktion einer Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung eines synchronen Reluktanzmotors gemäß eines bekannten Stands der Technik darstellt;
4 die Konstruktion einer Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung eines synchronen Reluktanzmotors gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung darstellt;
5 eine Detailansicht ist, welche die Konstruktion eines Phasenstromwandlers von 4 gemäß des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung darstellt;
6 eine Detailansicht ist, welche eine Bedieneinheit für eine geschätzte Winkelgeschwindigkeit von 4 gemäß des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung darstellt;
7 ein Schaubild ist, das eine Induktivitätsveränderung des synchronen Reluktanzmotors gemäß eines Betriebs der Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung eines synchronen Reluktanzmotors gemäß des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung darstellt; und
8 ein Schaubild ist, das einen Strom-/Spannungs-Vektor darstellt, der beim synchronen Reluktanzmotor gemäß eines Betriebs der Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung eines synchronen Reluktanzmotors gemäß des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung gebildet wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Im Folgenden wird im Detail auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, von denen Beispiele in den beigelegten Zeichnungen dargestellt werden.
4 stellt die Konstruktion einer Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung eines synchronen Reluktanzmotors gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung dar.
Wie in 4 dargestellt, schließt eine Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung eines synchronen Reluktanzmotors einen Gleichrichter 420 zum Empfangen eines Wechselstroms 410 und zum Gleichrichten desselben auf einen Gleichstrom ein; einen Wechselrichter 430 zum Umwandeln des Gleichstroms auf Drei-Phasen-Strom, um einen synchronen Reluktanzmotor anzutreiben; eine Regelungsvorrichtung zum Regeln des Wechselrichters 430; und eine Erfassungseinheit 460 zum Erfassen einer Geschwindigkeit des synchronen Reluktanzmotors 440.
Die Erfassungseinheit 460 umfaßt eine Stromerfassungseinheit 461 zum Erfassen eines Stroms (i_dc), der vom Gleichrichter 420 zum Wechselrichter 430 fließt, und zum Erzeugen eines Stromwertes für das Drehmoment (i_qs) und eines Stromwertes für Magnetfluß (i_ds); eine Spannungserfassungseinheit 462 zum Erfassen einer Spannung, die vom Wechselrichter 430 in den synchronen Reluktanzmotor 440 eingegeben wird, und zum Erzeugen eines Spannungswertes für das Drehmoment (V_qs) und eines Spannungswertes für den Magnetfluß (V_ds); eine Bedieneinheit 464 für eine geschätzte Winkelgeschwindigkeit zum Empfangen des Stromwertes für das Drehmoment (I_qs), des Stromwertes für den Magnetfluß (i_ds), des Spannungswertes für das Drehmoment (V_qs) und des Spannungswertes des Magnetflusses (V_ds) und zum Arbeiten mit einem geschätzten Winkelgeschwindigkeitswert (ω ~_r); und eine Bedieneinheit 463 für einen Magnetflußwinkel zum Empfangen des geschätzten Winkelgeschwindigkeitswertes (ω ~_r) und zum Arbeiten mit einem Magnetflußwinkel (θ).
Die Spannungserfassungseinheit 462 schließt einen Spannungserfasser 462-1 für das Erfassen einer Spannung ein, die vom Wechselrichter 430 zum synchronen Reluktanzmotor 440 eingegeben wird; einen Spannungswandler 462-2 zum Empfangen des Signals, das aus dem Spannungserfasser 462-1 ausgegeben wird, und zum Erzeugen eines ersten Phasenspannungswertes V(as) und eines zweiten Spannungswertes V(bs); und einen Koordinatenwandler 462-3 zum Empfangen des ersten Phasenspannungswertes V(as) und des zweiten Phasenspannungswertes V(bs) und Erzeugen eines Spannungswertes für das Drehmoment V_qs und eines Spannungswertes für Magnetfluß V_ds.
Die Stromerfassungseinheit 461 schließt einen Stromerfasser 461-1 für das Erfassen eines Stroms (i_dc) ein, der vom Gleichrichter 420 zum Wechselrichter 430 fließt; einen Phasenstromwandler 461-2 zum Empfangen des Signals, das aus dem Stromerfasser 461-1 ausgegeben wird, und zum Erzeugen von Drei-Phasen-Stromwerten i(a), i(b) und i(c); und einen Koordinatenwandler 461-3 zum Empfangen der Drei-Phasen-Stromwerte i(a), i(b) und i(c) und Erzeugen eines Stromwertes für das Drehmoment i_qs und eines Stromwertes für Magnetfluß i_ds.
Die Regelungsvorrichtung 450 schließt eine Vergleichsvorrichtung 458 zum Empfangen eines geschätzten Winkelgeschwindigkeitswerts (ω ~_r) und eines Geschwindigkeitsbefehlswertes (ω_r*) von der Bedieneinheit 464 für geschätzte Winkelgeschwindigkeit der Erfassungseinheit 460 und zum Arbeiten mit einem Differenzgeschwindigkeitsbefehlswert ein; einen Geschwindigkeitsregler 456 zum Empfangen des Differenzgeschwindigkeitsbefehlswertes und Erzeugen eines Strombefehlswertes für das Drehmoment i_qs*; eine Vergleichsvorrichtung 454 zum Empfangen des Strombefehlswertes für das Drehmoment i_qs* des Stromwertes für das Drehmoment i_qs, die vom Koordinatenwandler 461-3 der Erfassungseinheit 460 ausgegeben werden, und zum Erzeugen eines Differenzstrombefehlswertes für das Drehmoment; einen Magnetflußbefehlsgenerator 457 zum Empfangen des geschätzten Winkelgeschwindigkeitswertes (ω ~_r) und des Geschwindigkeitsbefehlswertes (ω_r*), die von der Bedieneinheit 464 für geschätzte Winkelgeschwindigkeit der Erfassungseinheit 460 ausgegeben werden, und zum Erzeugen eines Strombefehlswertes für Magnetfluß i_qs*; eine Vergleichsvorrichtung 455 zum Empfangen des Strombefehlswertes für Magnetfluß i_qs* und des Stromwertes für Magnetfluß i_ds, die aus dem Koordinatenwandler 461-3 der Stromerfassungseinheit 461 ausgegeben werden, und zum Erzeugen eines Differenzstrombefehlswertes für Magnetfluß; einen Magnetflußregler 453 zum Empfangen des Differenzstrombefehlswertes für Magnetfluß und Erzeugen eines Magnetflußbefehlswertes; einen Stromregler 452 zum Empfangen des Befehlswertes für Magnetfluß und des Differenzstrombefehlswertes für das Drehmoment und zum Erzeugen eines Spannungsbefehlswertes für das Drehmoment V_qs* und eines Spannungsbefehlswertes für Magnetfluß V_ds*; und einen Spannungsgenerator 451 zum Empfangen des Spannungsbefehlswertes für das Drehmoment V_qs*, des Spannungsbefehlswertes für Magnetfluß V_ds* und des Magnetflußwinkels (θ), wobei die Drei-Phasen-Spannungswerte V_as, V_bs und V_cs erzeugt und an den Wechselrichter 430 ausgegeben werden.
5 ist eine Detailansicht, welche die Konstruktion des Phasenstromwandlers von 4 gemäß des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in 5 dargestellt, schließt der Phasenstromwandler 461-2 einen ersten Multiplexer 1A zum Empfangen eines Signals, das vom Stromerfasser 461-1 ausgegeben wird, und zum Ausgaben positiver Phasenströme +ia, +ib und +ic gemäß eines Pulsbreitenmodulationszustandes ein; einen zweiten Multiplexer 1B zur Ausgabe von negativen Phasenströmen –ia, –ib und –ic; einen ersten Tiefpaßfilter 2A zum Empfangen der positiven Phasenströme +ia, +ib und +ic und Beseitigen von Geräusch; und einen zweiten Tiefpaßfilter 2B zum Empfangen der negativen Phasenströme –ia, –ib und –ic und Beseitigen von Geräusch.
6 ist eine Detailansicht, welche die Bedieneinheit der geschätzten Winkelgeschwindigkeit von 4 gemäß des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung darstellt.
Wie in 6 dargestellt, schließt die Bedieneinheit 464 für die geschätzte Winkelgeschwindigkeit einen Induktionsspannungsoperator 11 zum Empfangen des Stromwertes für das Drehmoment i_qs, des Stromwertes für Magnetfluß i_ds, des Spannungswertes für das Drehmoment V_qs und des Spannungswertes V_ds für Magnetfluß ein; einen Induktivitätsoperator 14 zum Empfangen des Stromwertes für das Drehmoment i_qs und des Stromwertes für Magnetfluß i_ds und für das Arbeiten mit einer Induktivität für Magnetfluß Ld und einer Induktivität für das Drehmoment Lq; einen Operator 15 für geschätzte Induktionsspannung zum Empfangen der Induktivität vom Induktivitätsoperator 14 und zum Arbeiten mit einem geschätzten Induktionsspannungswert (e ~); eine Vergleichsvorrichtung 12 zum Vergleichen der Induktionsspannung (e ~), die aus dem Induktionsspannungsoperator 11 ausgegeben wird, und dem geschätzten Induktionsspannungswert (e ~), der aus dem Operator 15 für geschätzte Induktionsspannung ausgegeben wird, und zum Erzeugen eines Fehlerinduktionsspannungswertes; und einen proportionalen integralen Regler 13 zum Empfangen des Fehlers und Betreiben des geschätzten Winkelgeschwindigkeitswertes (ω ~_r).
Die Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung eines synchronen Reluktanzmotors, der wie oben beschrieben konstruiert wurde, wird im Folgenden erklärt.
Unter Bezugnahme auf 2 werden zuerst zum Zwecke der Regelung der Geschwindigkeit des synchronen Reluktanzmotors Positionen einer „d„-Achse und einer „q„-Achse durch den Magnetfluß jeder Wicklung eines Stators erfaßt. Das bedeutet, daß die Geschwindigkeit des synchronen Reluktanzmotors durch Erfassen der Größen der Reluktanz, die in der „d„-Achse anders sind als in der „q„-Achse, geregelt werden kann.
7 ist ein Schaubild, das eine Induktivitätsveränderung des synchronen Reluktanzmotors gemäß eines Betriebs der Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung eines synchronen Reluktanzmotors gemäß des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wenn die Geschwindigkeit des synchronen Reluktanzmotors 440 geregelt werden soll, sollten die Positionen der „d„-Achse und der „q„-Achse in jeder Phase der Wicklung des Stators erfaßt werden.
Zu diesem Zweck wird die Induktivität, wenn der Rotor des synchronen Reluktanzmotors gedreht wird, gemäß des Drehwinkels verändert. Somit werden eine Eingangsspannung und Strom des Stators des synchronen Reluktanzmotors gemäß der Induktivitätsveränderung erfaßt und durch Gleichung (1) ersetzt, so daß eine Position des Rotors ermittelt werden kann, und die Geschwindigkeit des Rotors durch Verwendung des berechneten Wertes ermittelt werden kann, und infolgedessen kann die Geschwindigkeit des Rotors geregelt werden.
Wenn die „q„-Achse des Rotors als Bezugsachse eingestellt wird, ist der Magnetfluß bei der „d„-Achse, die in einem Winkel positioniert ist, welcher einen 45°-Unterschied zur „q„-Achse bildet, am größten.
Zu diesem Zeitpunkt ist ein Drehmoment (T_e) des synchronen Reluktanzmotors in Proportion zum Unterschied (L_d – L_q) der Reluktanz und der Multiplikation des Stromwertes für Magnetfluß i_ds des Stators und des Stromwertes für das Drehmoment i_qs. T_e = 3 / 2·i_ds·i_qs(L_d – L_q) (1)
Eine Spannungsgleichung des synchronen Reluktanzmotors wird in den unten angeführten Gleichungen (2) und (3) dargestellt:
wobei V_ds eine Statorspannung der „d„-Achse anzeigt, V_qs eine Statorspannung der „q„-Achse, r_s einen Statorwiderstand, i_ds einen Statorstrom der „d„-Achse, i_qs einen Statorstrom der „q„-Achse, λ_ds und λ_qs Magnetflüsse der „D„-Achse und „Q„-Achse anzeigen, und ω_r für einen Drehwinkelgeschwindigkeitswert des Motors steht.
Da λ_ds = Ldis und λ_qs = Lqis, können die Induktivitäten Ld und Lq der „d„-Achse und der „q„-Achse durch Erfassen einer Spannung und eines Stroms berechnet werden. Die Veränderung des berechneten Betrags entspricht der Position des Rotors des synchronen Reluktanzmotors, wobei der Veränderungsbetrag der Induktivität in 7 dargestellt wird. Die Korrelation zwischen den Strom-/Spannungs-Vektoren, die beim synchronen Reluktanzmotor gebildet werden, wird in 8 dargestellt.
Die Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung des synchronen Reluktanzmotors gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun auf der Grundlage des Verfahrens zur Regelung der Geschwindigkeit des synchronen Reluktanzmotors beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 4, wandelt der Wechselrichter 430, wenn der Gleichrichter 420 einen Wechselstrom in eine Gleichstromspannung (V_dc) umwandelt und diese in den Wechselrichter 430 eingibt, die eingegebene Gleichstromspannung in eine Wechselstromspannung unter der Regelung der Regelungsvorrichtung 450 um und liefert sie zum synchronen Reluktanzmotor 440, wodurch der synchrone Reluktanzmotor 440 angetrieben wird.
Zu diesem Zeitpunkt erfaßt der Stromerfasser 461-1 der Erfassungseinheit 460 einen Strom, der vom Gleichrichter 420 zu einem Wechselrichter 430 fließt, und gibt ihn zum Phasenstromwandler 461-2 aus. Danach wandelt der Phasenstromwandler 461-2 die Drei-Phasen-Ströme ia, ib und ic, die vom Stromerfasser 461-1 empfangen werden, unter Verwendung eines Raumvektorverfahrens um, um eine Pulsbreitenmodulation auf folgende Weise durchzuführen.
Wie in 5 dargestellt, werden die Drei-Phasen-Ströme ia, ib und ic, die aus dem Stromerfasser 461-1 ausgegeben werden, durch den Multiplexer (1A und 1B) in 001 = +ia, 010 = +ib, 100 = +ic, 110 = –ia, 101 = –ib, 011 = –ic geteilt. Infolgedessen kann die Stromerfassungseinheit 461, wenn ein Strom, der an einer Gleichstromverbindung zwischen dem Gleichrichter 420 und dem Wechselrichter 430 fließt, erfaßt wird, den Strom erfassen, der zu jeder Phase des Rotors des synchronen Reluktanzmotors fließt.
Wenn der Phasenstromwandler 461-2 den Phasenstrom von drei Phasen berechnet und ihn an den Koordinatenwandler 461-3 ausgibt, wandelt der Koordinatenwandler 461-3 ihn in die „d„-Achse oder einen Stromwert für den Magnetfluß i_ds und eine „q„-Achse oder einen Stromwert für das Drehmoment i_qs um, und gibt ihn dann an die Vergleichsvorrichtungen 455 und 454 aus.
Der Spannungserfasser 462-1 der Spannungserfassungseinheit 462 erfaßt eine Spannung, die vom Wechselrichter 430 an den synchronen Reluktanzmotor 440 geliefert wird, und gibt ihn an den Spannungswandler 462-2 aus, wobei der Spannungswandler 462-2 einen ersten Phasenspannungswert V(as) und einen zweiten Phasenspannungswert V(cs) aus der eingegebenen Spannung erfaßt und diese an den Koordinatenwandler 462-3 ausgibt.
Danach wandelt der Koordinatenwandler 462-3 diese in die „d„-Achsen-Statorspannung V_ds und die „q„-Achsen-Statorspannung V_qs um und gibt sie an die Bedieneinheit 464 für die geschätzte Winkelgeschwindigkeit aus.
Wie in 6 dargestellt, empfängt der Induktionsspannungsoperator 11 der Bedieneinheit 464 für die geschätzte Winkelgeschwindigkeit den Stromwert für das Drehmoment i_qs, den Stromwert für den Magnetfluß i_ds, den Spannungswert V_qs für das Drehmoment, wobei der Spannungswert für Magnetfluß V_ds mit der Induktionsspannung (e ~) arbeitet und sie an die Vergleichsvorrichtung 12 ausgibt.
Der Operator 15 für die geschätzte Induktionsspannung empfängt den Stromwert für das Drehmoment i_qs, den Stromwert i_ds für Magnetfluß und den geschätzten Winkelgeschwindigkeitswert (ω ~_r) empfängt „d„-Achsen-Induktivität Ld und „q„-Achsen-Induktivität Lq aus dem Induktivitätsoperator 14, arbeitet mit einer geschätzten Induktionsspannung (e ~) und gibt sie an die Vergleichsvorrichtung 12 aus.
Danach erzeugt die Vergleichsvorrichtung 12 einen Fehler der Induktionsspannung und gibt ihn an den proportionalen integralen Regler 13 aus, und danach erzeugt der proportionale integrale Regler 13 einen geschätzten Winkelgeschwindigkeitswert (ω ~_r) und gibt ihn an die Bedieneinheit 463 für Magnetflußwinkel, den Magnetflußbefehlsgenerator 457 und die Vergleichsvorrichtung 458 aus.
Danach empfängt die Vergleichsvorrichtung 458 der Regelungsvorrichtung 450, um die Drehgeschwindigkeit des synchronen Reluktanzmotors zu regeln, den Geschwindigkeitsbefehlswert (ω_r*) und den geschätzten Winkelgeschwindigkeitswert (ω ~_r) und gibt einen erzeugten Fehler an den Geschwindigkeitsregler 456 aus.
Danach vergleicht die Vergleichsvorrichtung 454 den Stromwert für das Drehmoment i_qs, der aus dem Koordinatenwandler 461-3 der Stromerfassungseinheit 461 ausgegeben wird, und den Strombefehlswert für das Drehmoment i_qs*, der aus dem Geschwindigkeitsregler 456 ausgegeben wird, und erzeugt einen Differenzstrombefehlswert für das Drehmoment.
Die Vergleichsvorrichtung 455 empfängt den geschätzten Winkelgeschwindigkeitswert (ω ~_r) und auch den Strombefehlswert für Magnetfluß ids* aus dem Magnetflußbefehlsgenerator 457 und den Stromwert für Magnetfluß ids aus dem Koordinatenwandler 461-3, vergleicht diese Werte, um einen Differenzstrombefehlswert für Magnetfluß zu erzeugen und gibt ihn an den Magnetflußregler 453 aus.
Der Stromregler 452 empfängt den Differenzstrombefehlswert für das Drehmoment, der aus der Vergleichsvorrichtung 454 ausgegeben wird, und den Magnetflußbefehlswert, der aus dem Magnetflußregler 453 ausgegeben wird, erzeugt einen Spannungsbefehlswert für das Drehmoment V_qs* und einen Spannungsbefehlswert für Magnetfluß V_as* durch Verwendung eines Drehkoordinatensystems und gibt sie an den Spannungsgenerator 451 aus.
Danach empfängt der Spannungsgenerator 451 den Spannungsbefehlswert für das Drehmoment V_qs*, den Spannungsbefehlswert für Magnetfluß V_as* und den Magnetflußwinkel (θ), der aus der Bedieneinheit 463 für den Magnetfluß ausgegeben wird, und erzeugt Drei-Phasen-Spannungsbefehlswerte V_as, V_bs und V_cs zum EIN-/AUS-Schalten des Wechselrichters 430 und gibt sie an den Wechselrichter 430 aus.
Infolgedessen werden der Strom und die Spannung, die dem synchronen Reluktanzmotor 440 zugeführt werden, erfaßt, und dann wird durch Verwendung der geschätzten Winkelgeschwindigkeit, die daraus erzeugt wird, die Geschwindigkeit des synchronen Reluktanzmotors 440 geregelt.
Wie bisher beschrieben, können gemäß der Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung eines synchronen Reluktanzmotors der vorliegenden Erfindung aufgrund der Tatsache, daß die Geschwindigkeit des synchronen Reluktanzmotors durch Erfassen des Stroms und der Spannung, die dem synchronen Reluktanzmotor zugeführt werden, anstatt durch Verwenden einer Codiervorrichtung oder eines Hall-Sensors geregelt wird, die Produktionskosten des synchronen Reluktanzmotors reduziert werden.
Außerdem wird ein Phasenstrom von einem Stromerfasser berechnet, um dadurch die Geschwindigkeit des synchronen Reluktanzmotors zu regeln.
Darüberhinaus kann die Geschwindigkeit eines Kompressors, wo ein Rotorpositionserfasser kaum installiert werden kann, wie bei einem Kühlgerät, einer Klimaanlage oder einem Heizgerät, leicht geregelt werden.

Claims

Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung eines synchronen Reluktanzmotors, die Folgendes umfaßt: einen Gleichrichter (420) zum Aufnehmen eines Wechselstroms und zum Gleichrichten desselben in einen Gleichstrom; einen Wechselrichter (430) zum Aufnehmen eines Gleichstroms und Umwandeln desselben in einen Wechselstrom und zum Bereitstellen desselben für den synchronen Reluktanzmotor (440); eine Erfassungseinheit (460) zum Erzeugen eines geschätzten Winkelgeschwindigkeitswertes des synchronen Reluktanzmotors (440) auf Grundlage einer Induktionsspannung, die durch Erfassen eines Stroms und einer Spannung bestimmt wird, die dem synchronen Reluktanzmotor (440) zugeführt werden, und auf Grundlage der geschätzten Induktionsspannung, die aus dem Strom bestimmt wird; und eine Regelungsvorrichtung (450) zum Aufnehmen des geschätzten Winkelgeschwindigkeitswertes und des Geschwindigkeitsbefehlswertes, die von einem Benutzer eingegeben werden, und zum Regeln der Geschwindigkeit des synchronen Reluktanzmotors (440) durch den Wechselrichter.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Erfassungseinheit (460) Folgendes umfaßt: eine Stromerfassungseinheit (461) zum Erfassen eines Stroms, der zwischen dem Gleichrichter (420) und dem Wechselrichter (430) fließt, und zum Erzeugen von Strömen, die der ”d”-Achse und der ”q”-Achse eines Rotors entsprechen; eine Spannungserfassungseinheit (462) zum Erfassen einer Spannung, die vom Wechselrichter (430) dem synchronen Reluktanzmotor (440) zugeführt wird, und zum Erzeugen einer Spannung, die der ”d”-Achse und ”q”-Achse des Rotors entspricht; und eine Verarbeitungseinheit (464) für den geschätzten Winkelgeschwindigkeitswert zum Empfangen des Stroms, welcher der ”d”-Achse und der ”q”-Achse entspricht, und der Spannung, die der ”d”-Achse und der ”q”-Achse entspricht, und zum Verarbeiten des geschätzten Winkelgeschwindigkeitswertes.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Stromerfassungseinheit (461) Folgendes umfaßt: einen Stromerfasser (461-1) zum Erfassen eines Stroms, der zwischen dem Gleichrichter (420) und dem Wechselrichter (430) fließt; einen Phasenstromwandler (461-2) zum Empfangen des erfaßten Stroms und zum Umwandeln desselben in drei Phasenströme; und einen Koordinatenwandler (461-3) zum Empfangen und Erfassen der Drei-Phasen-Ströme und zum Umwandeln derselben in Ströme, welche der ”d”-Achse und der ”q”-Achse entsprechen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Phasenstromwandler (461-2) Folgendes umfaßt: einen ersten Multiplexer (1A) zum Empfangen des erfaßten Stroms und zur Ausgabe von positiven Drei-Phasen-Strömen (+ia, +ib, +ic) gemäß eines Pulsbreitenmodulationszustandes; einen zweiten Multiplexer (1B) zur Ausgabe von negativen Drei-Phasen-Strömen (–ia, –ib, –ic); einen ersten Tiefpaßfilter (2A) zum Empfangen der positiven Drei-Phasen-Ströme und zum Beseitigen eines Geräuschs; und einen zweiten Tiefpaßfilter (2B) zum Empfangen der negativen Drei-Phasen-Ströme und zum Beseitigen eines Geräuschs.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Spannungserfassungseinheit (462) Folgendes umfaßt: einen Spannungserfasser (462-1) zum Erfassen einer Spannung, die vom Wechselrichter (430) zum synchronen Reluktanzmotor (440) zugeführt wird; einen Spannungswandler (462-2) zum Empfangen des Signals, das aus dem Spannungserfasser (462-1) erfaßt wird, und Umwandeln desselben in Zwei-Phasen-Spannungen; und einen Koordinatenwandler (462-3) zum Empfangen der Zwei-Phasen-Spannungen und zum Erzeugen von Spannungen, welcher der ”d”-Achse und der ”q”-Achse entsprechen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Verarbeitungseinheit (464) für den geschätzten Winkelgeschwindigkeitswert Folgendes umfaßt: einen Induktionsspannungsoperator (11) zum Empfangen von Strömen, die der ”d”-Achse und der ”q”-Achse entsprechen, und von Spannungen, die der ”d”-Achse und der ”q”-Achse entsprechen, und zum Erzeugen von Induktionsspannungen; einen Generator für geschätzte Induktionsspannung zum Empfangen der Ströme, die der ”d”-Achse und der ”q”-Achse entsprechen, und des vorherigen geschätzten Winkelgeschwindigkeitwertes, und zum Empfangen einer geschätzten Induktionsspannung; und einen Generator für geschätzte Geschwindigkeit zum Empfangen der Induktionsspannungen und der geschätzten Induktionsspannung und zum Erzeugen einer geschätztes Winkelgeschwindigkeitswertes.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Generator für die geschätzte Induktionsspannung Folgendes umfaßt: einen Induktivitätsoperator (14) zum Empfangen der Ströme, die der ”d”-Achse und der ”q”-Achse entsprechen, und des vorherigen geschätzten Winkelgeschwindigkeitswertes und zum Arbeiten mit Induktivitäten, die der ”d”-Achse und der ”q”-Achse entsprechen; und einen Operator (15) für geschätzte Induktionsspannung zum Empfangen von Induktivitäten, welche der ”d”-Achse und der ”q”-Achse entsprechen, und zum Arbeiten mit der geschätzten Induktionsspannung.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Generator für den geschätzten Geschwindigkeitswert Folgendes umfaßt: eine Vergleichsvorrichtung (12) zum Empfangen der Induktionsspannung und der geschätzten Induktionsspannung und zum Erzeugen einer Fehlerinduktionsspannung; und eine proportionale integrale Regelungsvorrichtung (13) zum Empfangen der Fehlerinduktionsspannung und zum Erzeugen eines geschätzten Winkelgeschwindigkeitswertes.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche des weiteren einen Magnetflußoperator umfaßt, zum Empfangen des geschätzten Winkelgeschwindigkeitswertes, der mit einem Magnetfluß arbeitet, und zur Ausgabe desselben zur Stromerfassungseinheit (461).
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Erfassungseinheit (460) den geschätzten Winkelgeschwindigkeitswert durch Verwendung der Reluktanzdifferenz erzeugt, welche der ”d”-Achse und der ”q”-Achse des Rotors des synchronen Reluktanzmotors (440) entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Reluktanz bestimmt wird, wenn der Rotor des synchronen Reluktanzmotors (440) gedreht wird.
Geschwindigkeitsregelungsverfahren eines synchronen Reluktanzmotors, das folgende Schritte umfaßt: Erfassen eines Stroms, der einem synchronen Reluktanzmotor (440) zugeführt wird; Erfassen einer Spannung, die dem synchronen Reluktanzmotor (440) zugeführt wird; Bestimmen einer Induktionsspannung auf Grundlage des erfaßten Stroms und der erfaßten Spannung; Bestimmen einer geschätzten Induktionsspannung auf Grundlage des erfaßten Stroms, und Erzeugen eines geschätzten Winkelgeschwindigkeitswertes des synchronen Reluktanzmotors (440) auf Grundlage der Induktionsspannung und der geschätzten Induktionsspannung; und Regelung der Geschwindigkeit des synchronen Reluktanzmotors (440) gemäß des geschätzten Winkelgeschwindigkeitswertes und eines Geschwindigkeitsbefehlswertes, der von einem Benutzer eingegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei beim Schritt des Erfassens von Strom, Ströme, die der ”d”-Achse und der ”q”-Achse des Rotors des synchronen Reluktanzmotors (440) entsprechen, erfaßt werden.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei beim Schritt des Erfassens einer Spannung, Spannungen erfaßt werden, die der ”d”-Achse und der ”q”-Achse des Rotors des synchronen Reluktanzmotors (440) entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt des Erfassens eines geschätzten Winkelgeschwindigkeitswertes Folgendes umfaßt: das Arbeiten mit Strömen, die der ”d”-Achse und der ”q”-Achse entsprechen, und Spannungen, die der ”d”-Achse und der ”q”-Achse des Rotors des synchronen Reluktanzmotors (440) entsprechen, und Erzeugen einer Induktionsspannung; Arbeiten mit den Strömen, welche der ”d”-Achse und der ”q”-Achse entsprechen, und der vorherigen geschätzten Winkelgeschwindigkeit, und Erzeugen einer geschätzten Induktionsspannung; und Verarbeiten der Induktionsspannung und der geschätzten Induktionsspannung und Erzeugen eines geschätzten Winkelgeschwindigkeitswertes.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Schritt des Erzeugens einer geschätzten Induktionsspannung Folgendes umfaßt: Arbeiten mit den Strömen, welche der ”d”-Achse und der ”q”-Achse entsprechen, und der vorherigen geschätzten Winkelgeschwindigkeit, und Arbeiten mit Induktivitäten, welche der ”d”-Achse und der ”q”-Achse entsprechen; und Empfangen der ”d”-Achse und der ”q”-Achse, mit denen gearbeitet wird, und Arbeiten mit einer geschätzten Induktionsspannung.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Schritt des Erzeugens eines geschätzten Winkelgeschwindigkeitswertes Folgendes umfaßt: Arbeiten mit der Induktionsspannung und der geschätzten Induktionsspannung und Erzeugen einer Fehlerinduktionsspannung; und proportionales Integrieren der Fehlerinduktionsspannung.