Die
Erfindung betrifft einen Elektromotor und ein Verfahren zu seiner
Steuerung.The
The invention relates to an electric motor and a method for his
Control.
Bei
Elektromotoren wird häufig
gefordert, dass diese günstig
und leise sind.at
Electric motors become common
demanded that this cheap
and are quiet.
Es
ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen neuen Elektromotor
und ein neues Verfahren zu seiner Steuerung bereitzustellen.It
is therefore an object of the invention, a new electric motor
and to provide a new method for its control.
Diese
Aufgabe wird nach der Erfindung gelöst durch den Gegenstand des
Patentanspruchs 1. Durch die Bestromung mit einem im Wesentlichen
konstanten Strom wird eine Anpassung der Kommutierungszeitdauer
in Abhängigkeit
von einem erfassten Spannungssignal ermöglicht, um die Kommutierungszeitdauer
an die Drehzahl des Rotors anzupassen. Dies ermöglicht eine Kommutierung ohne
zusätzliche
Rotorstellungssensoren und führt
zu einem preiswerten Motor.These
Problem is solved according to the invention by the subject of
Patent claim 1. By the energization with a substantially
constant current will be an adjustment of the commutation time
dependent on
from a detected voltage signal allows for commutation time
to adapt to the speed of the rotor. This allows a commutation without
additional
Rotor position sensors and leads
to a cheap engine.
Eine
bevorzugte Weiterbildung ergibt sich aus den Gegenständen der
Unteransprüche
14 und 15. Durch die Ermittlung der Kommutierungszeitdauer ist es
möglich,
den Kommutierungseinleitungsvorgang und den Kommutierungsabschlussvorgang
in Form von Rampen durchzuführen.
Dieses sanfte Ein- und Ausschalten verringert die Motorgeräusche und
ermöglicht
einen leiseren Motor.A
preferred development results from the objects of
under claims
14 and 15. It is by determining the commutation time
possible,
the commutation initiation process and the commutation completion process
in the form of ramps.
This gentle switching on and off reduces the engine noise and
allows
a quieter engine.
Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform
ergibt sich aus dem Gegenstand des Unteranspruchs 17. Bei einem
solchen Verfahren ist eine Drehzahlregelung mit einem erfindungsgemäßen Elektromotor
möglich.A
further preferred embodiment
arises from the subject matter of the subclaim 17. In a
Such a method is a speed control with an electric motor according to the invention
possible.
Nach
einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch
einen Elektromotor nach Anspruch 25. Ein solcher Elektromotor ermöglicht die
Durchführung
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
und führt
zu einem günstigen
und leisen Elektromotor.To
In a further aspect of the invention, the object is achieved by
an electric motor according to claim 25. Such an electric motor allows the
execution
a method according to the invention
and leads
at a favorable price
and quiet electric motor.
Weitere
Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den im Folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten,
in keiner Weise als Einschränkung
der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen, sowie aus
den Unteransprüchen.
Es zeigt:Further
Details and advantageous developments of the invention result
from those described below and illustrated in the drawings,
in no way as a limitation
the invention to be understood embodiments, and from
the dependent claims.
It shows:
1 ein
Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Anordnung
mit einem zweisträngigen
Stator, 1 1 is a block diagram of an embodiment of an arrangement according to the invention with a double-stranded stator,
2 ein
Schaltbild für
eine Auswertungseinrichtung für
die induzierte Spannung, 2 a circuit diagram for an evaluation device for the induced voltage,
3 ein
Schaltbild für
eine Motorstromregelung, 3 a circuit diagram for a motor current control,
4 eine
Darstellung des durch die Motorstromregelung geregelten Motorstroms, 4 a representation of the regulated by the motor current control motor current,
5 eine
Prinzipdarstellung eines einphasigen, zweisträngigen Motors, 5 a schematic diagram of a single-phase, double-stranded motor,
6 eine
Darstellung von in dem Motor aus 1 vorkommenden
Strömen
und Spannungen, 6 a representation of in the engine 1 occurring currents and voltages,
7 eine
schematische Darstellung eines Spätkommutierungsvorgangs, 8 ein
Oszillogramm eines Spätkommutierungsvorgangs, 7 a schematic representation of a late commutation process, 8th an oscillogram of a late commutation process,
9 eine
schematische Darstellung eines Frühkommutierungsvorgangs, 10 ein
Oszillogramm eines Frühkommutierungsvorgangs, 9 a schematic representation of an early commutation process, 10 an oscillogram of an early commutation process,
11 eine
Prinzipdarstellung eines einphasigen, einsträngigen Motors, 11 a schematic diagram of a single-phase, single-stranded motor,
12 eine
Darstellung von in dem Motor aus 11 vorkommenden
Strömen
und Spannungen, 12 a representation of in the engine 11 occurring currents and voltages,
13 eine
Prinzipdarstellung eines Spätkommutierungsspannungsbereichs, 14 ein
Flussdiagramm für
ein Gesamtprogramm für
die Steuerung eines erfindungsgemäßen Motors 13 a schematic representation of a late commutation voltage range, 14 a flowchart for an overall program for the control of a motor according to the invention
15 eine
schematische Darstellung einer Kommutierungsperiode, 16 ein
Flussdiagramm für eine
Bestromung während
einer Kommutierungsperiode, 15 a schematic representation of a commutation period, 16 a flow diagram for a current supply during a commutation period,
17 ein
Flussdiagramm für
eine Timerinterrupt-Routine, 17 a flow chart for a timer interrupt routine,
18 ein
Flussdiagramm für
die Erzeugung einer aufsteigenden Rampe, 18 a flow chart for the generation of an ascending ramp,
19 ein
Flussdiagramm für
die Erzeugung einer fallenden Rampe 19 a flowchart for the generation of a falling ramp
20 ein
Flussdiagramm für
eine Drehzahlregelung, und 20 a flow chart for a speed control, and
21 ein
Blockschaltbild für
einen Strom- und Drehzahlregler. 21 a block diagram for a current and speed controller.
1 zeigt
einen Elektromotor 10 mit einem permanentmagnetischen Rotor 12 und
einem einphasigen, zweisträngigen
Stator 14 mit einer Wicklungsanordnung 15, welche
einem ersten Statorstrang 16 und einem zweiten Statorstrang 18 aufweist. 1 shows an electric motor 10 with a permanent magnetic rotor 12 and a single-phase, double-stranded stator 14 with a winding arrangement 15 which a first stator strand 16 and a second stator strand 18 having.
Das
obere Ende der Stränge 16 und 18 ist
jeweils über
die Leitung 20 mit der Zwischenkreisspannung UZK verbunden,
welche über
einen Messpunkt MP_UZK 24 abgreifbar ist. Die Zwischenkreisspannung
UZK wird durch ein Netzteil "Power
Supply" 22 aus
der Betriebsspannung +UB erzeugt, z.B. aus einer Netzwechselspannung
oder aus einer Batterie.The upper end of the strands 16 and 18 is always over the line 20 connected to the intermediate circuit voltage UZK, which via a measuring point MP_UZK 24 can be tapped. The DC link voltage UZK is controlled by a power supply "Power Supply" 22 generated from the operating voltage + UB, for example from an AC mains voltage or from a battery.
Das
untere Ende des ersten Strangs 16 ist über einen Mosfet 40 und
einen Messwiderstand 42 mit Masse GND verbunden. Über einen
Messpunkt MP1 44 wird das Potenzial am unteren Ende des
ersten Strangs 16 abgegriffen. Über einen Punkt 46 wird
das Potenzial zwischen dem Mosfet 40 und dem Widerstand 42 abgegriffen
und einem Stromregler I_RGL1 48 über eine Leitung 50 zugeführt. Der
Stromregler I_RGL1 48 ist über eine Leitung 52 mit
einem Mikroprozessor μC 32 verbunden,
welcher dem Stromregler I_RGL1 48 ein Sollwertsignal I_SOLL1
zuführt.
Der Stromregler 48 ist über
eine Leitung 54 mit dem Gate-Anschluss des Mosfet 40 verbunden,
um diesen zu steuern.The lower end of the first strand 16 is over a Mosfet 40 and a measuring resistor 42 connected to ground GND. Via a measuring point MP1 44 the potential is at the bottom of the first strand 16 tapped. About a point 46 becomes the potential between the mosfet 40 and the resistance 42 tapped and a current controller I_RGL1 48 over a line 50 fed. The current controller I_RGL1 48 is over a line 52 with a microprocessor μC 32 connected, which the current controller I_RGL1 48 a setpoint signal I_SOLL1 supplies. The current regulator 48 is over a line 54 with the gate terminal of the Mosfet 40 connected to control this.
In
gleicher Weise ist das untere Ende des zweiten Strangs 18 über einen
Mosfet 60 und einen Messwiderstand 62 mit Masse
GND verbunden. Über
einen Messpunkt MP2 64 wird das Potenzial am unteren Ende des
zweiten Strangs 18 abgegriffen. Über einen Punkt 66 wird
das Potenzial zwischen dem Mosfet 60 und dem Widerstand 62 abgegriffen
und einem Stromregler I_RGL2 68 über eine Leitung 70 zugeführt. Der
Stromregler I_RGL2 68 ist über eine Leitung 72 mit
dem Mikroprozessor μC 32 verbunden,
welcher dem Stromregler I_RGL2 68 ein Sollwertsignal I_SOLL2
zuführt.
Der Stromregler 68 ist über
eine Leitung 74 mit dem Gate-Anschluss des Mosfet 74 verbunden,
um diesen zu steuern.In the same way, the lower end of the second strand 18 over a mosfet 60 and a measuring resistor 62 connected to ground GND. Via a measuring point MP2 64 the potential is at the lower end of the second strand 18 tapped. About a point 66 becomes the potential between the mosfet 60 and the resistance 62 tapped and a current controller I_RGL2 68 over a line 70 fed. The current controller I_RGL2 68 is over a line 72 with the microprocessor μC 32 connected, which the current controller I_RGL2 68 a setpoint signal I_SOLL2 supplies. The current regulator 68 is over a line 74 with the gate terminal of the Mosfet 74 connected to control this.
Die
Stromsollwertsignale I_SOLL1 bzw. I_SOLL2 werden bevorzugt als analoge
Spannungssignale oder als PWM-Signale vorgegeben.The
Current setpoint signals I_SOLL1 and I_SOLL2 are preferred as analog
Voltage signals or specified as PWM signals.
Der
Mikroprozessor μC 32 ist über eine
Leitung 80 mit einer Drehrichtungsanzeigeschaltung "DIR_DIG" 82, über eine
Leitung 84 mit einer Schaltung "U1 > 0?" 86 zur
Erkennung des Vorzeichens der Spannung U1 und über eine Leitung 88 mit
einer Schaltung "U2 > 0?" 90 zur Erkennung des Vorzeichens
der Spannung U2 verbunden. Die Drehrichtungsanzeigeschaltung "DIR_DIG" 82 ist
mit dem Messpunkt MP1 44, die Schaltung "U1 > 0?" mit den Messpunkten MP1 44 und
MP_UZK 24 und die Schaltung "U2 > 0?" mit den Messpunkten
MP2 64 und MP_UZK 24 verbunden.The microprocessor μC 32 is over a line 80 with a direction indication circuit "DIR_DIG" 82 , via a wire 84 with a circuit "U1>0?" 86 for detecting the sign of the voltage U1 and via a line 88 with a circuit "U2>0?" 90 connected to detect the sign of the voltage U2. The rotation direction display circuit "DIR_DIG" 82 is with the measuring point MP1 44 , the circuit "U1>0?" with the measuring points MP1 44 and MP_UZK 24 and the circuit "U2>0?" with the measuring points MP2 64 and MP_UZK 24 connected.
Dem
Mikroprozessor μC
32 werden über
einen bidirektionalen Datenbus 92 Betriebsdaten wie z.B. eine
Solldrehzahl n_s zugeführt,
und das in dem Mikroprozessor μC
32 ablaufende Programm steuert die Drehzahl (n_CTRL), die Kommutierung
(COMMUT) und die Ein- und Ausgabe (I/O). Beispielwerte
für die
Bauteile: μC 32 PIC16F873A
Mosfets 40, 60 SPB47N10
(mit integrierter Freilaufdiode)
Widerstände 42, 62 1,5
Ohm
The microprocessor μC 32 is via a bidirectional data bus 92 Operating data such as a target speed n_s supplied, and running in the microprocessor μC 32 program controls the speed (n_CTRL), the commutation (COMMUT) and the input and output (I / O). Example values for the components: .mu.C 32 PIC16F873A
Mosfets 40 . 60 SPB47N10 (with integrated freewheeling diode)
resistors 42 . 62 1.5 ohms
Funktionsweisefunctionality
Der
Rotor 12 wird angetrieben, indem die Stränge 16 und 18 abwechselnd
bestromt werden. Der Strom wird durch die Mosfets 40 und 60 gesteuert,
und über
die Stromregler 48 und 68 findet eine Stromregelung
statt. Der erfindungsgemäße Elektromotor 10 arbeitet
sensorlos, d.h. es ist kein Rotorstellungssensor wie z.B. ein Hall-Sensor
vorgesehen. Die Drehrichtung wird über die Drehrichtungsanzeigeschaltung 82 aus
dem Potenzial am Messpunkt MP1 bzw. MP2 bestimmt, und die Kommutierung,
also das Wechseln zwischen der Bestromung des ersten und zweiten
Strangs, erfolgt über
eine Messung und Auswertung der Spannungen U1 und U2.The rotor 12 is powered by the strands 16 and 18 be energized alternately. The stream is through the mosfets 40 and 60 controlled, and via the current regulator 48 and 68 takes place a current control. The electric motor according to the invention 10 works sensorless, ie there is no rotor position sensor such as a Hall sensor provided. The direction of rotation is via the direction of rotation indicator circuit 82 determined from the potential at the measuring point MP1 or MP2, and the commutation, ie the switching between the energization of the first and second strand, via a measurement and evaluation of the voltages U1 and U2.
2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
für die
Schaltung "U1 > 0?" 86. Die Schaltung 86 weist
einen Widerstand 140 auf, der auf der einen Seite mit dem
Messpunkt MP1 44 und auf der anderen Seite mit der Basis eines
pnp-Transistors 146 verbunden ist. Ein Kondensator 142 und
ein Widerstand 144 sind jeweils auf der einen Seite mit
der Basis des Transistors 146 und auf der anderen Seite
mit dem Messpunkt MP_UZK 24 verbunden. Der Emitter des
Transistors 146 ist ebenfalls mit dem Messpunkt 24 verbunden.
Der Kollektor des Transistors 146 ist über einen Widerstand 148 mit
einem Punkt 150 verbunden. Der Punkt 150 ist über einen Kondensator 152 und über einen
Widerstand 154 mit Masse GND verbunden. Der Messpunkt 150 ist
ebenfalls mit der Basis eines npn-Transistors 156 verbunden.
Der Emitter des Transistors 156 ist mit Masse GND verbunden,
und der Kollektor des Transistors 156 ist über einen
Widerstand 158 mit einer Spannung "+ 5 V" und über einen Widerstand 160 mit
der Leitung 84 verbunden, welche zum μC 32 führt. 2 shows an embodiment of the circuit "U1>0?" 86 , The circuit 86 has a resistance 140 on, on the one hand with the measuring point MP1 44 and on the other side with the base of a pnp transistor 146 connected is. A capacitor 142 and a resistance 144 are each on one side with the base of the transistor 146 and on the other side with the measuring point MP_UZK 24 connected. The emitter of the transistor 146 is also with the measuring point 24 connected. The collector of the transistor 146 is about a resistance 148 with a point 150 connected. The point 150 is over a capacitor 152 and about a resistance 154 connected to ground GND. The measuring point 150 is also based on an npn transistor 156 connected. The emitter of the transistor 156 is connected to ground GND, and the collector of the transistor 156 is about a resistance 158 with a voltage "+ 5V" and a resistor 160 with the line 84 connected, which to μC 32 leads.
Das über den
Messpunkt MP1 abgegriffene Signal U_MP1 wird über den Widerstand 140 und
zur Filterung von Störspannungsspitzen über den
aus dem Widerstand 144 und dem Kondensator 142 gebildeten Tiefpass
der Basis des Transistors 146 zugeführt. Wenn das Signal U_MP1
kleiner als das Signal UZK ist, leitet der Transistor 146.
Wenn dagegen das Signal U_MP1 größer als
das Signal UZK ist, sperrt der Transistor 146.The signal U_MP1 tapped via the measuring point MP1 is applied via the resistor 140 and for filtering noise spikes across the resistor 144 and the capacitor 142 formed low pass of the base of the transistor 146 fed. If the signal U_MP1 is smaller than the signal UZK, the transistor conducts 146 , If, on the other hand, the signal U_MP1 is greater than the signal UZK, the transistor blocks 146 ,
Wenn
der Transistor 146 sperrt, wird die Basis des Transistors 156 auf
Masse gezogen, und dieser sperrt ebenfalls. Dadurch wird die Leitung 84 auf
+ 5 V gezogen, und dies bedeutet für den μC 23 ein High-Signal.
Leitet der Transistor 146 dagegen, so wirken die Widerstände 148 und 154 als
Spannungsteiler und erhöhen
das Potenzial an der Basis des Transistors 156. Hierdurch
wird der Transistor 156 leitend, und die Leitung 84 wird
auf Masse GND gezogen, was für
den μC 32 einem
Signal Low entspricht.When the transistor 146 locks, becomes the base of the transistor 156 pulled to ground, and this locks as well. This will be the conduit 84 pulled to + 5V, and this means for the μC 23 a high signal. Directs the transistor 146 on the other hand, this is how the resistances work 148 and 154 as a voltage divider and increase the potential at the base of the transistor 156 , This will be the transistor 156 conducting, and the line 84 is pulled to ground GND, what for the μC 32 corresponds to a signal Low.
Durch
die Schaltung 86 wird das Vorzeichen der Spannung U1 = U_MP1 – UZKin
ein digitales Signal U1_DIG umgewandelt. Für U1 > 0 V ist U1_DIG = High und für U1 <= 0V ist U1_DIG
= Low. Dies ermöglicht
eine einfache Auswertung der Spannung U1 durch den μC 32.Through the circuit 86 becomes the sign of tension U1 = U_MP1 - UZK converted into a digital signal U1_DIG. For U1> 0 V U1_DIG = High and for U1 <= 0V U1_DIG = Low. This allows a simple evaluation of the voltage U1 by the μC 32nd
Die
Schaltung „U2 > 0?" 90 ist bevorzugt in gleicher
Weise aufgebaut. Beispielwerte
für die
Bauteile: Widerstand 140 47
kOhm
Kondensator 142 470
pF
Widerstand 144 470
kOhm
pnp-Transistor 146 PMBTA92
Widerstand 148 68
kOhm
Kondensator 152 1
nF
Widerstand 154 10
kOhm
npn-Transistor 156 BC846B
Widerstand 158 4,7
kOhm
Widerstand 160 1
kOhm
The circuit "U2>0?" 90 is preferably constructed in the same way. Example values for the components: resistance 140 47 kOhm
capacitor 142 470 pF
resistance 144 470 kOhm
PNP transistor 146 PMBTA92
resistance 148 68 kOhm
capacitor 152 1 nF
resistance 154 10 kOhm
npn transistor 156 BC846B
resistance 158 4.7 kOhm
resistance 160 1 kOhm
3 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
für die
Schaltung „I_RGL1" 48, der
vom μC 32
ein Stromsollwertsignal I_SOLL1 und über die Leitung 50 ein
Signal I_IST1 vom Fußpunktwiderstand 42 zugeführt wird.
Die Schaltung 48 steuert den Mosfet 40 über die
Leitung 54 an. 3 shows an embodiment of the circuit "I_RGL1" 48 from the μC 32 a current setpoint signal I_SOLL1 and over the line 50 a signal I_IST1 from the base point resistance 42 is supplied. The circuit 48 controls the mosfet 40 over the line 54 at.
Das
Signal I_SOLL1 wird einem Operationsverstärker 174 über drei
in Reihe geschaltete Widerstände 162, 166 und 170 zugeführt. Zwischen
den Widerständen 162 und 166 ist
ein Kondensator 164 gegen Masse geschaltet, und zwischen
den Widerständen 166 und 170 ist
ein Kondensator 168 gegen Masse geschaltet. Zwischen dem
Widerstand 170 und dem Plus-Eingang des Operationsverstärkers 174 ist
ein Widerstand 172 gegen Masse geschaltet.The signal I_SOLL1 becomes an operational amplifier 174 via three resistors connected in series 162 . 166 and 170 fed. Between the resistances 162 and 166 is a capacitor 164 against mass switched, and between the resistors 166 and 170 is a capacitor 168 switched to ground. Between the resistance 170 and the plus input of the operational amplifier 174 is a resistance 172 switched to ground.
Das
Signal I_IST1 wird dem Minus-Eingang des Operationsverstärkers 174 über einen
Widerstand 180 zugeführt.
Der Ausgang des Operationsverstärkers 174 ist über einen
Widerstand 176 mit dem Gate-Anschluss des Mosfet 40 verbunden.
Der Minus-Eingang und der Ausgang des Operationsverstärkers 174 sind über einen
Kondensator 178 verbunden.The signal I_IST1 becomes the negative input of the operational amplifier 174 about a resistance 180 fed. The output of the operational amplifier 174 is about a resistance 176 with the gate terminal of the Mosfet 40 connected. The minus input and the output of the operational amplifier 174 are over a capacitor 178 connected.
Das
Sollwertsignal I_SOLL1 wird in diesem Ausführungsbeispiel vom μC 32
als PWM-Signal pwm vorgegeben. Das PWM-Signal wird durch den aus
den Widerständen 162, 166 und 170 sowie
den Kondensatoren 164 und 168 gebildeten Tiefpass
geglättet
und dem Plus-Eingang des Operationsverstärkers 174 zugeführt. Der
Motorstrom I1 wird über
den Fußpunktwiderstand 42 gemessen,
und das Potenzial am Punkt 46 wird dem Minus-Eingang des
Operationsverstärkers 174 über den
Widerstand 180 zugeführt.
Der Operationsverstärker 174 steuert
den Gate-Anschluss
des Mosfet 40 über
den Widerstand 176 und führt damit eine Stromregelung des
Stroms I1 derart durch, dass das Potenzial am Punkt 46 dem
Stromsollwert I_SOLL1 entspricht.The setpoint signal I_SOLL1 is specified in this embodiment by μ C 32 as a PWM signal PWM. The PWM signal is canceled out by the resistors 162 . 166 and 170 as well as the capacitors 164 and 168 smoothed low pass and the plus input of the operational amplifier 174 fed. The motor current I1 is via the Fußpunktwiderstand 42 measured, and the potential at the point 46 becomes the minus input of the operational amplifier 174 about the resistance 180 fed. The operational amplifier 174 controls the gate connection of the Mosfet 40 about the resistance 176 and thus performs a current control of the current I1 such that the potential at the point 46 corresponds to the current setpoint I_SOLL1.
Die
Verwendung eines analogen Stromreglers ermöglicht den Einsatz eines einfachen μC 32,
da dieser nur die Berechnung des Stromsollwerts I_SOLL1 durchführen muss.
Alternativ kann auch ein digitaler Stromregler verwendet werden,
bei dem der Stromistwert I_IST1 dem μC 32 in geeigneter
Form zugeführt
wird.The use of an analog current controller allows the use of a simple μC 32 because it only has to perform the calculation of the current setpoint I_SOLL1. Alternatively, a digital current controller can be used in which the current actual value I_IST1 the μC 32 is supplied in a suitable form.
Der
Stromregler „I_RGL2" 68 wird
bevorzugt in gleicher Weise aufgebaut wie der Stromregler „I_RGL1" 48. Beispielwerte
für die
Bauteile: Widerstand 162 22
kOhm
Kondensator 164 10
nF
Widerstände 166, 170 10
kOhm
Widerstand 172 1,8
kOhm
Operationsverstärker 174 TSH24
Widerstand 176 220
Ohm
Kondensator 178 22
pF
Widerstand 180 10
kOhm
The current controller "I_RGL2" 68 is preferably constructed in the same way as the current controller "I_RGL1" 48 , Example values for the components: resistance 162 22 kohms
capacitor 164 10 nF
resistors 166 . 170 10 kOhm
resistance 172 1.8 kOhm
operational amplifiers 174 TSH24
resistance 176 220 ohms
capacitor 178 22 pF
resistance 180 10 kOhm
4 zeigt
das Stromsollwertsignal I_SOLL1 als Linie 105 und den durch
den analogen Stromregler 48 gemäß dem Stromsollwertsignal geregelten
Motorstrom I1 als Linie 100. Der Motorstrom I1 folgt somit
im Wesentlichen dem Sollwert I_SOLL1, er steigt also in Form einer
ansteigenden Rampe 107 an, verläuft dann bei einem konstanten
Stromsollwertsignal I_SOLL1 in Form eines Plateaus 108 im
Wesentlichen konstant und fällt
dann in Form einer abfallenden Rampe 109 ab in Richtung
0V. Eine solche Form wird auch Trapezform genannt. Wie beim Plateau 108 zu
sehen ist, schwingt der Stromregler 48 anfangs leicht über, und
der Motorstrom I1 fällt
leicht ab. Dies ist bei einfachen Stromreglern üblich, und ein solcher Motorstrom
kann trotzdem als konstant und in jedem Fall als im Wesentlichen
konstant bezeichnet werden. Der Stromregler kann den Motorstrom
I1 auch auf den Wert 0 A regeln. 4 shows the current setpoint signal I_SOLL1 as a line 105 and by the analog current regulator 48 in accordance with the current setpoint signal controlled motor current I1 as a line 100 , The motor current I1 thus essentially follows the desired value I_SOLL1, ie it rises in the form of a rising ramp 107 at, then runs at a constant current setpoint signal I_SOLL1 in the form of a plateau 108 essentially constant and then falls in the form of a sloping ramp 109 off in the direction of 0V. Such a shape is also called a trapezoidal shape. As with the plateau 108 can be seen vibrates the current controller 48 initially slightly over, and the motor current I1 drops off slightly. This is common with simple current regulators, and such a motor current may nonetheless be termed constant and, in any case, substantially constant. The current controller can also regulate the motor current I1 to the value 0 A.
Im
Gegensatz zu einem „harten" Ein- und Ausschalten
des Stroms I1 erzeugt das Ein- und Ausschalten des Stroms I1 in
Form einer Rampe weniger Geräuschein the
Contrary to a "hard" switching on and off
of the current I1 generates the switching on and off of the current I1 in
Shape of a ramp less noise
5 zeigt
eine schematische Darstellung des Stators 14 und des permanentmagnetischen
Rotors 12. Der Außenrotor 12 weist
vier Pole 121, 122, 123 und 124 auf.
Der Stator 14 besteht aus weichferromagnetischem Material
und weist ebenfalls vier Pole 131, 132, 133 und 134 auf,
deren Polarität
durch den durch den Statorstrang 16 bzw. 18 fließenden Motorstrom
bestimmt wird. Die Statorstränge 16 und 18 werden
zur Kostenersparnis bifilar gewickelt, und die entgegengesetzte
Magnetfelderzeugung wird dadurch erreicht, dass die Zwischenkreisspannung
beim ersten Strang 16 am Anfang 161 des Wicklungsdrahts
und beim zweiten Strang 18 am Ende 181 des Wicklungsdrahts
anliegt. Beim dargestellten Motor 10 ist die durch eine
Drehung des Rotors 12 induzierte Spannung abhängig vom
Drehwinkel. 5 shows a schematic representation of the stator 14 and the permanent magnetic rotor 12 , The outer rotor 12 has four poles 121 . 122 . 123 and 124 on. The stator 14 It consists of soft ferromagnetic material and also has four poles 131 . 132 . 133 and 134 whose polarity is due to the through the stator 16 respectively. 18 flowing motor current is determined. The stator strands 16 and 18 are wound bifilar for cost savings, and the opposite magnetic field generation is achieved in that the DC link voltage at the first strand 16 at the beginning 161 of the winding wire and the second strand 18 at the end 181 of the winding wire is applied. In the illustrated engine 10 is that by a rotation of the rotor 12 induced voltage depending on the angle of rotation.
Kommutierungcommutation
6 zeigt
eine schematische Darstellung der Bestromung des Stators 14 aus 5 über eine
volle Umdrehung des Rotors 12 (360° mech.). Der Strom I1 durch
den Statorstrang 16 ist als Linie 100 dargestellt, der
Strom I2 durch den Statorstrang 18 als Linie 101,
die am Statorstrang 16 anliegende Spannung U1 als Linie 102 und
die an dem Statorstrang 18 anliegende Spannung U2 als Linie 103. 6 shows a schematic representation of the energization of the stator 14 out 5 over a full turn of the rotor 12 (360 ° mech.). The current I1 through the stator 16 is as a line 100 represented, the current I2 through the stator 18 as a line 101 at the stator 16 applied voltage U1 as a line 102 and those on the stator string 18 applied voltage U2 as a line 103 ,
Es
sind vier Kommutierungsperioden (720° el.) dargestellt, welche sich
zwischen den Kommutierungszeitpunkten t_K1 und t_K2 bzw. t_K2 und
t_K3 bzw. t_K3 und t_K4 bzw. t_K4 und T_K5 erstrecken. Allgemein wird
im Folgenden für
eine Kommutierungsperiode der jeweils erste Kommutierungszeitpunkt
als t_KN und der jeweils zweite Kommutierungszeitpunkt
als t_KN+1 bezeichnet. Die Kommutierungszeitdauer
der Kommutierungsperioden ist jeweils mit T_K bezeichnet. Während einer
Kommutierungsperiode wird nur einer der Statorstränge 16 und 18 der
Wicklung 15 bestromt, so dass sich während dieser Kommutierungsperiode
die Richtung des durch die Bestromung der Wicklung 15 erzeugten
Magnetfeldes nicht verändert.
Die Statorstränge 16 und 18 werden
durch die Ströme
I1 bzw. I2 abwechselnd bestromt.Four commutation periods (720 ° el.) Are shown which extend between the commutation times t_K1 and t_K2 or t_K2 and t_K3 or t_K3 and t_K4 or t_K4 and T_K5. In general, for each commutation period, the respective first commutation time is referred to as t_K N and the respectively second commutation time is referred to as t_K N + 1 . The commutation period of the commutation periods is designated T_K in each case. During a commutation period, only one of the stator strings will 16 and 18 the winding 15 energized, so that during this Kommutierungsperiode the direction of the current through the winding 15 generated magnetic field does not change. The stator strands 16 and 18 are alternately energized by the currents I1 and I2.
Während jeder
Kommutierungsperiode finden ein Kommutierungsabschlussvorgang 107,
ein Vorgang 108 mit im Wesentlichen konstanter Bestromung
und ein Kommutierungseinleitungsvorgang 109 statt. In diesem
Ausführungsbeispiel
beginnt der Kommutierungsabschlussvorgang 107 nach dem
Kommutierungszeitpunkt t_KN, und während des
Kommutierungsabschlussvorgangs 107 steigt der Strom I1
bzw. I2 in Form einer Rampe an. Die Zeitdauer für den Kommutierungsabschlussvorgang
wird mit T_KA bezeichnet. Auf den Kommutierungsabschlussvorgang 107 folgt
eine Phase 108 mit konstanter Bestromung über einen
Zeitraum T_KK. Nach der Phase 108 mit im Wesentlichen konstanter
Bestromung folgt der Kommutierungseinleitungsvorgang 109,
während
dem in diesem Ausführungsbeispiel
der Strom I1 bzw. I2 in Form einer Rampe vermindert wird, bis er
den Wert 0 V erreicht. Die Zeitdauer für den Kommutierungseinleitungsvorgang
wird mit T_KE bezeichnet.During each commutation period find a commutation completion process 107 , a process 108 with substantially constant energization and a commutation initiation process 109 instead of. In this embodiment, the commutation termination process begins 107 after the commutation time t_K N , and during the commutation completion process 107 the current I1 or I2 increases in the form of a ramp. The time duration for the commutation termination process is designated T_KA. On the commutation completion process 107 follows a phase 108 with constant current supply over a period T_KK. After the phase 108 with substantially constant energization follows the commutation initiation process 109 during which in this embodiment the current I1 or I2 is reduced in the form of a ramp until it reaches the value 0 V. The time duration for the commutation initiation process is designated T_KE.
Die
Spannungen U1 am Statorstrang 16 und U2 am Statorstrang 18 können insbesondere
die folgenden Anteile enthalten: U1 = U1_ind + L11·dI1/dt
+ I1·R1
+ L12·dI2/dt (1) U2 = U2_ind + L22·dI2/dt
+ I2·R2
+ L21·dI1/dt (2) mit
- U1:
- Spannung am Statorstrang 16
- U2:
- Spannung am Statorstrang 18
- U1_ind:
- Im Statorstrang 16 durch
den sich drehenden permanentmagnetischen Rotor 12 induzierte
Spannung
- U2_ind:
- Im Statorstrang 18 durch
den sich drehenden permanentmagnetischen Rotor 12 induzierte
Spannung
- L11
- : Selbstinduktivität des Statorstrangs 16
- L22:
- Selbstinduktivität des Statorstrangs 18
- I1:
- Strom durch den Statorstrang 16
- I2:
- Strom durch den Statorstrang 18
- R1:
- Ohmscher Widerstand
des Statorstrangs 16
- R2:
- Ohmscher Widerstand
des Statorstrangs 18
- L12:
- Gegeninduktivität zwischen
dem Statorstrang 18 und dem Statorstrang 16
- L21:
- Gegeninduktivität zwischen
dem Statorstrang 16 und dem Statorstrang 18
The voltages U1 on the stator 16 and U2 on the stator string 18 may contain, in particular, the following proportions: U1 = U1_ind + L 11 · DI1 / dt + I1 · R1 + L 12 · DI2 / dt (1) U2 = U2_ind + L 22 · DI2 / dt + I2 · R2 + L 21 · DI1 / dt (2) With - U1:
- Voltage at the stator 16
- U2:
- Voltage at the stator 18
- U1_ind:
- In the stator train 16 by the rotating permanent magnetic rotor 12 induced voltage
- U2_ind:
- In the stator train 18 by the rotating permanent magnetic rotor 12 induced voltage
- L 11
- : Self-inductance of the stator string 16
- L 22 :
- Self-inductance of the stator strand 18
- I1:
- Current through the stator 16
- I2:
- Current through the stator 18
- R1:
- Ohmic resistance of the stator string 16
- R2:
- Ohmic resistance of the stator string 18
- L 12 :
- Mutual inductance between the stator strand 18 and the stator strand 16
- L 21 :
- Mutual inductance between the stator strand 16 and the stator strand 18
Bei
einer Bestromung des Statorstrangs 16 mit einem konstanten
Strom I1 und einem Strom I2 = 0 (Phase 108) fallen in den
Gleichungen (1) und (2) die zeitabhängigen Terme weg, und es bleibt übrig: U1 = U1_ind + I1·R1 (3) U2 = U2_ind (4) When energizing the Statorstrangs 16 with a constant current I1 and a current I2 = 0 (phase 108 ) the equations (1) and (2) omit the time-dependent terms and leave: U1 = U1_ind + I1 * R1 (3) U2 = U2_ind (4)
In
gleicher Weise gilt bei einer Bestromung des Statorstrangs 18 mit
einem konstanten Strom I2 und einem Strom I1 = 0: U1 = U1_ind (5) U2 = U2_ind + I2·R2 (6) In the same way applies to a current flow of the stator 18 with a constant current I2 and a current I1 = 0: U1 = U1_ind (5) U2 = U2_ind + I2 · R2 (6)
Somit
kann bei einem einphasigen, zweisträngigen Motor bei einer konstanten
Bestromung des einen Wicklungsstrangs die induzierte Spannung U_ind
jeweils an dem unbestromten Wicklungsstrang erfasst werden. Während des
Kommutierungsvorgangs wäre
eine solche Erfassung dagegen wegen des sich ändernden Stroms I1 bzw. I2
im Allgemeinen nicht bzw. nur sehr ungenau möglich.Consequently
can be at a constant at a single-phase, two-stranded engine
Energization of the one winding strand the induced voltage U_ind
each detected on the non-energized winding strand. During the
Commutation process would be
on the other hand, such a detection because of the changing current I1 or I2
Generally not or only very inaccurately possible.
Im
Folgenden wird die Kommutierungsperiode zwischen dem Kommutierungszeitpunkt
t_K3 und dem Kommutierungszeitpunkt t_K4 betrachtet. Während der
Phase 108 mit konstanter Bestromung des Statorstrangs 16 setzt
sich die Spannung U1 am Statorstrang 16 gemäß Gleichung
(3) zusammen aus der induzierten Spannung U1_ind, welche als Linie 104 dargestellt
ist, sowie einem auf Grund des konstanten Stroms I1 konstanten Beitrag
I1·R1.
Daher entspricht die Spannung U1 nicht direkt der induzierten Spannung
U1_ind. Da der Strom I2 jedoch 0 A beträgt, entspricht die Spannung
U2 am Statorstrang 18 während
der Phase 108 der konstanten Bestromung der induzierten
Spannung U2_ind, wobei aufgrund der gewählten Wicklung 15 gemäß 5 gilt: U1_ind = –U2_ind (7) In the following, the commutation period between the commutation time t_K3 and the commutation time t_K4 is considered. During the phase 108 with constant energization of the stator 16 the voltage U1 is at the stator 16 according to equation (3) together from the induced voltage U1_ind, which as a line 104 and a constant I1.R1 due to the constant current I1. Therefore, the voltage U1 does not directly correspond to the induced voltage U1_ind. However, since the current I2 is 0 A, the voltage corresponds to U2 on Statorstrang 18 during the phase 108 the constant energization of the induced voltage U2_ind, wherein due to the selected winding 15 according to 5 applies: U1_ind = -U2_ind (7)
Die
Spannungen U1 bzw. U2 steigen während
der Phase 108 der konstanten Bestromung leicht an, da der
Motor 10 zur Erzeugung eines Reluktanz-Hilfsmoments ausgebildet
ist. Bei einem solchen Motor ist die induzierte Spannung U1_ind
bzw. U2_ind bei gleich bleibender Drehzahl abhängig vom augenblicklichen Drehwinkel
phi_mech, da die Statorpole 131, 132, 133 und 134 asymmetrisch
ausgebildet sind, wie es in 5 ganz schematisch
angedeutet ist. Durch die leichte Steigung der Spannungen U1 bzw.
U2 ist eine Erkennung der Drehrichtung des Rotors 12 möglich. In
der einen Drehrichtung steigt die induzierte Spannung jeweils an, und
in der entgegengesetzten Drehrichtung fällt die Spannung jeweils ab.The voltages U1 and U2 increase during the phase 108 the constant energization slightly, because the engine 10 is designed for generating a reluctance auxiliary torque. In such a motor, the induced voltage U1_ind or U2_ind at constant speed depends on the instantaneous rotation angle phi_mech, since the stator poles 131 . 132 . 133 and 134 are formed asymmetrically, as in 5 is indicated very schematically. Due to the slight slope of the voltages U1 and U2 is a detection of the direction of rotation of the rotor 12 possible. In one direction of rotation, the induced voltage increases in each case, and in the opposite direction of rotation, the voltage decreases in each case.
In
dem Ausführungsbeispiel
aus 6 wird der Elektromotor 10 angetrieben,
und nach jeweils 90 ° mechanisch
bzw. 180 ° el.
elektrisch wird die Bestromung vom einen Statorstrang auf den anderen
Statorstrang gewechselt. Dies setzt jedoch voraus, dass die Kommutierungszeitdauer
T_K genau der Zeit entspricht, die der Rotor 12 für eine Drehung
von 90 ° mechanisch
benötigt.
Da die Kommutierungszeitdauer T_K beim Anlauf bzw. bei der Beschleunigung
des Motors 10 während
jeder Kommutierungsperiode kürzer
wird, sich bei einer Änderung
einer durch den Motor 10 angetriebenen bzw. abgebremsten
Last ändert
oder durch eine Änderung
der Höhe
des Stroms I1 bzw. I2 geändert
wird, muss ständig
eine Anpassung der Kommutierungszeitdauer T_K an den aktuellen Betriebszustand
des Motors 10 vorgenommen werden. Dies kann z. B. mit Rotorstellungssensoren
erfolgen. Im Folgenden wird jedoch ein Verfahren beschrieben, bei
dem die Anpassung der Kommutierungszeitdauer T_K über eine
Auswertung der Spannungen U1 und/oder U2 erfolgt.In the embodiment 6 becomes the electric motor 10 driven, and after each 90 ° mechanical or 180 ° el. electrically the energization is changed from one stator to the other stator. This presupposes, however, that the commutation period T_K corresponds exactly to the time that the rotor 12 mechanically required for a rotation of 90 °. Since the commutation time T_K during startup or acceleration of the motor 10 during each commutation period becomes shorter, when changing one by the engine 10 driven or braked load changes or is changed by a change in the magnitude of the current I1 or I2, must constantly adjust the commutation time T_K to the current operating state of the engine 10 be made. This can be z. B. done with rotor position sensors. In the following, however, a method is described in which the adaptation of the commutation time T_K takes place via an evaluation of the voltages U1 and / or U2.
SpätkommutierungsvorgangSpätkommutierungsvorgang
7 zeigt
ein schematisches Diagramm, in dem der Strom I1 als Linie 100,
die Spannung U2 als Linie 103 und das durch die Vorrichtung 90 erzeugte
Signal „U2 > 0" als Linie 111 dargestellt
sind. In diesem Beispielfall ist die Kommutierungszeitdauer T_K
zu groß,
und die Kommutierung findet somit nicht nach einer Umdrehung von
180° el.,
sondern zu spät
statt. Daher findet während
der Phase 108 mit konstanter Bestromung bereits ein Wechsel
des Vorzeichens der Spannung U2 statt, und die Spannung U2, die
zu diesem Zeitpunkt der induzierten Spannung U2_ind entspricht,
befindet sich in einem für
diese Kommutierungsperiode ungeeigneten Bereich U2 > 0, was zu einer Bremsung
des Motors 10 führt. 7 shows a schematic diagram in which the current I1 as a line 100 , the voltage U2 as a line 103 and that through the device 90 generated signal "U2>0" as a line 111 are shown. In this example, the commutation period T_K is too large, and the commutation does not take place after a revolution of 180 ° el., But too late. Therefore, takes place during the phase 108 With constant energization already a change of the sign of the voltage U2 instead, and the voltage U2, which corresponds to the time of the induced voltage U2_ind, is in an unsuitable for this commutation period range U2> 0, resulting in a braking of the motor 10 leads.
Das
Signal 111 „U2 > 0" springt zum Zeitpunkt des Vorzeichenwechsels
der Spannung U2 von Low auf High. Der Zeitpunkt des Wechsels wird
im Folgenden als Spätkommutierungszeitpunkt
t_spät
bezeichnet.The signal 111 "U2>0" jumps from low to high at the time of the sign change of the voltage U2. The time of the change is referred to below as late commutation time t_spat.
Die
Kommutierungszeitdauer T_K kann nun korrigiert werden, indem von
ihr die Spätkommutierungszeitdauer
T_spät
abgezogen wird. Die Spätkommutierungszeitdauer
T_spät
ergibt sich aus dem Zeitraum zwischen dem Spätkommutierungszeitpunkt t_spät und dem
durch die Kommutierungszeitdauer T_K vorgegebenen Kommutierungszeitpunkt
t_KN+1. Die richtige Kommutierungszeitdauer
T_K ergibt sich auch direkt aus dem Zeitraum zwischen dem Kommutierungszeitpunkt
t_KN und dem Zeitpunkt t spät.The commutation period T_K can now be corrected by subtracting from it the late commutation period T_spat. The late commutation period T_spathe results from the period between the late commutation time t_spat and the commutation time t_K N + 1 predetermined by the commutation time duration T_K. The correct commutation time T_K also results directly from the period between the commutation time t_K N and the time t late.
Ein
solcher Vorgang, bei dem die Spannung U1 bzw. U2 während der
Zeitdauer T_KK der konstanten Bestromung einen Wert aus einem für die gewählte Betriebsart
des Motors 10 für
die jeweilige Kommutierungsperiode ungeeigneten Bereich annimmt,
wird als Spätkommutierungsvorgang
bezeichnet.Such a process, in which the voltage U1 or U2 during the period T_KK the constant current supply a value of one for the selected mode of the engine 10 for the respective commutation period assumes an unsuitable range is called a late commutation process.
8 zeigt
eine Beispielmessung für
einen Spätkommutierungsvorgang,
wie er in 7 dargestellt ist. Der Strom
I1 ist als Linie 100 dargestellt, der Strom I2 als Linie 101,
die Spannung U1 als Linie 102 und das Signal „U2 > 0" als Linie 111. An der Stelle 115 wird
das Signal „U2 > 0" kurz vor Beendigung der konstanten
Bestromung des Statorstrangs 106 positiv. Dies bedeutet,
dass die Kommutierungszeitdauer T_K zu groß ist und ein Spätkommutierungsvorgang
vorliegt. 8th shows an example measurement for a late commutation process, as shown in FIG 7 is shown. The current I1 is as a line 100 represented, the current I2 as a line 101 , the voltage U1 as a line 102 and the signal "U2>0" as a line 111 , At the point 115 the signal "U2>0" becomes shortly before the end of the constant energization of the stator string 106 positive. This means that the commutation period T_K is too large and there is a late commutation process.
Man
erkennt auch, dass die Spannung U1 und damit auch die Spannung U2
während
der Rampen 107 und 109 durch den sich zeitlich ändernden
Strom und den Regler große
Störungen
aufweisen und damit nicht oder nur schlecht zur Auswertung der induzierten
Spannung U1_ind bzw. U2_ind geeignet sind.It can also be seen that the voltage U1 and thus also the voltage U2 during the ramps 107 and 109 by the time-varying current and the controller have large disturbances and thus are not or only poorly suited for the evaluation of the induced voltage U1_ind or U2_ind.
FrühkommutierungsvorgangFrühkommutierungsvorgang
9 zeigt
ein schematisches Diagramm, in dem der Strom I1 als Linie 100,
die Spannung U2 als Linie 103 und das durch die Vorrichtung 90 erzeugte
Signal "U2 > 0?" als Linie 111 dargestellt
sind. In diesem Beispielfall ist die Kommutierungsdauer T_K zu klein.
Dies hat zur Folge, dass die induzierte Spannung U1_ind bzw. U2_ind
nicht wie im Idealfall einen Vorzeichenwechsel zum Kommutierungszeitpunkt
t_KN+1 aufweist, sondern der Vorzeichenwechsel
findet erst nach einer Frühkommutierungszeitdauer
T_früh
statt. 9 shows a schematic diagram in which the current I1 as a line 100 , the voltage U2 as a line 103 and that through the device 90 generated signal "U2>0?" as a line 111 are shown. In this example, the commutation period T_K is too small. This has the consequence that the induced voltage U1_ind or U2_ind does not have, as in the ideal case, a change of sign at the commutation time t_K N + 1 , but the sign change only takes place after an early commutation time T_früh.
Da
nach dem Kommutierungseinleitungsvorgang 109 sowohl I1
= 0 als auch I2 = 0 ist, entspricht sowohl U1 als auch U2 der induzierten
Spannung, vgl. Gleichungen (3) und (4). In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt
die Messung der induzierten Spannung über die Spannung U2. Diese
weist zum Zeitpunkt t früh
einen Vorzeichenwechsel auf, und das Signal "U2 > 0?" 111 wechselt
zum Zeitpunkt t früh
von Low nach High.Because after the commutation initiation process 109 both I1 = 0 and I2 = 0, both U1 and U2 correspond to the induced voltage, cf. Equations (3) and (4). In this embodiment, the measurement of the induced voltage via the voltage U2. This has a sign change at the time t early, and the signal "U2>0?" 111 changes from low to high at time t.
Die
Kommutierungszeitdauer T_K kann nun korrigiert werden, indem sie
um die Frühkommutierungszeitdauer
T_früh
vergrößert wird.
Die Frühkommutierungszeitdauer
T_früh
ergibt sich aus dem Zeitraum zwischen dem durch die Kommutierungszeitdauer
T_K vorgegebenen Kommutierungszeitpunkt t-KN+1 und
dem Frühkommutierungszeitpunkt
t früh.
An Stelle des Kommutierungszeitpunkts t_KN+1 kann
allgemein auch der Zeitpunkt des Endes des Kommutierungseinleitungsvorgangs 109 verwendet
werden.The commutation period T_K can now be corrected by increasing it by the early commutation period T_früh. The early commutation period T_früh results from the period between the commutation time tK N + 1 given by the commutation time period T_K and the early commutation time t early. In place of the commutation time t_K N + 1 can generally also the time of the end of the commutation initiation process 109 be used.
Ein
solcher Vorgang, bei dem die Spannung U1 bzw. U2 nach dem Ende des
Kommutierungseinleitungsvorgangs 109 einen Wert aus einem
für die
Gerätebetriebsart
des Motors 10 für
die jeweilige Kommutierungsperiode ungeeigneten Bereich annimmt,
wird als Frühkommutierungsvorgang
bezeichnet.Such a process in which the voltage U1 or U2 after the end of the Kommutierungeinleitungsvorgangs 109 a value from one for the device operating mode of the motor 10 assumes an unsuitable range for the particular commutation period is called an early commutation process.
10 zeigt
eine Beispielmessung für
einen Frühkommutierungsvorgang,
wie er in 9 dargestellt ist. Der Strom
I1 ist als Linie 100 dargestellt, der Strom I2 als Linie 101,
die Spannung U1 als Linie 102 und das Signal "U1 > 0?" als Linie 112. Wie bei der
Beschreibung zu 9 erläutert, kann die induzierte
Spannung nach Beendigung des Kommutierungseinleitungsvorgangs 109 auch über die
Spannung U1 gemessen werden, die zum Frühkommutierungszeitpunkt t früh einen
Vorzeichenwechsel von High nach Low vornimmt. 10 shows an example measurement for an early commutation process as shown in FIG 9 is shown. The current I1 is as a line 100 represented, the current I2 as a line 101 , the voltage U1 as a line 102 and the signal "U1>0?" as a line 112 , As with the description too 9 explained, the induced voltage after completion of Kommutierungeinleitungsvorgangs 109 are also measured on the voltage U1, the early commutation time t early makes a sign change from high to low.
Man
erkennt auch, dass die Spannung U1 während des Kommutierungseinleitungsvorgangs 109 große Störspitzen
aufweist, was eine Auswertung der induzierten Spannung während des
Kommutierungseinleitungsvorgangs 109 stark erschwert bzw.
unmöglich
macht. Die Störungen
während
des Kommutierungseinleitungsvorgangs 109 kommen auch durch
die Arbeit des Stromreglers, welcher den Strom I1 in einer vorgegebenen
Form zum Wert I1 = 0 V führt.It can also be seen that the voltage U1 during the Kommutierungeinleitungsvorgangs 109 has large glitches, which is an evaluation of the induced voltage during the Kommutierungeinleitungsvorgangs 109 makes it difficult or impossible. The disturbances during the commutation initiation process 109 also come through the work of the current controller, which leads the current I1 in a predetermined form to the value I1 = 0V.
Zum
Zeitpunkt t früh
wird ein Wechsel des Signals "U1 > 0?" 112 von High nach Low detektiert.
Nach dieser Detektion wird in diesem Ausführungsbeispiel der Kommutierungsabschlussvorgang 107 durchgeführt, es
wird also mit der Bestromung des Statorstrangs 18 begonnen.
Bevorzugt wird zur Berechnung des kommenden Kommutierungszeitpunkt
t_KN+1 (nicht dargestellt) der Zeitpunkt
t früh
als erster Kommutierungszeitpunkt t_KN+1 gewählt.At the time t early, a change of the signal "U1>0?" 112 detected from high to low. After this detection, the commutation termination process is performed in this embodiment 107 So it is with the energization of the stator 18 began. Preferably, to calculate the coming commutation time t_K N + 1 (not shown), the time t is selected early as the first commutation time t_K N + 1 .
11 zeigt
einen Elektromotor 310 mit einem einphasigen, einsträngigen Stator 314 und
einem zweipoligen Rotor 312. Der Rotor 312 weist
einen ersten Rotorpol 321 und einen entgegengesetzt magnetisierten zweiten
Rotorpol 322 auf. Der Stator 314 weist einen ersten
Pol 331 und einen zweiten Pol 333 sowie eine Wicklung 315 auf.
Die Wicklung 315 weist einen Statorstrang 316 auf,
der über
zwei Anschlüsse 361 und 362 mit
einer schematisch angedeuteten Endstufe 51 verbunden ist.
Die Endstufe 51 ist bevorzugt als Vollbrückenschaltung
ausgebildet, damit eine Bestromung des Strangs 316 in beide
Richtungen möglich
ist. Dabei wird der Strom durch den Strang 316 mit I1 und
die an dem Statorstrang 316 abfallende Spannung als U1
bezeichnet. 11 shows an electric motor 310 with a single-phase, single-stranded stator 314 and a bipolar rotor 312 , The rotor 312 has a first rotor pole 321 and an oppositely magnetized second rotor pole 322 on. The stator 314 has a first pole 331 and a second pole 333 as well as a winding 315 on. The winding 315 has a stator strand 316 on, over two connections 361 and 362 with a schematically indicated output stage 51 connected is. The final stage 51 is preferably designed as a full bridge circuit, thus energizing the strand 316 in both directions is possible. Thereby the current gets through the strand 316 with I1 and those on the stator string 316 sloping voltage is called U1 net.
Die
Spannung U1 wird bevorzugt über
zwei Messpunkte MP1 344 und MP2 346 gemessen,
die an den entgegengesetzten Enden des Statorstrangs 316 angeordnet sind,
und an denen die Spannungen U_MP1 und U_MP2 anliegen. Die Spannung
U1 ergibt sich zu U1
= U_MP2 – U_MP1 (8) The voltage U1 is preferably via two measuring points MP1 344 and MP2 346 measured at the opposite ends of the stator strand 316 are arranged, and applied to the voltages U_MP1 and U_MP2. The voltage U1 is given too U1 = U_MP2 - U_MP1 (8)
12 zeigt
eine Darstellung des Stroms 11 als Linie 300,
der Spannung U1 als Linie 302 sowie der in den Statorstrang 316 induzierten
Spannung U1_ind als Linie 304. Während einer Kommutierungsperiode der
Länge T_K
finden wie bei dem zweisträngigen
Ausführungsbeispiel
ein Kommutierungsabschlussvorgang 107, ein Vorgang 108 mit
konstanter Bestromung sowie ein Kommutierungseinleitungsvorgang 109 statt.
Während
des Vorgangs 108 der konstanten Bestromung setzt sich die
Spannung U1 gemäß Gleichung
(3) aus der in den Statorstrang 316 durch den sich drehenden
permanentmagnetischen Rotor 312 induzierten Spannung U1_ind
sowie einem von der Größe des konstanten
Stroms I1 abhängigen
konstanten Faktor I1·R1
zusammen. 12 shows a representation of the stream 11 as a line 300 , the voltage U1 as a line 302 as well as in the stator strand 316 induced voltage U1_ind as a line 304 , During a commutation period of length T_K, as in the two-stranded embodiment, a commutation termination process occurs 107 , a process 108 with constant current supply and a Kommutierungeinleitungsvorgang 109 instead of. During the process 108 the constant current is the voltage U1 according to equation (3) from the in the stator 316 by the rotating permanent magnetic rotor 312 induced voltage U1_ind and a dependent on the magnitude of the constant current I1 constant factor I1 · R1 together.
Für die Überprüfung, ob
ein Spätkommutierungsvorgang
vorliegt, wird der Anteil I1 R1 von der Spannung U1 abgezogen. Dabei
kann als Wert des Stroms I1 entweder der Sollwert für den entsprechenden
Stromregler verwendet werden, oder er wird durch eine Strommessvorrichtung
ermittelt.For checking if
a late commutation process
is present, the proportion I1 R1 is subtracted from the voltage U1. there
can be the value of the current I1 either the setpoint for the corresponding
Current regulator can be used or it is powered by a current measuring device
determined.
Spätkommutierungsspannungsbereich
und FrühkommutierungsspannungsbereichSpätkommutierungsspannungsbereich
and early commutation voltage range
13 zeigt
einen Spätkommutierungsvorgang.
Ein Strom IO1 ist als Linie 100 eingezeichnet und eine
Spannung U2 als Linie 103. Zur Erkennung eines Spätkommutierungsvorgangs
wird ein Spätkommutierungsspannungsbereich 140 definiert.
Der Spätkommutierungsspannungsbereich 140 beginnt
bei 0 V und umfasst den gesamten positiven Bereich. Um nun zu klären, ob
ein Spätkommutierungsvorgang
vorliegt, wird geprüft,
ob sich der Wert des Spannungssignals U2 innerhalb des Spätkommutierungsspannungsbereichs 140 befindet.
Dies ist zum Zeitpunkt t_140 der Fall, und somit findet ein Spätkommutierungsvorgang
statt. 13 shows a late commutation process. A current IO1 is as a line 100 drawn in and a voltage U2 as a line 103 , To detect a late commutation process, a late commutation voltage range is used 140 Are defined. The late commutation voltage range 140 starts at 0 V and covers the entire positive range. In order to clarify whether there is a late commutation process, it is checked whether the value of the voltage signal U2 is within the late commutation voltage range 140 located. This is the case at time t_140, and thus a late commutation process takes place.
Der
Spätkommutierungsbereich 140 kann
auf unterschiedliche Arten definiert werden. Als weitere Ausführungsbeispiele
sind zwei Spätkommutierungsspannungsbereiche 140' und 140'' dargestellt. Der Spätkommutierungsbereich 140' ist im Gegensatz
zum Spätkommutierungsbereich 140 nicht
nach oben offen, sondern er endet bei einer maximalen Spannung.
Dies ermöglicht
ggf. eine einfachere Auswertungsschaltung. Der Spätkommutierungsspannungsbereich 140'' beginnt dagegen nicht bei 0 V,
sondern bei einer negativen (oder positiven) Spannung. Dies kann
beispielsweise dazu verwendet werden, einen Spätkommutierungsvorgang früher zu erkennen.
Die Erkennung geschieht hierbei zum Zeitpunkt t_140'', der zeitlich vor dem Zeitpunkt t_140
liegt. Weiterhin kann eine solche Verschiebung beispielsweise einen
Offset der Spannung U2 berücksichtigen,
wie er bei einem einsträngigen
Motor durch den Anteil I1·R1
auftreten kann.The late commutation area 140 can be defined in different ways. As further embodiments are two late commutation voltage ranges 140 ' and 140 '' shown. The late commutation area 140 ' is in contrast to the late commutation area 140 not open at the top, but ends at a maximum tension. This possibly enables a simpler evaluation circuit. The late commutation voltage range 140 '' on the other hand, it does not start at 0 V, but at a negative (or positive) voltage. This can be used, for example, to detect a late commutation process earlier. The detection takes place here at the time t_140 '', which is temporally before the time t_140. Furthermore, such a shift, for example, take into account an offset of the voltage U2, as it can occur in the case of a single-stranded motor by the proportion I1 · R1.
In
gleicher Weise kann für
den Frühkommutierungsvorgang
ein Frühkommutierungsspannungsbereich
definiert werden.In
same way can for
the early commutation process
an early commutation voltage range
To be defined.
Softwaresteuerung des
MotorsSoftware control of
Motors
14 zeigt
das in dem μC
32 ablaufende Hauptprogramm. Das Programm beginnt mit dem Schritt "POWER_ON_RESET" S270, zu dem der μC 23 nach
dem Einschalten springt. In dem Schritt "INIT" S272 werden
die Variablen initialisiert und die Betriebsparameter abgefragt,
beispielsweise über
die Datenleitung 92 aus 1. In dem
Schritt "SYNCH_ROTOR" S274 wird der Ablauf
des Programms mit einer eventuell vorhandenen Drehung des Rotors
synchronisiert, damit diese ggf. ausgenützt werden kann. Im Schritt
S276 wird über eine
Routine "CHK_ROT()" überprüft, ob sich der Rotor dreht
oder nicht. Falls der Rotor sich dreht, so wird im Schritt S280 überprüft, ob er
sich in die gewünschte
Richtung dreht. Dies kann wie oben beschrieben bei einem Motor mit
Reluktanzmoment beispielsweise über
die Steigung der induzierten Spannung ermittelt werden. Falls sich
der Rotor in die richtige Richtung dreht, wird im Schritt S282 eine
Variable BRAKE_ON auf 0 gesetzt. Dies zeigt an, dass sich der Rotor
bereits in die richtige Richtung dreht und eine normale Kommutierung
erfolgen kann. Falls sich der Rotor jedoch in die falsche Richtung
dreht, so wird im Schritt S284 die Variable BRAKE_ON auf 1 gesetzt.
Dies zeigt an, dass eine Bremsung des Rotors erfolgen soll. Diese
kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass in der entsprechenden
Kommutierungsperiode die Bestromung in die umgekehrte Richtung erfolgt. 14 shows the running in the μC 32 main program. The program starts with the step "POWER_ON_RESET" S270, to which the μC 23 jumps after being switched on. In the step "INIT" S272, the variables are initialized and the operating parameters are queried, for example via the data line 92 out 1 , In the step "SYNCH_ROTOR" S274, the execution of the program is synchronized with any rotation of the rotor that may be present, so that it can possibly be utilized. In step S276, it is checked via a routine "CHK_ROT ()" whether the rotor is rotating or not. If the rotor is rotating, it is checked in step S280 whether it is rotating in the desired direction. This can be determined as described above for a motor with reluctance torque, for example, via the slope of the induced voltage. If the rotor rotates in the right direction, a variable BRAKE_ON is set to 0 in step S282. This indicates that the rotor is already rotating in the right direction and normal commutation can occur. However, if the rotor rotates in the wrong direction, the variable BRAKE_ON is set to 1 in step S284. This indicates that the rotor should be braked. This can be done, for example, that in the corresponding commutation period, the current is in the opposite direction.
Falls
im Schritt S276 ein Stillstand des Rotors festgestellt wird, wird
im Schritt "START_ROT" S278 der Rotor durch
Bestromung in Bewegung versetzt. In Schritt S286 beginnt die Hauptschleife,
und es wird überprüft, ob sich
der Rotor weiterhin bewegt. Falls dies nicht der Fall ist, erfolgt
ein Sprung zurück
zum Schritt S276. Falls sich der Rotor jedoch dreht, erfolgt in
dem Schritt "PERIOD_1" S288 die Bestromung
für die
erste Kommutierungsperiode. Die Routine PERIOD_1 ist in 16 näher ausgeführt.If a standstill of the rotor is detected in step S276, the rotor is set in motion by energization in step "START_ROT" S278. In step S286, the main loop starts, and it is checked whether the rotor continues to move. If this is not the case, a jump back to step S276. However, if the rotor is rotating, current is applied to the first commutation period in the step "PERIOD_1" S288. The routine PERIOD_1 is in 16 detailed.
Im
Schritt "PERIOD_2" S290 erfolgt die
Bestromung für
die zweite Kommutierungsperiode, also in die entgegengesetzte Richtung.
Im Schritt "n CTRL" S292 findet der
Drehzahlregelungsberechnungsvorgang statt. Dieser ist näher in 20 dargestellt.In the step "PERIOD_2" S290, the current is supplied for the second commutation period, ie in the opposite direction. In step "n CTRL" S292, the speed control calculation process takes place. This one is closer in 20 shown.
Im
Schritt "OTHER" S294 finden weitere
für den
Ablauf des Motors notwendige Schritte statt. Es wird beispielsweise
die Ein-/Ausgabe durchgeführt,
und im Fehlerfall werden Fehlersignale ausgegeben.in the
Step "OTHER" S294 find more
for the
Sequence of the engine necessary steps instead. It will, for example
the I / O performed,
and in case of error, error signals are output.
Nach
dem Schritt S294 erfolgt ein Sprung zurück zum Schritt S286, und die
folgende Bestromung findet statt.To
In step S294, a jump is made back to step S286, and the
the following energization takes place.
Ramperamp
15 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
für einen
Kommutierungsvorgang, bei dem der Statorstrang 16 aus 1 bestromt
wird. 15 shows an embodiment of a commutation process in which the stator strand 16 out 1 is energized.
In
einem Kommutierungsabschlussvorgang 107 wird der Strom
I1 in vier Stufen (N_KA = 4) von dem Wert I1 = 0 A auf den dem Sollwert
I_SOLL entsprechenden Wert erhöht.
Daraufhin folgt eine Phase 108, während der eine konstante Bestromung
mit dem Wert I1 = I_SOLL durchgeführt wird. Danach folgt der
Kommutierungseinleitungsvorgang 109, während dessen der Strom I1 in
vier Stufen (N_KE = 4) rampenförmig
von dem Wert I1 = I_SOLL auf den Wert I1 = 0 vermindert wird.In a commutation completion process 107 For example, the current I1 is increased in four stages (N_KA = 4) from the value I1 = 0 A to the value corresponding to the desired value I_SOLL. This is followed by a phase 108 during which a constant current supply with the value I1 = I_SOLL is performed. This is followed by the commutation initiation process 109 during which the current I1 is ramped down from the value I1 = I_SOLL to the value I1 = 0 in four stages (N_KE = 4).
In
diesem Ausführungsbeispiel
werden die Zeitdauer T_KA des Kommutierungsabschlussvorgangs 107 und
die Zeitdauer T_KE des Kommutierungseinleitungsvorgangs 109 aus
der Kommutierungszeitdauer T_K berechnet. Die Kommutierungsabschlusszeitdauer
T_KA und die Kommutierungseinleitungszeitdauer T_KE werden so gewählt, dass
sie jeweils 10 der gesamten Kommutierungszeitdauer T_K einnehmen.
Die Phase 108 der konstanten Bestromung nimmt die übrigen 80
% der Kommutierungszeitdauer ein. Allgemein werden die Werte T_KA
und T_KE folgendermaßen
gewählt: T_KA = f_KA·T_K (9) T_KE = f_KE·T_K (10)mit
- T_KA:
- Kommutierungsabschlusszeitdauer
- f_KA:
- Anteilfaktor für die Kommutierungsabschlusszeitdauer
- T_K:
- Gesamte Kommutierungszeitdauer
- T_KE:
- Kommutierungseinleitungszeitdauer
- f_KE:
- Anteilfaktor für die Kommutierungseinleitungszeitdauer
In this embodiment, the time T_KA of the commutation completion process 107 and the time T_KE of the commutation initiation process 109 calculated from the commutation period T_K. The commutation completion time T_KA and the commutation initiation time T_KE are selected so that they each occupy 10 of the total commutation time T_K. The phase 108 the constant energization occupies the remaining 80% of the commutation period. In general, the values T_KA and T_KE are selected as follows: T_KA = f_KA · T_K (9) T_KE = f_KE · T_K (10) With - T_KA:
- Kommutierungsabschlusszeitdauer
- f_KA:
- Share factor for the commutation completion period
- T_K:
- Total commutation time
- T_KE:
- Kommutierungseinleitungszeitdauer
- f_KE:
- Share factor for the commutation initiation period
Die
Anteilsfaktoren f_KA und f_KE werden bevorzugt an den jeweiligen
Motortyp und den jeweiligen Einsatzzweck des Elektromotors 10 angepasst
und können
dem μC 32
beispielsweise über
die Schnittstelle 92 von dem Steuergerät 94 vorgegeben werden,
vgl. 1.The proportional factors f_KA and f_KE are preferably applied to the respective engine type and the respective intended use of the electric motor 10 adapted and can the μC 32, for example, via the interface 92 from the controller 94 be given, cf. 1 ,
16 zeigt
die Routine "PERIOD_1" S238. Im Schritt
S302 werden die Kommutierungsabschlusszeitdauer T_KA und die Kommutierungseinleitungszeitdauer
T_KE berechnet, und die Variable t_KA wird auf den momentanen Zeitwert
t TIMER gesetzt. Dabei entspricht der Kommutierungsabschlusszeitpunkt
t_KA dem Startzeitpunkt des Kommutierungsabschlussvorgangs. Im Schritt
S304 wird der Kommutierungsabschlussvorgang "RAMP1_UP" durchgeführt. Dieser ist in 18 beschrieben.
Nach dem Ende des Kommutierungsabschlussvorgangs wird ein Timer
TIMER1 über
eine Funktion "START_TIMER1" gestartet. Über den
Timer TIMER1 wird der Zeitraum für
die Phase der konstanten Bestromung gemessen, welche sich aus der
Kommutierungszeitdauer T_K abzüglich
der Kommutierungsabschlusszeitdauer T_KA und der Kommutierungseinleitungszeitdauer
T_KE ergibt. Nach dem Ablauf dieser Zeit erzeugt der Timer TIMER1
einen Interrupt, welcher eine in 20 dargestellte
Interruptroutine "TIMER1_INTERRUPT" S250 aufruft. Im
Schritt S308 wird eine Zeitdauer T_RETARD abgewartet, so dass die
Messung, ob ein Spätkommutierungsvorgang
vorliegt, nicht sofort erfolgt. Dies vermeidet Fehler auf Grund
des zuvor durchgeführten
Kommutierungsabschlussvorgangs. Im Schritt S310 wird überprüft, ob sich
die induzierte Spannung im Spätkommutierungsspannungsbereich LATE_AREA
befindet. Bei einem zweisträngigen
Stator geschieht dies beispielsweise über die Auswertung des Signals
U2. 16 shows the routine "PERIOD_1" S238. In step S302, the commutation completion period T_KA and the commutation initiation time T_KE are calculated, and the variable t_KA is set to the current time value t TIMER. In this case, the commutation termination time t_KA corresponds to the start time of the commutation termination process. In step S304, the commutation completion process "RAMP1_UP" is performed. This one is in 18 described. After the end of the commutation completion process, a timer TIMER1 is started via a function "START_TIMER1". The timer TIMER1 is used to measure the period for the phase of the constant current supply which results from the commutation time T_K minus the commutation completion time T_KA and the commutation initiation time T_KE. After the expiry of this time, the timer TIMER1 generates an interrupt, which has an in 20 shown interrupt routine "TIMER1_INTERRUPT" S250 calls. In step S308, a Time T_RETARD waited, so that the measurement of whether a late commutation is present, not immediately. This avoids errors due to the previous commutation completion process. In step S310, it is checked whether the induced voltage is in the late commutation voltage range LATE_AREA. In the case of a double-stranded stator, this happens, for example, via the evaluation of the signal U2.
Sofern
in der Phase der konstanten Bestromung kein Spätkommutierungsvorgang stattfindet,
wird jeweils vom Schritt S310 zum Schritt S312 gesprungen. Im Schritt
S312 wird überprüft, ob die
Phase der konstanten Bestromung weiterhin durchgeführt werden
soll. Dies geschieht über
die Variable PHASE_CONST, die zuvor auf 1 gesetzt wird, und die
bei Ablauf der in den Timer TIMER1 eingegebenen Zeit durch die Interruptroutine "TIMER1_INTERRUPT" S250 aus 17 auf
0 gesetzt wird. Somit wird nach Ablauf der berechneten Zeit für die Phase
der konstanten Bestromung ein Sprung zum Schritt S320 durchgeführt, und
der Kommutierungseinleitungsvorgang wird durch Aufruf der Routine "RAMP1_DOWN" eingeleitet.If no late commutation process takes place in the phase of the constant current supply, in each case from step S310 to step S312 is jumped. In step S312, it is checked whether the phase of constant energization should continue to be performed. This is done via the variable PHASE_CONST, which is previously set to 1, and at the end of the time entered in the timer TIMER1 by the interrupt routine "TIMER1_INTERRUPT" S250 17 is set to 0. Thus, after the calculated time for the constant energization phase has elapsed, a jump is made to step S320, and the commutation initiation process is initiated by calling the routine "RAMP1_DOWN".
Findet
dagegen während
der Phase der konstanten Bestromung ein Spätkommutierungsvorgang statt, so
wird vom Schritt S310 zum Schritt "RESET_TIMER1" S314 gesprungen. In diesem Schritt
wird der Timer TIMER1 zurückgesetzt,
so dass kein Interrupt mehr ausgelöst wird. Daraufhin wird im
Schritt S316 die Spätkommutierungszeitdauer
T_LATE aus der Differenz zwischen der aktuellen Zeit t TIMER und
dem Startzeitpunkt des Kommutierungsabschlussvorgangs t_KA berechnet.
Weiterhin findet eine Korrektur der Kommutierungszeitdauer T_K statt,
in dem von dieser die Spätkommutierungszeitdauer
T_LATE abgezogen wird. Daraufhin wird zum Schritt S320 gesprungen,
und der Kommutierungseinleitungsvorgang "RAMP1_DOWN" S320 wird eingeleitet.finds
whereas during
the phase of constant energization a late commutation process instead, so
is jumped from step S310 to step "RESET_TIMER1" S314. In this step
timer TIMER1 is reset,
so that no interrupt is triggered. Thereupon in the
Step S316, the late commutation period
T_LATE from the difference between the current time t TIMER and
calculated at the start time of the commutation completion process t_KA.
Furthermore, a correction of the commutation period T_K takes place,
in that of this the late commutation period
T_LATE is subtracted. Subsequently, step S320 is entered,
and the commutation initiation process "RAMP1_DOWN" S320 is initiated.
Nach
Beendigung des Kommutierungseinleitungsvorgangs wird im Schritt
S322 eine Variable t_KE auf die aktuelle Zeit t TIMER gesetzt, und
eine Variable EARLY_COMMUT wird auf 0 gesetzt. Im Schritt S324 wird überprüft, ob ein
Frühkommutierungsvorgang
vorliegt. Dies geschieht beispielsweise über die Spannung U1, und es
wird überprüft, ob sich
diese in dem Frühkommutierungsbereich
EARLY_AREA befindet. Bei einem Frühkommutierungsvorgang erfolgt
ein Sprung zum Schritt S326, und die Variable EARLY_COMMUT wird
auf 1 gesetzt, um einen Frühkommutierungsvorgang
anzuzeigen. Daraufhin erfolgt ein Sprung zurück nach S324. Sobald sich die
Spannung U1 außerhalb
des Frühkommutierungsbereichs
EARLY_AREA befindet, erfolgt ein Sprung zum Schritt S328. Im Falle
eines Frühkommutierungsvorgangs
wird zum Schritt S330 gesprungen, und dort wird die Frühkommutierungszeitdauer
T_EARLY aus der Differenz zwischen der aktuellen Zeit t TIMER und
der im Schritt S322 gespeicherten Zeit t_KE berechnet. Weiterhin
erfolgt eine Korrektur der Kommutierungszeitdauer T_K, in dem diese
um die Frühkommutierungszeitdauer
T_EARLY erhöht
wird. Daraufhin erfolgt ein Sprung zum Ende S332.To
Completion of the commutation initiation process is in step
S322 sets a variable t_KE to the current time t TIMER, and
a variable EARLY_COMMUT is set to 0. In step S324, it is checked if a
Frühkommutierungsvorgang
is present. This happens, for example, via the voltage U1, and it
will check if yourself
these in the early commutation area
EARLY_AREA is located. In an early commutation process takes place
a jump to step S326, and the variable EARLY_COMMUT becomes
set to 1, to an early commutation process
display. This is followed by a jump back to S324. As soon as the
Voltage U1 outside
of the early commutation area
EARLY_AREA, a jump is made to step S328. In the event of
an early commutation process
is jumped to step S330, and there is the Frühkommutierungszeitdauer
T_EARLY from the difference between the current time t TIMER and
the time t_KE stored in step S322 is calculated. Farther
there is a correction of the commutation period T_K in which this
around the early commutation period
T_EARLY increased
becomes. This is followed by a jump to the end S332.
17 zeigt
die Interruptroutine "TIMER1_INTERRUPT" S250. Diese Routine
wird nach Ablauf der im Schritt S306 aus 16 eingegebenen
Zeitdauer aufgerufen. Im Schritt S252 wird die Variable PHASE_CONST
auf 0 gesetzt, um das Ende der Phase der konstanten Bestromung anzuzeigen.
Daraufhin erfolgt ein Rücksprung
im Schritt S254, und das Hauptprogramm wird fortgesetzt. 17 shows the interrupt routine "TIMER1_INTERRUPT" S250. This routine will turn off after the end of step S306 16 entered time duration. In step S252, the variable PHASE_CONST is set to 0 to indicate the end of the constant energization phase. Thereafter, a return is made in step S254, and the main routine is continued.
18 zeigt
die in dem μC
32 ablaufende Routine "RAMP1_UP" S200, welche den
Kommutierungsabschlussvorgang 107 für den Statorstrang 16 durchführt. 18 shows the run in the μC 32 routine "RAMP1_UP" S200, which commutation completion process 107 for the stator string 16 performs.
In
Schritt S202 wird die Kommutierungsabschlusszeitdauer T_KA aus der
Kommutierungszeitdauer T_K berechnet, vgl. Beschreibung zu 9.
Ein Schleifenzähler
i wird auf 1 gesetzt. In Schritt S204 wird eine Zeit T_KA/N_KA gewartet.
Dies ist die Zeit für
eine Stufe des Kommutierungsabschlussvorgangs, und nach N_KA Stufen
ist die gesamte Kommutierungsabschlusszeitdauer T_KA abgelaufen.
Nach der Wartezeit in Schritt S204 wird im Schritt S206 der Stromsollwert
I_SOLL1 für
den Drehzahlregler I_RGL1 48 aus 1 um den
Wert I_SOLUN_KA erhöht.
Dies führt
dazu, dass nach N_KA Schritten der gewünschte Sollwert I_SOLL erreicht
wird.In step S202, the commutation completion period T_KA is calculated from the commutation period T_K, cf. Description to 9 , A loop counter i is set to 1. In step S204, a time T_KA / N_KA is waited. This is the time for one stage of the commutation completion process, and after N_KA stages the total commutation completion time T_KA has expired. After the waiting time in step S204, the current command value I_SOLL1 for the speed controller I_RGL1 is set in step S206 48 out 1 increased by the value I_SOLUN_KA. This leads to the desired setpoint I_SOLL being reached after N_KA steps.
In
Schritt S208 wird die Schleifenvariable i um 1 erhöht, und
in Schritt S210 wird überprüft, ob noch nicht
alle N_KA Schritte durchgeführt
wurden. Falls Ja, erfolgt ein Sprung zurück zum Schritt S204, und die nächste Stufe
der Rampe 107 wird erzeugt. Nach der Durchführung aller
N_KA Schritte wird die Routine "RAMP1_UP" S200 beendet.In step S208, the loop variable i is incremented by 1, and in step S210, it is checked whether all N_KA steps have not yet been performed. If yes, a jump is made back to step S204, and the next stage of the ramp 107 is generated. After performing all N_KA steps, the routine "RAMP1_UP" S200 is ended.
19 zeigt
eine entsprechende Routine "RAMP1_DOWN" S220 für den Kommutierungseinleitungsvorgang 109,
vgl. 9. Die Routine S220 entspricht vom Aufbau her
der Routine "RAMP1_UP" S200, in der Schleife
S224 bis S230 findet jedoch bei jedem Schritt zuerst die Erniedrigung
des Sollwerts I_SOLL1 in Schritt S224 und daraufhin erst die Wartezeit
in Schritt S226 statt. 19 shows a corresponding routine "RAMP1_DOWN" S220 for the commutation initiation process 109 , see. 9 , The routine S220 structurally corresponds to the routine "RAMP1_UP" S200, however, in the loop S224 to S230, at each step, first, the decrement of the setpoint I_SOLL1 is found in step S224 and then only the waiting time in step S226 instead.
Die
entsprechenden Routinen „RAMP2_UP" und „RAMP2_DOWN" für die Vorgabe
des Sollwerts I_SOLL2 für
den Regler I_RGL2 68 entsprechen den Routinen S304 aus 18 und
S320 aus 19, es wird jedoch der zweite
Statorstrang 18 bestromt.The corresponding routines "RAMP2_UP" and "RAMP2_DOWN" for the specification of the setpoint I_SOLL2 for the controller I_RGL2 68 correspond to the routines S304 18 and S320 off 19 However, it becomes the second stator strand 18 energized.
20 zeigt
die Drehzahlregelung "n
CTRL" S292 aus 14.
Im Schritt S262 wird die Istdrehzahl n_i berechnet, welche sich
aus dem Quotienten aus einer Konstanten const_i und der Kommutierungszeitdauer
T_K ergibt. Die berechnete Istdrehzahl n_i und die Solldrehzahl
n_s werden in diesem Ausführungsbeispiel einem
PID-Regler PID_RGL zugeführt,
und dieser berechnet den Stromsollwert I_SOLL, der die Höhe des Stroms
während
der Phase der konstanten Bestromung angibt. Im Schritt S264 endet
die Routine "n_CTRL". 20 shows the speed control "n CTRL" S292 14 , In step S262, the actual speed n_i is calculated, which results from the quotient of a constant const_i and the commutation time T_K. The calculated actual speed n_i and the set speed n_s are in this embodiment supplied to a PID controller PID_RGL, and this calculates the current setpoint I_SOLL, which indicates the magnitude of the current during the phase of the constant current supply. In step S264, the routine "n_CTRL" ends.
21 zeigt
ein Blockschaltbild für
einen Strom- und Drehzahlregler für einen erfindungsgemäßen Elektromotor 10.
Ein Block 400 gibt eine Solldrehzahl n_s an einen Block 404,
und ein Block 402 gibt eine Istdrehzahl n_i an den Block 404.
Der Block 404 ist als PI-Regler ausgebildet, wobei der
Verstärkungsfaktor
des Proportionalanteils Kp = 0,0005 und der Verstärkungsfaktor
des Integralanteils Ki = 0,0001 beträgt. Das Ausgangssignal des
Blocks 404 wird einem Block 406 zugeführt, wobei
der Block 406 als proportionales Glied, insbesondere als
Verstärker
ausgebildet ist. Das Ausgangssignal des Blocks 406 wird
den Blöcken 408 und 428 zugeführt. 21 shows a block diagram of a current and speed controller for an electric motor according to the invention 10 , A block 400 gives a target speed n_s to a block 404 , and a block 402 gives an actual speed n_i to the block 404 , The block 404 is formed as a PI controller, wherein the gain of the proportional component Kp = 0.0005 and the gain of the integral component Ki = 0.0001. The output signal of the block 404 becomes a block 406 fed, the block 406 is designed as a proportional member, in particular as an amplifier. The output signal of the block 406 will the blocks 408 and 428 fed.
Dem
Block 408 wird weiterhin ein Signal Kommut1 von einem Block 410 sowie
ein Signal Ramp von einem Block 412 zugeführt. Das
Signal Kommut1 gibt vor, wann der erste Strang bestromt werden soll,
das Signal Ramp gibt die Rampenform vor, die abhängig von der Kommutierungszeitdauer
T_K ist, und das Signal vom Block 406 gibt zur Beeinflussung
der Drehzahl die Amplitude des in dem Block 408 entstehenden
rampenförmigen
Kommutierungssignals vor. Der Block 408 ist als Multiplizierer
ausgebildet,.The block 408 will continue to be a commut1 signal from a block 410 as well as a signal ramp from a block 412 fed. The signal Kommut1 specifies when the first string should be energized, the signal Ramp specifies the ramp shape, which is dependent on the commutation time T_K, and the signal from the block 406 gives the amplitude of the in the block to influence the speed 408 resulting ramp-shaped commutation signal before. The block 408 is designed as a multiplier.
Das
vom Block 408 erzeugte Kommutierungssignal wird einem Block 414 zugeführt. Der
Block 416 stellt ein Signal bereit, das der Spannung U42
am Fußpunktwiderstand 42 aus 1 und
damit dem Stromistwertsignal I_IST1 entspricht. Das Signal des Blocks 416 wird
dem Block 418 zugeführt,
welcher als proportionales Glied, insbesondere als Verstärker, ausgebildet
ist. Der Block 414 ist als Addierer ausgebildet, und aus der
Differenz zwischen dem Stromsollwertsignal aus dem Block 408 und
dem Stromistwertsignal aus dem Block 418 wird in dem als
Stromregler arbeitenden Block 414 ein Stellwert erzeugt
und über
einen als Verstärker
arbeitenden Block 420 als Stellwertsignal IStell1 für den ersten
Statorstrang 16 ausgegeben. Dadurch, dass die Stromregelung
erst kurz vor dem Block 420 eingreift, erhält man ein
sehr schnelles Ansprechen der Strombegrenzung.That from the block 408 generated commutation signal is a block 414 fed. The block 416 Provides a signal equal to the voltage U42 at the base point resistance 42 out 1 and thus corresponds to the current actual value signal I_IST1. The signal of the block 416 gets the block 418 fed, which is designed as a proportional member, in particular as an amplifier. The block 414 is formed as an adder, and from the difference between the current setpoint signal from the block 408 and the current actual value signal from the block 418 is in the working as a current controller block 414 generates a control value and a working as an amplifier block 420 as control value signal IStell1 for the first stator train 16 output. Due to the fact that the current regulation only shortly before the block 420 engages, you get a very fast response of the current limit.
Die
Blöcke 428, 430, 432, 434, 436, 438 und 440 entsprechen
den Blöcken 408 bis 420,
und dort wird das Stellsignal IStell2 für den zweiten Statorstrang 18 erzeugt.The blocks 428 . 430 . 432 . 434 . 436 . 438 and 440 correspond to the blocks 408 to 420 , and there is the actuating signal IStell2 for the second stator 18 generated.
Die
Drehzahlregelung geschieht dadurch, dass das Stellwertsignal des
PI-Reglers 404 dem Multiplikator 408 bzw. dem
Multiplikator 428 zugeführt
wird, wodurch die Höhe
des Rampenstroms bestimmt wird. Bei einer vorgegebenen Erhöhung der
Solldrehzahl n_s würde
dann bspw. das dem Multiplikator 408 zugeführte Signal
größer werden,
was zu einem höheren
Stromsollwert und damit zu einem höheren Motorstrom I1 bzw. I2
führt.
Hierdurch dreht sich der Rotor 12 schneller, und es geschieht
so lange eine Anpassung der Kommutierungszeitdauer T_K, bis der
Elektromotor eine der Solldrehzahl n_s entsprechende Drehzahl n_i
aufweist. Die Drehzahl des Motors wird somit durch ein Zusammenwirken
des Drehzahlreglers 404 und des Stromreglers 414 bestimmt.The speed control is effected by the control value signal of the PI controller 404 the multiplier 408 or the multiplier 428 is supplied, whereby the height of the ramp current is determined. For a given increase of the setpoint speed n_s, then, for example, that would be the multiplier 408 supplied signal, which leads to a higher current setpoint and thus to a higher motor current I1 or I2. This rotates the rotor 12 faster, and it happens as long as an adjustment of the commutation time T_K, until the electric motor has a target speed n_s corresponding speed n_i. The speed of the motor is thus by an interaction of the speed controller 404 and the current controller 414 certainly.
Naturgemäß sind im
Rahmen der Erfindung viele Modifikationen möglich.By nature are in the
Many modifications possible within the scope of the invention.
So
kann bei einer einfacheren Ausgestaltung beispielsweise in 21 der
Drehzahlregler entfallen, indem die Blöcke 400, 402, 404 und 406 durch
einen Block ersetzt werden, der ein einstellbares Signal ausgibt. Dies
führt zu
einer Drehzahlsteuerung.Thus, in a simpler embodiment, for example in 21 the speed controller accounts for the blocks 400 . 402 . 404 and 406 be replaced by a block that outputs an adjustable signal. This leads to a speed control.
Ein
erfindungsgemäßer Elektromotor
wird bevorzugt zum Antrieb und/oder zur Bremsung eines Lüfters eingesetzt.One
Electric motor according to the invention
is preferably used for driving and / or braking a fan.
DrehrichtungserkennungAdvance Sense
Da
der Motor 10 zur Erzeugung eines Reluktanz-Hilfsmoments
ausgebildet ist, kann im Bereich 108 der konstanten Bestromung
die Drehrichtung aus der Steigung der Spannung U1 102,
der Spannung U1_ind, 104 der Spannung U2 103 und/oder
der Spannung U2_ind ermittelt werden, vgl. 6.Because the engine 10 is designed to generate a reluctance auxiliary torque, can in the field 108 the constant energizing the direction of rotation of the slope of the voltage U1 102 that are tension U1_ind, 104 the voltage U2 103 and / or the voltage U2_ind are determined, cf. 6 ,
Bei
dem vorliegenden Motor ist die Spannung U1 102 ansteigend,
und die Ableitung der Spannung U1, welche der Steigung entspricht,
ist ebenfalls positiv. Bei einer Drehung in die entgegengesetzte
Richtung wäre
die Steigung bzw. die Ableitung der Spannung U1 dagegen negativ.In the present motor, the voltage is U1 102 increasing, and the derivative of the voltage U1, which corresponds to the slope, is also positive. On the other hand, if it were rotated in the opposite direction, the slope or the derivative of the voltage U1 would be negative.
Die
Messung der Drehrichtung kann dabei zumindest einmal nach bzw. während des
Anlaufs erfolgen, oder sie kann auch in vorgegebenen Abständen erfolgen.The
Measurement of the direction of rotation can thereby at least once after or during the
Start-up done, or it can also be done at predetermined intervals.
Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt,
sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleich wirkenden
Ausführungen.The
Invention is not limited to the illustrated and described embodiments
limited,
but also includes all the same in the context of the invention
Versions.