DE102018130198A1

DE102018130198A1 - Treiberschaltung für elektromotoren

Info

Publication number: DE102018130198A1
Application number: DE102018130198.7A
Authority: DE
Inventors: Ludovic Andre Chretien
Original assignee: Regal Beloit America Inc
Current assignee: Regal Beloit America Inc
Priority date: 2017-11-29
Filing date: 2018-11-28
Publication date: 2019-05-29
Also published as: US20190165701A1; US10333436B2

Abstract

Es werden Treiberschaltungen für parallele Elektromotoren bereitgestellt. Eine Treiberschaltung umfasst einen Inverter, mindestens einen Stromsensor und einen DSP. Der Inverter ist mit mehreren parallelen Elektromotoren gekoppelt und ist dafür ausgestaltet, Dreiphasenstrom in diese einzuspeisen. Der mindestens eine Stromsensor ist mit dem Inverter gekoppelt und ist dafür ausgestaltet, Statorphasenströme zu messen, die durch den Inverter ausgegeben werden, um die mehreren parallelen Elektromotoren anzutreiben. Der DSP ist mit dem Inverter und dem mindestens einen Stromsensor gekoppelt und ist dafür ausgestaltet, die Statorphasenströme von dem mindestens einen Stromsensor zu empfangen und mindestens ein PWM-Signal zu generieren, um den Inverter auf der Basis der Statorphasenströme zu steuern.

Description

HINTERGRUND
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der nicht-vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 15/825,540 , eingereicht am 29. November 2017, deren gesamte Offenbarung hiermit durch Bezugnahme in vollem Umfang in den vorliegenden Text aufgenommen wird.
HINTERGRUND
Das Gebiet der Offenbarung betrifft allgemein eine Treiberschaltung für Elektromotoren und betrifft insbesondere eine Treiberschaltung, die zwei oder mehr Elektromotoren parallel mit einem einzelnen Inverter oder einer einzelnen Treibervorrichtung betreibt. Die Elektromotoren können Permanentmagnet (PM)-Motoren oder Induktionsmotoren sein.
PM-Elektromotoren werden insofern synchron betrieben, als sich der Rotor mit einer Geschwindigkeit dreht, die mit der Geschwindigkeit übereinstimmt, mit der sich ein rotierendes Magnetfeld, das durch den Stator generiert wird, dreht. Stator und Rotor eines PM-Motors oder Synchronmotors werden unabhängig mit Strom versorgt, allgemein mit einem Wechselstrom, der an die Statorwicklungen angelegt wird. Im Gegensatz dazu arbeiten Induktionsmotoren asynchron, d. h. der Rotor dreht sich mit einer Geschwindigkeit, die der Geschwindigkeit des rotierenden Magnetfeldes des Stators, d. h. der synchronen Geschwindigkeit, nacheilt. Die relative Geschwindigkeit des Rotors und des rotierenden Magnetfeldes induziert den Rotorstrom.
Allgemein sind PM-Motoren effizienter, neigen aber dazu, komplexer und oft teurer zu sein als ihre Gegenstücke, die Induktionsmotoren. Mindestens einige PM-Motoren werden unter Verwendung eines Vektorsteuerungsregimes angesteuert, das unabhängig Motordrehmoment und Motorfluss überwacht und steuert, d. h. Rotorposition und Phasenströme überwacht, und unabhängig Drehmomentstrom und Flussstrom über eine komplexe Spannung steuert (d. h. eine Spannungsamplitude und Phase, die in einer komplexen Ebene dargestellt werden). Für einen gegebenen PM-Motor werden Drehmomentstrom und Flussstrom im zeitlichen Verlauf durch ein impulsbreitenmoduliertes (PWM-) Signal gesteuert, welches das Schalten in einem Inverter steuert, der zum Beispiel Dreiphasenstrom an die Statorwicklungen anlegt. Eine solche Steuerung kann zum Beispiel unter Verwendung einer Vektorsteuerung bewerkstelligt werden. Ein dreiphasiges PWM-Spannungssignal zur Energiebeaufschlagung der Statorwicklungen wird auf der Basis eines komplexen Spannungsvektors in einem rotierenden Rotorbezugsrahmen generiert. Der komplexe Spannungsvektor wird unter Verwendung beispielsweise eines Vektorsteuerungsalgorithmus abgeleitet, der auf einem Digitalsignalprozessor (DSP) oder einem anderen geeigneten Prozessor zum Steuern des Inverters arbeitet.
Vektorsteuerungsalgorithmen sind allgemein bekannt. Ein beispielhafter Vektorsteuerungsalgorithmus beginnt mit gemessenen Statorphasenströmen, die zu dem rotierenden Rotorbezugsrahmen umgewandelt werden. Der rotierende Rotorbezugsrahmen wird von der Rotorposition abgeleitet, der entweder direkt gemessen wird oder aus einer gemessenen Rotorgeschwindigkeit integriert wird oder durch mathematische Module geschlussfolgert wird. Für jede Phase wird ein Rotorfluss-Verknüpfungsvektor auf der Basis des Statorstromvektors und der magnetisierenden Induktivität der Statorspule geschätzt. Der Rotorfluss-Verknüpfungsvektor gibt einen Rotorwinkel, der es ermöglicht, dass der Statorstromvektor zu einem (d,q)-Koordinatensystem in dem rotierenden Rotorbezugsrahmen umgewandelt wird. Das (d,q)-Koordinatensystem, mitunter als das Fluss-Drehmoment-Koordinatensystem bezeichnet, repräsentiert einen komplexen Stromvektor mit orthogonalen Komponenten entlang einer direkten Achse (d) und einer Quadraturachse (q), dergestalt, dass eine Feldfluss-Verknüpfungskomponente des komplexen Stromvektors auf die d-Achse ausgerichtet wird und eine Drehmoment- oder Ankerflusskomponente auf die q-Achse ausgerichtet wird. Sobald der Statorstromvektor in dem (d,q)-Koordinatensystem dargestellt ist, können seine Komponenten unter Verwendung herkömmlicher skalarer Steuerung gesteuert werden, einschließlich beispielsweise proportionaler und integraler (PI)-Steuerung, die einen komplexen befohlenen Spannungsvektor in dem (d,q)-Koordinatensystem erzeugt. Der komplexe befohlene Spannungsvektor wird dann zu dem originalen rotierenden Rotorbezugsrahmen zurück gewandelt und ist die Basis zum Generieren eines PWM-Spannungssignals zum Steuern eines Inverters, der die Statorwicklungen mit Strom beaufschlagt.
Mindestens einige Motoranwendungen können mehrere, kleinere und effizientere Motoren parallel verwenden, um Ausgangsleistung oder Effizienz zu verbessern. Zu solchen Anwendungen können Heizung, Lüftung und Klimatisierung (HVAC), Kühlung, Verdichtung, Pumpen oder andere Fluidbewegungsausrüstung sowie elektrische Antriebe für Räder, Zahnräder, Riemen oder andere mechanische Lasten gehören. Induktionsmotoren werden aufgrund ihrer relativen Einfachheit und ihrer Fähigkeit, asynchron zu arbeiten, d. h. „Schlupf“ zwischen Rotorrotation und Magnetfeldrotation zu erlauben, oft in solchen Anwendungen verwendet, wodurch die Belastung jedes Motors vereinfacht wird. Umgekehrt erfordert jeder PM-Motor in einer Mehrmotoren-Anwendung in der Regel eine dedizierte PM-Ansteuerung, um das zweckmäßige PWM-Signal zu generieren, um den Motor synchron für seine bestimmte Last zu betreiben. Folglich wird jede PM-Ansteuerung allgemein für die volle Ausgangsleistung bemessen, die für die Anwendung benötigt wird, was zu höheren Kosten, geringerer Effizienz und komplexerer Konfiguration und Installation führt. Alternativ - und erheblich unpraktischer - können mehrere PM-Motoren oder Induktionsmotoren parallel mit einer einzelnen Ansteuerung kombiniert werden, was aber allgemein unpraktisch ist, da die Belastung der verschiedenen Motoren weder genügend bekannt ist noch gesteuert wird, um Lasten zwischen den parallelen Motoren auszugleichen. Folglich arbeiten die Motoren in solchen Anwendungen unter variierenden Lasten mit variierenden Geschwindigkeiten, was zu Stabilitätsproblemen und Motorschäden führen könnte, wenn die Motoren überhaupt funktionieren. Des Weiteren stellt das Verbinden und Betreiben mehrerer PM-Motoren mit einem einzelnen Inverter, der mit den gleichen synchronen Geschwindigkeiten arbeiten muss, eine viel größere Schwierigkeit dar, da eine Variabilität der Belastung zu Instabilitäten und letztendlich zum Verlust des Synchronismus in dem System führt.
KURZE BESCHREIBUNG
In einem Aspekt wird eine Treiberschaltung bereitgestellt. Die Treiberschaltung umfasst einen Inverter, mindestens einen Stromsensor und einen DSP. Der Inverter ist mit mehreren parallelen Elektromotoren gekoppelt und ist dafür ausgestaltet, Dreiphasenstrom in diese einzuspeisen. Der mindestens eine Stromsensor ist mit dem Inverter gekoppelt und ist dafür ausgestaltet, Statorphasenströme zu messen, die durch den Inverter ausgegeben werden, um die mehreren parallelen Elektromotoren anzutreiben. Der DSP ist mit dem Inverter und dem mindestens einen Stromsensor gekoppelt und ist dafür ausgestaltet, die Statorphasenströme von dem mindestens einen Stromsensor zu empfangen und mindestens ein PWM-Signal zu generieren, um den Inverter auf der Basis der Statorphasenströme zu steuern.
In einem anderen Aspekt wird eine Treiberschaltung bereitgestellt. Die Treiberschaltung umfasst einen Inverter, mindestens zwei Stromsensoren und einen DSP. Der Inverter ist mit mehreren parallelen Elektromotoren gekoppelt und ist dafür ausgestaltet, Dreiphasenstrom in diese einzuspeisen. Die mindestens zwei Stromsensoren sind mit dem Inverter gekoppelt und dafür ausgestaltet, Statorphasenströme zu messen, die durch den Inverter ausgegeben werden, um die mehreren parallelen Elektromotoren anzutreiben. Der DSP ist mit dem Inverter und den mindestens zwei Stromsensoren gekoppelt und ist dafür ausgestaltet, die Statorphasenströme von den mindestens zwei Stromsensoren zu empfangen und mindestens ein PWM-Signal zu generieren, um den Inverter auf der Basis der Statorphasenströme zu steuern.
Figurenliste

1 ist ein Blockschaubild einer beispielhaften Treiberschaltung für parallele Motoren;
2A und 2B sind Kurvendiagramme beispielhafter komplexer Befehlsspannungsvektoren für parallele Motoren in einem (d,q)-Koordinatensystem in einem rotierenden Rotorbezugsrahmen;
3 ist ein Funktionsblockschaubild einer beispielhaften Treiberschaltung;
4 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Betreiben der in 3 gezeigten Treiberschaltung;
5 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Vektorsteuerungsverfahrens zur Verwendung in der in 3 gezeigten Treiberschaltung;
6 ist ein Schaubild einer beispielhaften Treiberschaltung zur Verwendung in der in den 1 und 3 gezeigten Treiberschaltung;
7 ist ein Schaubild einer anderen beispielhaften Treiberschaltung zur Verwendung in der in den 1 und 3 gezeigten Treiberschaltung;
8 ist ein Schaubild einer anderen beispielhaften Treiberschaltung zur Verwendung in der in den 1 und 3 gezeigten Treiberschaltung;
9 ist ein Schaubild einer anderen beispielhaften Treiberschaltung zur Verwendung in der in den 1 und 3 gezeigten Treiberschaltung;
10 ist ein Schaubild einer anderen beispielhaften Treiberschaltung zur Verwendung in der in den 1 und 3 gezeigten Treiberschaltung;
11 ist ein Schaubild einer beispielhaften Treiberschaltung für einen parallelen ersten Motor und mindestens einen Induktionsmotor;
12 ist ein Schaubild einer beispielhaften Treiberschaltung für einen parallelen ersten Induktionsmotor und mindestens einen zusätzlichen Induktionsmotor;
13 ist ein Flussdiagramm, das ein Fluidströmungssteuerungsverfahren zum Steuern der in 11 oder 12 gezeigten Treiberschaltungen veranschaulicht; und
14 ist ein Schaubild einer beispielhaften Treiberschaltung für einen parallelen ersten Motor, Induktionsmotor, einen dritten Motor und einen vierten Motor.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Im Sinne des vorliegenden Textes ist ein Element oder ein Schritt, das bzw. der in der Einzahl angegeben ist und dem das Wort „ein/einer/eine“ vorausgeht, so auszulegen, dass mehrere Elemente oder Schritte nicht ausgeschlossen sind, sofern ein solcher Ausschluss nicht ausdrücklich angegeben ist. Des Weiteren sind Verweise auf „eine beispielhafte Implementierung“ oder „eine bestimmte Implementierung“ der vorliegenden Offenbarung nicht dafür gedacht, so ausgelegt zu werden, als schlössen sie das Vorhandensein zusätzlicher Implementierungen aus, die ebenfalls die genannten Merkmale enthalten.
Im vorliegenden Text wurde realisiert, dass mehrere Elektromotoren durch einen einzelnen Inverter oder eine einzelne Treibervorrichtung betrieben werden können, einschließlich eines oder mehrerer PM-Motoren oder Induktionsmotoren in Kombination mit einem oder mehreren PM- oder Induktionsmotoren. Die im vorliegenden Text beschriebenen Treiberschaltungen und Betriebsverfahren stellen eine parallele Ansteuerung, unter Verwendung eines einzelnen Inverters, von zwei oder mehr Motoren bereit, die unter verschiedenen Lastbedingungen und/oder mit verschiedenen Geschwindigkeiten arbeiten. Zum Beispiel arbeiten parallele PM-Motoren mit gleicher Geschwindigkeit, können aber unter verschiedenen Lastbedingungen arbeiten. Ausführungsformen der im vorliegenden Text beschriebenen Treiberschaltungen erlauben das Schätzen der Rotorposition und das Überwachen von Phasenströmen in parallelen Motoren. Ausführungsformen der Treiberschaltungen und -verfahren veranlassen den Inverter, jeden der parallelen Motoren zu betreiben und auf dem PM-Motor zu synchronisieren, der das größte Abtriebsdrehmoment, d. h. eine größte Last, aufweist. In Ausführungsformen, in denen nur ein einziger PM-Motor parallel mit einem oder mehreren Induktionsmotoren arbeitet, synchronisieren die Treiberschaltungen und -verfahren auf dem einen PM-Motor. Jeder andere parallele Motor, ob ein PM-Motor oder ein Induktionsmotor, wird durch den Inverter unter Verwendung desselben komplexen Befehlsspannungsvektors betrieben, der zu einem PWM-Signal umgewandelt wird. Dabei dissipieren die im vorliegenden Text beschriebenen Treiberschaltungen und -verfahren überschüssigen Strom in den Statorwicklungen der anderen parallelen Motoren in Form eines zusätzlichen Flussstroms, um den komplexen Befehlsspannungsvektor aufzulösen, der die Basis für das PWM-Signal bildet, das den einzelnen Inverter für alle parallelen Motoren steuert. Der zusätzliche Flussstrom ermöglicht es jedem PM-Motor, sich zu synchronisieren und zu stabilisieren, wenn die Belastung der parallelen PM-Motoren unausgeglichen ist und die Abtriebsdrehmomente zwischen den parallelen PM-Motoren variieren, während die Geschwindigkeit auf der synchronen Geschwindigkeit bleibt. Des Weiteren wird in parallelen Induktionsmotoren der überschüssige Strom in den Statorwicklungen in Form von Schlupf dissipiert, da der Induktionsmotor asynchron arbeitet. In bestimmten Ausführungsformen, in denen ein Induktionsmotor parallel mit einem PM- oder Induktionsmotor arbeitet, betreibt die Treiberschaltung den zweiten Induktionsmotor selektiv „across the line“, d. h. er wird mit einem Leitungsfrequenz-Wechselstromsignal betrieben und der Inverter wird umgangen, oder er wird durch den Inverter parallel mit dem ersten Motor betrieben, auf den sich die Treiberschaltung synchronisiert. In solchen Ausführungsformen haben die parallelen Motoren die Flexibilität, eine variable Last über den ersten Motor mit einem parallelen Induktionsmotor unter Teillast, den ersten Motor in Kombination mit einem Induktionsmotor unter Teil- bis Volllast, oder den ersten Motor allein für Voll- bis Niedriglast zu erbringen.
Im vorliegenden Text wird außerdem realisiert, dass - in Ausführungsformen der Treiberschaltung - der einzelne Inverter, der parallele Motoren betreibt, durch einen DSP oder einen anderen geeigneten Prozessor zu steuern ist, der zum Beispiel einen Vektorsteuerungsalgorithmus ausführt, der einen komplexen Befehlsspannungsvektor erzeugt, auf dem ein PWM-Signals basiert, um jede Phase des Inverters zu steuern. Der DSP und der Inverter können in bestimmten Ausführungsformen innerhalb der Treiberschaltung am selben Ort angeordnet sein. In anderen Ausführungsformen ist der DSP räumlich vom Inverter getrennt. In bestimmten Ausführungsformen ist die Treiberschaltung, einschließlich des DSP und/oder des Inverters, zentral mit Bezug auf die mehreren parallelen Motoren angeordnet. In alternativen Ausführungsformen kann die Treiberschaltung zum Beispiel in das Package eines der parallelen PM-Motoren integriert werden.
1 ist ein Blockschaubild einer beispielhaften Treiberschaltung 100 für die parallelen Motoren 102 und 104, von denen mindestens einer ein PM-Motor ist. Jeder der Motoren 102 und 104 umfasst einen Rotor (nicht gezeigt) und einen Stator, der Statorwicklungen 106 umfasst. Insbesondere sind Motoren 102 und 104 mit der Treiberschaltung 100 parallel geschaltet. Die Treiberschaltung 100 umfasst einen DSP 108, einen Inverter 110 und Stromsensoren 112.
Zu Stromsensoren 112 gehört jede Vorrichtung, die dafür ausgelegt ist, ein Signal zu erzeugen, das eine Stromamplitude repräsentiert. Zum Beispiel können zu Stromsensoren 112 Nebenschlussabfühlwiderstände, Stromtransformatoren, integrierte Hall-Effekt-Strommessungsschaltkreise oder jede sonstige geeignete Vorrichtung zum Messen von Strom gehören.
Der DSP 108 führt einen Steuerungsalgorithmus, wie zum Beispiel einen Vektorsteuerungsalgorithmus, zum Steuern des Inverters 110 aus. Genauer gesagt sendet der DSP 108 ein oder mehrere PWM-Signale 114 an den Inverter 110 zum Steuern des Betriebes verschiedener Schalter und Leistungselektronik (nicht gezeigt) innerhalb des Inverters 110. Der Inverter 110 wandelt während des Betriebes eine Eingangsleistung 116, wie zum Beispiel einen Gleichstrom oder einen gleichgerichteten Wechselstrom, in einen dreiphasigen Strom zur Energiebeaufschlagung der Statorwicklungen 106 der Motoren 102 und 104 um. In einer solchen Ausführungsform kann der DSP 108 ein PWM-Signal 114 für jede Phase des Inverters 110 senden, um die drei Phasen einer Ausgangsleistung (W, U, V) zu generieren. Der DSP 108 generiert ein gegebenes PWM-Signal 114 auf der Basis von durch Stromsensoren 112 erfassten Statorstrommessungen. Statorstrommessungen für jede Phase jedes Motors können auf der Basis von Stromsensoren, die mit verschiedenen Abschnitten der Treiberschaltung 100 gekoppelt sind, einschließlich beispielsweise innerhalb des Inverters 110, individueller Phasenabschnittsmessungen 118, kollektiver Messungen 120 am Ausgang des Inverters 110, oder jeder Kombination davon bestimmt werden.
Der DSP 108 ist des Weiteren dafür ausgestaltet, ein gegebenes PWM-Signal 114 auf der Basis der Rotorposition eines oder mehrerer der Motoren 102 und 104 zu generieren. Die Treiberschaltung 100 empfängt Rotorgeschwindigkeitsmessungen 122 und 124 von Motoren 102 bzw. 104. Die Rotorgeschwindigkeitsmessungen 122 und 124 können im zeitlichen Verlauf integriert werden, um eine Rotorposition zu bestimmen. Die Rotorgeschwindigkeit kann durch jeweilige Sensoren (nicht gezeigt) gemessen werden, die mit Motoren 102 und 104 gekoppelt werden. In bestimmten Ausführungsformen wird die Rotorgeschwindigkeit von der Ausgangsfrequenz des dreiphasigen Stroms (W, U, V) des Inverters 110 abgeleitet. In alternativen Ausführungsformen wird die Rotorposition direkt gemessen. In anderen Ausführungsformen führt der DSP 108 einen positionssensorlosen Vektorsteuerungsalgorithmus aus, und Rotorgeschwindigkeitsmessungen 122 und 124 werden nicht verwendet.
2A und 2B sind Kurvendiagramme beispielhafter komplexer Befehlsspannungsvektoren für die parallelen Motoren, von denen mindestens einer ein PM-Motor ist, wie zum Beispiel die in 1 gezeigten Motoren 102 und 104, in einem (d,q)-Koordinatensystem 200 in einem rotierenden Rotorbezugsrahmen. Das (d,q)-Koordinatensystem 200 ist durch eine direkte (d) Achse 202, die den Fluss darstellt, und eine Quadratur (q)-Achse 204, die das Drehmoment darstellt, definiert, deren Positionen als eine Funktion des Rotorwinkels bestimmt werden, der von dem Rotorfluss-Verknüpfungsvektor abgeleitet wird, der gemäß der Rotorposition und dem Statorstrom geschätzt wird.
2A veranschaulicht einen Befehlsspannungsvektor 206 für einen ersten PM-Motor, der das größte Abtriebsdrehmoment unter den parallelen PM-Motoren aufweist. Dementsprechend ist der Befehlsspannungsvektor 206 als eine Vektorsumme einer Drehmomentkomponente 208 und einer Flusskomponente 210 veranschaulicht. Die Drehmomentkomponente 208 ist eine Summe aus einem Spannungsvektor 212 (E) einer gegenelektromagnetischen Kraft (EMF) und dem Produkt eines Drehmomentstromvektors 214 (I) und durch einen Widerstand 216 (R) skaliert und auf die q-Achse projiziert. Die Größenordnung der Flusskomponente 210 des Befehlsspannungsvektors 206 wird berechnet als: $- P \cdot L_{q} \cdot ω \cdot I_{q 1}, |$
wobei P eine Anzahl von Pol-Paaren in dem Motor ist, Lq die Statorwicklungsinduktivität, ω die Frequenz ist, mit der sich der Synchronmotor dreht, und I_q1 der Drehmomentstrom ist.
2B veranschaulicht, wie der Bcfchlsspannungsvcktor 206 an einen zweiten Motor angelegt wird, der parallel mit dem ersten PM-Motor arbeitet, wie in 2A zu sehen. Der Befehlsspannungsvektor 206 hat gleichermaßen eine Drehmomentkomponente 218 und eine Flusskomponente 220, die beide von geringerer Größenordnung sind als die Drehmomentkomponente 208 und die Flusskomponente 210, die in 2A gezeigt sind, vorausgesetzt, dass jede mindestens teilweise als eine Funktion des Abtriebsdrehmoments bestimmt wird, das in dem zweiten Motor kleiner ist. Die Drehmomentkomponente 218, wie in 2A, ist eine Summe aus einem Gegen-EMF-Spannungsvektor 222 (E) und dem Produkt eines Drehmomentstromvektors 224 (I) und durch einen Widerstand 226 (R) skaliert und auf die q-Achse projiziert. Angesichts der Tatsache, dass der erste PM-Motor das größte Abtriebsdrehmoment aufweist, muss der Drehmomentstromvektor 224 eine kleinere Größenordnung aufweisen als der in 2A gezeigte Drehmomentstromvektor 214. Widerstandsskalar 216 und Widerstandsskalar 226 werden als im Wesentlichen gleich angenommen, wie auch die Gegen-EMF-Spannungsvektoren 212 und 222 für äquivalente Motoren. In bestimmten Ausführungsformen, in denen die parallelen PM-Motoren keine äquivalenten Maschinen sind, würde die Widerstandsvektoren und Gegen-EMF-Vektoren variieren, sind aber allgemein für einen gegebenen Motor bekannt.
Der Befehlsspannungsvektor 206, wenn er an den zweiten Motor angelegt wird, wie in 2B zu sehen, liefert mehr Strom als notwendig zu den Statorwicklungen, um das geforderte Abtriebsdrehmoment zu erzeugen; d. h. das Drehmoment, das den Strom I_q2 erzeugt, ist kleiner als in dem ersten PM-Motor. Folglich wird der überschüssige Strom durch den zweiten Motor in Form eines zusätzlichen Flussstroms 228 dissipiert, der mathematisch den Vektorsteuerungsalgorithmus erfüllt.
3 ist ein Funktionsblockschaubild einer beispielhaften Treiberschaltung 300 zum Betreiben paralleler Motoren 302, 304 und 306, einschließlich mindestens eines PM-Motors 302. Die Motoren 304 und 306 können jeweils parallele PM-Motoren oder Induktionsmotoren sein. In der Ausführungsform von 3 sind die Motoren 302, 304 und 306 dreiphasige Motoren. Die Treiberschaltung 300 betreibt mindestens zwei Motoren parallel. In alternativen Ausführungsformen betreibt zum Beispiel Treiberschaltung 300 zwei parallele Motoren. In anderen Ausführungsformen betreibt die Treiberschaltung 300 vier oder mehr parallele Motoren. In der Ausführungsform von 3 betreibt die Treiberschaltung 300 drei Motoren parallel. In bestimmten Ausführungsformen können ein oder mehrere der parallelen Motoren selektiv durch die Treiberschaltung 300 betrieben werden oder können, wenn die parallelen Motoren Induktionsmotoren sind, direkt über Leitungsfrequenzstrom beispielsweise aus einem Stromnetz oder einem Wechselstromgenerator betrieben werden.
Die Treiberschaltung 300 umfasst einen DSP 308, der mit einem Inverter 310 gekoppelt ist. Der Inverter 310 wandelt eine Eingangsleistung 312 in dreiphasigen Wechselstrom 314 um, der an die Statorwicklungen der Motoren 302, 304 und 306 angelegt wird. In der Ausführungsform von 3 ist die Eingangsleistung 312 Gleichstrom. In alternativen Ausführungsformen kann die Eingangsleistung 312 eine Wechselstromversorgung umfassen, und der Inverter 310 ist mit einem Gleichrichter (nicht gezeigt) kombiniert, um den eingespeisten Wechselstrom zu einem zweckmäßigen dreiphasigen Wechselstrom 314 zu transformieren, der in die Motoren 302, 304 und 306 einzuspeisen ist. Der Inverter 310 wird durch ein oder mehrere PWM-Signale 316 gesteuert, die durch den DSP 308 generiert und von dem DSP 308 gesendet werden. Wenn zum Beispiel dreiphasige Motoren betrieben werden, so kann der DSP 308 ein PWM-Signal 316 zum unabhängigen Steuern jedes Phasenabschnitts in dem Inverter 310 senden.
Der DSP 308 steuert den Inverter 310 mindestens teilweise auf der Basis von Statorströmen 318, die in jedem der Motoren 302, 304 und 306 gemessen oder auf sonstige Weise bestimmt werden. Die Statorströme 318 sind zeitvariierende Signale, die mindestens die Amplitude und die Phase des Stroms anzeigen, der jeder Phase der jeweiligen Statoren der Motoren 302, 304 und 306 zugeführt werden. Der DSP 308 kann des Weiteren den Inverter 310 auf der Basis der jeweiligen Positionen und/oder Geschwindigkeiten der Rotoren der Motoren 302, 304 und 306, die gemessen oder auf sonstige Weise bestimmt wurden, steuern. Zum Beispiel wird in bestimmten Ausführungsformen die PM-Motorgeschwindigkeit, d. h. die Drehzahl, mit der sich der Rotor dreht, überwacht, da sie ungefähr die gleiche ist wie die Frequenz des Stroms, der den Statorwicklungen zugeführt wird. Die PM-Motorgeschwindigkeit kann dann im zeitlichen Verlauf integriert werden, um seine Rotorposition zu bestimmen. In anderen Ausführungsformen kann ein positionssensorloser Vektorsteuerungsalgorithmus verwendet werden, um die Rotorgeschwindigkeiten und -positionen ohne die Verwendung eines Positionssensors zu schätzen.
Der DSP 308 umfasst mehrere Funktionsmodule zum Steuern des Inverters 310. Und zwar umfasst der DSP 308 ein Motorauswahlmodul 320, einen Vektorsteuerungsalgorithmus 322 und einen PWM-Signalgenerator 324. Jedes dieser Module wird unter anderem in Software oder Firmware implementiert oder auf sonstige Weise in den DSP 308 programmiert, um durch den DSP 308 zum Erfüllen ihrer jeweiligen Funktionen ausgeführt zu werden.
Das Motorauswahlmodul 320 bestimmt, welcher der Motoren 302, 304 und 306 das Ziel einer Synchronisierung unter Verwendung des Vektorsteuerungsalgorithmus 322 sein soll. Obgleich der PM-Motor 302 als der Ziel-PM-Motor angegeben ist, kann das Motorauswahlmodul 320 jeden der Motoren 302, 304 und 306 auf der Basis ihrer jeweiligen Abtriebsdrehmomente auswählen. Insbesondere bestimmt das Motorauswahlmodul 320, welcher der Motoren 302, 304 und 306 das größte Abtriebsdrehmoment erzeugt, und wählt diesen Motor, zum Beispiel den PM-Motor 302, als das Ziel der Synchronisierung unter Verwendung des Vektorsteuerungsalgorithmus 322 aus. In bestimmten Ausführungsformen trifft das Motorauswahlmodul 320 diese Bestimmung auf der Basis von Statorströmen 318. Zum Beispiel empfängt das Motorauswahlmodul 320 Statorströme 318 für jeden der Motoren 302, 304 und 306. Das Motorauswahlmodul 320 bestimmt dann, welcher der Motoren 302, 304 und 306 den größten drehmomenterzeugenden Strom durch seine jeweiligen Statorwicklungen zieht. Der durch die Statorwicklungen geleitete Strom korreliert mit dem Abtriebsdrehmoment eines gegebenen Motors. Dementsprechend korreliert der Motor, der den größten drehmomenterzeugenden Strom zieht, mit dem Motor, der das größte Abtriebsdrehmoment erzeugt.
Wie oben angemerkt, ist mindestens einer der Motoren 302, 304 und 306 ein PM-Motor. Das Motorauswahlmodul 320 wählt nur einen PM-Motor unter den parallelen Motoren als das Ziel der Synchronisierung durch den Vektorsteuerungsalgorithmus 322 aus. In Ausführungsformen, in denen einer oder beide der Motoren 304 und 306 Induktionsmotoren sind, wird kein Induktionsmotor durch das Motorauswahlmodul 320 ausgewählt, da ein solcher Induktionsmotor asynchron arbeitet und sich nicht zur Synchronisierung durch den Vektorsteuerungsalgorithmus 322 anbietet.
In der Ausführungsform von 3 bestimmt das Motorauswahlmodul 320, dass der PM-Motor 302 das größte Abtriebsdrehmoment unter den Motoren 302, 304 und 306 generiert. Der DSP 308 führt dann den Vektorsteuerungsalgorithmus 322 mit Bezug auf den Ziel-PM-Motor 302 aus. Der Vektorsteuerungsalgorithmus 322 generiert einen komplexen Befehlsspannungsvektor, wie zum Beispiel den in 2A gezeigten Befehlsspannungsvektor 206, der die Basis für die durch den PWM-Signalgenerator 324 generierten PWM-Signale 316 bildet. Der Vektorsteuerungsalgorithmus 322 berechnet den Befehlsspannungsvektor mindestens auf der Basis der Statorströme 318 für den ausgewählten Motor, zum Beispiel den PM-Motor 302. Der Vektorsteuerungsalgorithmus berechnet den komplexen Befehlsspannungsvektor, ausgedrückt in einem rotierenden Rotorbezugsrahmen und in dem (d,q)-Koordinatensystem, um eine effiziente Balance von Drehmomentstrom und Flussstrom zu den Statorwicklungen (nicht gezeigt) des PM-Motors 302 bereitzustellen. Drehmomentstrom und Flussstrom führen jeweils zu einem jeweiligen Spannungsabfall. Diese Spannungsabfälle sind zum Beispiel als Drehmomentkomponente 208 und Flusskomponente 210 veranschaulicht, wie in 2A gezeigt. Der Drehmomentstrom führt zu einem Spannungsabfall entlang der d-Achse, zum Beispiel die Flusskomponente, und der Flussstrom führt zu einem Spannungsabfall entlang der q-Achse, zum Beispiel die Drehmomentkomponente 208. Der Vektorsteuerungsalgorithmus 322 enthält einen skalaren Steuerungsabschnitt zum unabhängigen Berechnen dieser Spannungsabfälle, die dann zu dem komplexen Befehlsspannungsvektor übersetzt werden, der zu dem PWM-Signalgenerator 324 gesendet wird.
Der PWM-Signalgenerator 324 generiert ein oder mehrere PWM-Signale zum Steuern des Inverters 310. Zum Beispiel generiert der PWM-Signalgenerator 324 in einer Ausführungsform ein PWM-Signal 316 zum Steuern jedes Phasenabschnitts innerhalb des Inverters 310. Angesichts der Tatsache, dass der Inverter 310 den gleichen dreiphasigen Wechselstrom 314 in jeden der Motoren 302, 304 und 306 einspeist, wird dadurch jeder Motor der Motoren 302, 304 und 306 durch denselben komplexen Befehlsspannungsvektor gesteuert, der aus dem Vektorsteuerungsalgorithmus 322 resultiert, der an dem Ziel-PM-Motor 302 ausgeführt wird. Folglich wird, wie in 2B gezeigt, überschüssiger Strom in den Statorwicklungen der Motoren 304 und 306 in Form von zusätzlichem Flussstrom 228 dissipiert.
4 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 400 zum Betreiben der in 3 gezeigten Treiberschaltung 300 zum Betreiben paralleler Elektromotoren, von denen mindestens einer ein PM-Motor ist. Der DSP 308 empfängt 410 Statorströme 318, die gemessen oder auf sonstige Weise für die jeweiligen Phasen eines jeden der parallelen Elektromotoren 302, 304 und 306 bestimmt werden. Der DSP 308 wählt 420 den Ziel-PM-Motor 302 unter den parallelen Elektromotoren 302, 304 und 306 aus. Der DSP 308 wählt 420 den PM-Motor 302 auf der Basis aus, dass er ein größtes Abtriebsdrehmoment generiert. Der DSP 308 führt 430 den Vektorsteuerungsalgorithmus 322 aus, um einen komplexen Befehlsspannungsvektor, wie zum Beispiel den in 2A gezeigten Befehlsspannungsvektor 206, für den Ziel-PM-Motor 302 zu generieren. Der DSP 308 generiert und sendet 440 dann PWM-Signals 316 an den Inverter 310 auf der Basis des komplexen Befehlsspannungsvektors zum Steuern des Inverters 310. Der DSP 308 betreibt 450 dann den Inverter 310 gemäß dem PWM-Signal 316, um dreiphasigen Wechselstrom 314 in die parallelen Elektromotoren 302, 304 und 306 einzuspeisen.
5 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Vektorsteuerungsverfahrens 500, wie zum Beispiel der Vektorsteuerungsalgorithmus 322, zur Verwendung in der Treiberschaltung 300, die beide in 3 gezeigt sind. Das Vektorsteuerungsverfahren 500 wird allgemein innerhalb des DSP 308 implementiert und beginnt mit dem Bestimmen 510 einer Rotorposition für den Ziel-PM-Motor 302 auf der Basis einer direkt gemessenen Position oder, in bestimmten Ausführungsformen, anhand einer positionssensorlosen Rotorwinkel-Schätzvorrichtung. Mit Kenntnis des Rotorwinkels wird ein Fluss-Drehmoment (d,q)-Koordinatensystem definiert, in dem Fluss- und Drehmomentkomponentenvektoren berechnet werden. Die jeweiligen Statorphasenströme für den Ziel-PM-Motor 302 werden dann in das Fluss-Drehmoment Koordinatensystem transformiert 530. Der DSP 308 berechnet 540 dann befohlene Fluss- und Drehmomentspannungskomponenten unter Verwendung beispielsweise von PI-Steuerungsverfahren auf der Basis der Statorphasenströme für den Ziel-PM-Motor. Der komplexe Befehlsspannungsvektor wird dann auf der Basis der berechneten befohlenen Fluss- und Drehmomentspannungskomponenten berechneten 550.
6 ist ein Schaubild einer beispielhaften Treiberschaltung 600 für mehrere parallele Elektromotoren, zum Beispiel einen ersten Motor 602 und einen zweiten Motor 604, bis zu einem n-ten Motor 605. Die Motoren 602, 604 ... 605 können PM-Motoren, Induktionsmotoren oder jede Kombination davon sein. In bestimmten Ausführungsformen ist mindestens einer der Motoren 602, 604 ... 605 ein PM-Motor. Jeder der Motoren 602, 604 ... 605 umfasst einen Rotor (nicht gezeigt) und einen Stator, der Statorwicklungen 606 umfasst. Insbesondere sind die Motoren 602, 604 ... 605 mit der Treiberschaltung 600 parallel geschaltet. Die Treiberschaltung 600 umfasst einen DSP 608, einen Inverter 610 und mindestens einen Stromsensor 612. Zu dem Stromsensor 612 zählt jede Vorrichtung, die dafür ausgelegt ist, ein Signal zu erzeugen, das eine Stromamplitude repräsentiert. Zum Beispiel können zu den Stromsensoren 612 Nebenschlussabfühlwiderstände, Stromtransformatoren, integrierte Hall-Effekt-Strommessungsschaltkreise oder jede sonstige geeignete Vorrichtung zum Messen von Strom zählen.
In der beispielhaften Ausführungsform ist der Inverter 610 dafür ausgestaltet, mit mehreren parallelen Elektromotoren 602, 604 ... 605 gekoppelt zu werden und Dreiphasenstrom in sie einzuspeisen. Der Inverter 610 ist ein Dreiphasen-Spannungsquelleninverter, der dafür ausgestaltet ist, eine Eingangsleistung 616 in dreiphasigen Strom zur Energiebeaufschlagung der Statorwicklungen 606 der parallelen Motoren 602, 604 ... 605 auf der Basis der von dem DSP 608 empfangenen Steuersignale umzuwandeln.
In der beispielhaften Ausführungsform umfasst der Inverter 610 einen ersten Phasenabschnitt 614, einen zweiten Phasenabschnitts 616 und einen dritten Phasenabschnitt 618. Der erste, der zweite und der dritte Phasenabschnitt 614, 616 und 618 umfassen eine Gleichstromeingangsstufe 620 und eine Wechselstromausgangsstufe 622. Die Gleichstromeingangsstufe 620 stellt Eingangsleistung 116 für den ersten, den zweiten und den dritten Phasenabschnitt 614, 616 und 618 über eine positive Gleichstrom-Verbindungsschiene 624 und eine negative Gleichstrom-Verbindungsschiene 626 bereit. Die Wechselstromausgangsstufe 622 ermöglicht das Ausgeben von Statorphasenströmen von dem ersten, dem zweiten und dem dritten Phasenabschnitt 614, 616 und 618 des Inverters 610 an die Statorwicklungen 606 der Motoren 602, 604 ... 605.
Insbesondere umfasst der erste Phasenabschnitt 614 einen ersten Schalter 628 und einen zweiten Schalter 630, die zwischen positiven und negativen Gleichstrom-Verbindungsschienen 624 und 626 in Reihe geschaltet sind. Ein erster Ausgangsknoten 627 ist zwischen ersten und zweiten Schaltern 628 und 630 definiert und ist dafür ausgestaltet, mit einer Erstphasen-Statorwicklung 606 jedes Motors 602, 604 ... 605 elektrisch verbunden zu werden und einen ersten Statorphasenstrom in diese einzuspeisen.
Außerdem umfasst der zweite Phasenabschnitt 616 einen dritten Schalter 632 und einen vierten Schalter 634, die zwischen positiven und negativen Gleichstrom-Verbindungsschienen 624 und 626 in Reihe geschaltet sind. Ein zweiter Ausgangsknoten 635 ist zwischen dritten und vierten Schaltern 632 und 634 definiert und ist dafür ausgestaltet, mit einer Zweitphasen-Statorwicklung 606 eines jeden der Motoren 602, 604 ... 605 elektrisch verbunden zu werden mit und einen zweiten Phasenstrom in diese einzuspeisen.
Des Weiteren umfasst der dritte Phasenabschnitt 618 einen fünften Schalter 636 und einen sechsten Schalter 638, die zwischen positiven und negativen Gleichstrom-Verbindungsschienen 624 und 626 in Reihe geschaltet sind. Ein dritter Ausgangsknoten 639 ist zwischen fünften und sechsten Schaltern 636 und 638 definiert und ist dafür ausgestaltet, mit einer dreiphasigen Statorwicklung 606 eines jeden der Motoren 602, 604 ... 605 elektrisch verbunden zu werden und einen dritten Phasenstrom in diese einzuspeisen.
Die Treiberschaltung 600 umfasst mindestens einen Stromsensor 612, der mit dem Inverter 610 gekoppelt ist und dafür ausgestaltet ist, Statorphasenströme zu messen, die durch den Inverter 610 ausgegeben werden um die mehreren parallelen Elektromotoren 602, 604 ... 605 anzutreiben. In der beispielhaften Ausführungsform ist der Stromsensor 612 ein Nebenschlusswiderstand 640, der mit der Gleichstromeingangsstufe 620 gekoppelt ist und dafür ausgestaltet ist, einen Gesamtstrom an der Gleichstromeingangsstufe 620 zu messen. Insbesondere ist der Nebenschlusswiderstand 640 mit der negativen Gleichstrom-Verbindungsschiene 626 in Reihe geschaltet. Der Nebenschlusswiderstand 640 misst Wechsel-Verbindungsstrom der Eingangsleistung 616 entlang der negativen Gleichstrom-Verbindungsschiene 626.
Der DSP 608 empfängt den Gesamtstrom an der Gleichstromeingangsstufe 620 des Nebenschlusswiderstands 640. Der DSP 608 bestimmt dann elektrische Routen, die durch Ströme genommen werden, die durch den Inverter 610 fließen, auf der Basis bekannter Schaltsequenzen des Inverters 610. Der DSP 608 rekonstruiert Statorphasenströme für die mehreren parallelen Elektromotoren 602, 604 ... 605 durch Korrelieren der bestimmten elektrischen Routen mit Gesamtströmen von dem Nebenschlusswiderstand 640, die über einen Zeitraum empfangenen. Jeder rekonstruierte Statorphasenstrom repräsentiert einen Gesamtstrom auf jeder bestimmten Phase aller Motoren 602, 604 ... 605. Der DSP 608 kann durchschnittliche Phasenströme über die Motoren 602, 604 ... 605 hinweg durch Dividieren der Statorphasenströme durch die Gesamtzahl parallel betriebener Motoren 602, 604 ... 605 bestimmen. Der DSP 608 generiert dann mindestens ein PWM-Signal zum Steuern des Inverters 610 auf der Basis der rekonstruierten Statorphasenströme.
In einer alternativen Ausführungsform umfasst der mindestens eine Stromsensor 612 mindestens zwei Nebenschlusswiderstände, die jeweils mit zwei Phasenabschnitten der ersten, zweiten und dritten Phasenabschnitte 614, 616 und 618 gekoppelt sind. Zum Beispiel können die mindestens zwei Nebenschlusswiderstände einen ersten Nebenschlusswiderstand 642 umfassen, der mit dem ersten Phasenabschnitt 614 gekoppelt ist, und einen zweiten Nebenschlusswiderstand 644, der mit dem zweiten Phasenabschnitt 616 gekoppelt ist. Jedoch wird diese Auswahl nur zu beispielhaften Zwecken beschrieben, und es versteht sich, dass die ersten und zweiten Nebenschlusswiderstände 642 und 644 mit jeder Auswahl beliebiger der ersten, zweiten und dritten Phasenabschnitte 614, 616 und 618 gekoppelt werden können. Der erste Nebenschlusswiderstand 642 ist mit dem ersten Phasenabschnitt 614 an der Gleichstromeingangsstufe 620 gekoppelt und ist dafür ausgestaltet, einen Statorphasenstrom für den ersten Phasenabschnitt 614 zu messen. Der Statorphasenstrom für den ersten Phasenabschnitt 614 repräsentiert eine Summe erster Phasenströme für jeden der mehreren parallelen Elektromotoren 602, 604 ... 605. Außerdem ist der zweite Nebenschlusswiderstand 644 mit dem zweiten Phasenabschnitt 616 an der Gleichstromeingangsstufe 620 gekoppelt. Der zweite Nebenschlusswiderstand 644 ist dafür ausgestaltet, einen Statorphasenstrom für den zweiten Phasenabschnitt 616 zu messen. Der Statorphasenstrom für den zweiten Phasenabschnitt 616 repräsentiert eine Summe zweiter Phasenströme für jeden der mehreren parallelen Elektromotoren 602, 604 ... 605.
Der DSP 608 empfängt die Statorphasenströme für den ersten Phasenabschnitt 614 und den zweiten Phasenabschnitt 616 von ersten und zweiten Nebenschlusswiderständen 642 bzw. 644. Da jeder der Motoren 602, 604 ... 605 die Summe seiner Phasenströme gleich 0 aufweisen muss, kann der DSP 608 einen Statorphasenstrom für den dritten Phasenabschnitt 618 auf der Basis der Statorphasenströme schätzen, die von ersten und zweiten Nebenschlusswiderständen 642 und 644 empfangen werden. Der DSP 608 ist des Weiteren dafür ausgestaltet, die Statorphasenströme für jeden der ersten, zweiten und dritten Phasenabschnitte 614, 616 und 618 durch eine Gesamtzahl der mehreren parallelen Elektromotoren 602, 604 ... 605 zu teilen, um durchschnittliche Statorphasenströme in jedem der mehreren parallelen Elektromotoren 602, 604 ... 605 zu bestimmen. Auf der Basis der durchschnittliche Statorphasenströme generiert der DSP 608 mindestens ein PWM-Signal zum Steuern des Inverters 610.
Außerdem umfassen die mindestens zwei Nebenschlusswiderstände in einer Ausführungsform des Weiteren einen dritten Nebenschlusswiderstand 646, der mit dem dritten Phasenabschnitt 618 an der Gleichstromeingangsstufe 620 gekoppelt ist. Der dritte Nebenschlusswiderstand 646 ist dafür ausgestaltet, einen Statorphasenstrom für den dritten Phasenabschnitt 618 zu messen. Der Statorphasenstrom für den dritten Phasenabschnitt 618 repräsentiert eine Summe dritter Phasenströme für jeden der mehreren parallelen Elektromotoren 602, 604 ... 605.
Erste, zweite und/oder dritte Nebenschlusswiderstände 642, 644 und 646 sind kommunikativ mit dem DSP 608 gekoppelt und speisen die jeweiligen gemessenen Statorströme in den DSP 608 ein. Auf der Basis der gemessenen Statorströme generiert der DSP 608 ein jeweiliges PWM-Signal 114 für jede Phase des Inverters 610, um die drei Phasen der Ausgangsleistung (W, U, V) zum Einspeisen in die Motoren 602, 604 ... 605 zu generieren.
7 ist ein Schaubild einer beispielhaften Treiberschaltung 700 für mehrere parallele Elektromotoren 602, 604 ... 605. Die Treiberschaltung 700 ähnelt der Treiberschaltung 600 (in 6 gezeigt), mit der Ausnahme, dass die Treiberschaltung 700 einen zweiten Stromsensor umfasst, der mit der Wechselstromausgangsstufe des ersten Phasenabschnitts für jeden parallelen Elektromotor gekoppelt ist, der zu einem ersten Elektromotor hinzukommt, der mit der Treiberschaltung 700 gekoppelt ist. Daher werden in 7 gezeigte Komponenten, die im Wesentlichen den in 6 gezeigten Komponenten ähneln, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, die in 6 verwendet werden.
In der beispielhaften Ausführungsform ist für jeden zusätzlichen Motor (d. h. die Motoren 604 ... 605), der zusätzlich zu dem ersten Motor 602 mit der Treiberschaltung 700 gekoppelt ist, ein zweiter Stromsensor 702 zwischen einem ersten Ausgangsknoten 627 und einer ersten Statorphasenwicklung 704 jedes parallelen Elektromotors 604 ... 605, der zusätzlich zu dem ersten Elektromotor 602 vorhanden ist, in Reihe geschaltet. Jeder zweite Stromsensor 702 ist dafür ausgestaltet, einen ersten Statorphasenstrom in einem jeweiligen parallelen Elektromotor 604 ... 605 zusätzlich zu dem ersten Motor 602 zu messen.
Ein DSP 708 ist dafür ausgestaltet, den gemessenen ersten Statorphasenstrom des zweiten Motors 604 von dem zweiten Stromsensor 702 zu empfangen. Unter Verwendung von Synchronmotorprinzipien und auf der Basis des ersten Statorphasenstroms von dem zweiten Stromsensor 702 schätzt der DSP 708 einen zweiten Statorphasenstrom und einen dritten Statorphasenstrom für den Motor 604, die zusätzlich zu dem ersten Motor 602 vorhanden ist. Der DSP 708 kann diesen Prozess des Bestimmens der Phasenströme für jegliche zusätzlichen parallelen Motoren wiederholen.
Außerdem, und wie oben mit Bezug auf 6 beschrieben, bestimmt der DSP 708 Gesamtphasenströme, die durch den Inverter 610 an alle parallelen Motoren 602, 604 ... 605 ausgegeben werden, unter Verwendung eines des Nebenschlusswiderstands 640, der ersten und zweiten Nebenschlusswiderstände 642 und 644 oder der ersten, zweiten und dritten Nebenschlusswiderstände 642, 644 und 646. Der DSP 708 ist dafür ausgestaltet, Differenzen zwischen den ersten, zweiten und dritten Statorphasenströmen des parallelen Motors 604 zusätzlich zu dem ersten Motor 602 und jeweiligen Gesamtstatorphasenströmen, die von den ersten, zweiten und dritten Phasenabschnitten 614, 616 und 618 ausgegeben werden, zu bestimmen. Die ersten, zweiten und dritten Statorphasenströme des ersten Elektromotors 602 werden auf der Basis der bestimmten Differenzen rekonstruiert. Nach dem Bestimmen jedes Statorphasenstroms für jeden parallelen Motor generiert der DSP 708 mindestens ein PWM-Signal zum Steuern des Inverters 610 auf der Basis der Statorphasenströme.
8 ist ein Schaubild einer beispielhaften Treiberschaltung 800 für mehrere parallele Elektromotoren 602, 604 ... 605. Die Treiberschaltung 800 ähnelt der Treiberschaltung 600 (in 6 gezeigt), mit der Ausnahme, dass die Treiberschaltung 800 einen zusätzlichen Phasenabschnitt für jeden parallelen Elektromotor zusätzlich zu einem ersten Elektromotor, der mit der Treiberschaltung 800 gekoppelt ist, umfasst. Daher werden in 8 gezeigte Komponenten, die im Wesentlichen den in 6 gezeigten Komponenten ähneln, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, die in 6 verwendet werden.
In der beispielhaften Ausführungsform, und wie in 8 gezeigt, umfasst die Treiberschaltung 800 einen zusätzlichen Motor 604, der zusätzlich zu dem ersten Motor 602 vorhanden ist, so dass ein zusätzlicher Abschnitt, zum Beispiel ein erster zusätzlicher Phasenabschnitt 802, innerhalb des Inverters 610 angeordnet ist. Der erste zusätzliche Phasenabschnitt 802 umfasst die Gleichstromeingangsstufe 620 und die Wechselstromausgangsstufe 622, wobei die Wechselstromausgangsstufe 622 des ersten zusätzlichen Phasenabschnitts 802 dafür ausgestaltet ist, mit einer ersten Statorphasenwicklung 804 eines jeweiligen parallelen Elektromotors 604 zusätzlich zu dem ersten Elektromotor 602 gekoppelt zu werden.
Der erste zusätzliche Abschnitt 802 umfasst einen siebten Schalter 806 und einen achten Schalter 809, die zwischen positiven und negativen Stromsammelschienen 624 und 626 in Reihe geschaltet sind. Der erste zusätzliche Abschnitt 802 umfasst außerdem einen vierten Ausgangsknoten 810, der zwischen siebten und achten Schaltern 806 und 809 definiert ist. Ein vierter Ausgangsknoten 810 ist dafür ausgestaltet, mit der Erstphasen-Statorwicklung 804 des Motors 604 elektrisch verbunden zu werden und einen ersten Phasenstrom in diese einzuspeisen. Obgleich im vorliegenden Text als mit einer ersten Phasenwicklung koppelbar beschrieben, versteht es sich, dass der eine oder die mehreren zusätzlichen Abschnitte statt dessen auch dafür ausgestaltet sein können, mit der zweiten Phase oder den dritten Phasenwicklungsverbindungen der Motoren 604 ... 605 gekoppelt zu werden.
In der beispielhaften Ausführungsform ist ein zweiter Stromsensor 812 mit einem ersten zusätzlichen Abschnitt 802 an der Gleichstromeingangsstufe 620 gekoppelt. Der zweite Stromsensor 812 ist dafür ausgestaltet, einen ersten Statorphasenstrom des ersten zusätzlichen Phasenabschnitts 802 zu messen.
Die Treiberschaltung 800 stellt zwei gemeinsame Statorphasenströme (d. h. zweite und dritte Phasen) für alle Motoren 602, 604 ... 605 bereit. Der DSP 808 ist dafür ausgestaltet, erste Statorphasenströme des ersten Elektromotors 602 und eines zusätzlich parallel geschalteten Motors 604 zusätzlich zu dem ersten Motor 602 unabhängig zu steuern.
Das Hinzufügen eines zusätzlichen Phasenabschnitts für jeden zusätzlichen Motor, der mit der Treiberschaltung 800 gekoppelt ist, bietet einen zusätzlichen Freiheitsgrad pro Motor, was die Steuerungsfähigkeiten des DSP 808 signifikant erweitert. Zum Beispiel würde eine geringfügige Einstellung des ersten Phasenstroms zu einer Einstellung der Gesamtproduktion aller Motoren 602, 604 ... 605 führen, wodurch es einfacher wird, die Stabilität aufrecht zu erhalten. Im Fall eines Ungleichgewichts in einem der Motoren 602, 604 ... 605 kann der DSP 808 außerdem den ersten Phasenstrom innerhalb des ungleichgewichtigen Motors einzustellen. Des Weiteren können die ersten Phasenströme eventueller zusätzlicher Phasenabschnitte durch den DSP 808 erfasst und dafür verwendet werden, die Motoren 604 ... 605 auf einen korrekten Betrieb zu überwachen.
Für alle zusätzlichen Motor(en), die mit der Treiberschaltung 800 parallel geschaltet sind, wird dem Inverter 610 ein weiterer zusätzlicher Abschnitt hinzugefügt, dessen Ausgang mit der Erstphasen-Statorwicklung 804 des oder der zusätzlichen Motoren gekoppelt ist. Wenn zum Beispiel der n-te Motor 605 mit der Treiberschaltung 800 parallel geschaltet ist, so würde ein zweiter zusätzlicher Phasenabschnitt 814 in dem Inverter 610 bereitgestellt werden. Der zweite zusätzliche Phasenabschnitts 814 umfasst ähnliche Komponenten wie der erste zusätzliche Phasenabschnitt 802 und arbeitet im Wesentlichen in ähnlicher Weise wie dieser, so dass die Details hier nicht wiederholt werden. Außerdem ist ein dritter Stromsensor 816, der im Wesentlichen in ähnlicher Weise wie der zweite Stromsensor 812 funktioniert, mit dem zweiten zusätzlichen Phasenabschnitt 814 gekoppelt, um einen ersten Statorphasenstrom des zweiten zusätzlichen Phasenabschnitts 814 zu messen.
9 ist ein Schaubild einer beispielhaften Treiberschaltung 900 für mehrere parallele Elektromotoren, zum Beispiel einen ersten Motor 902 und einen zweiten Motor 904, bis zu einem n-ten Motor 905. Die Motoren 902, 904 ... 905 können PM-Motoren, Induktionsmotoren oder jeder Kombination davon sein. In bestimmten Ausführungsformen ist mindestens einer der Motoren 902, 904 ... 905 ein PM-Motor. Jeder der Motoren 902, 904 ... 905 umfasst einen Rotor (nicht gezeigt) und einen Stator, der Statorwicklungen 906 umfasst. Insbesondere sind die Motoren 902, 904 ... 905 mit der Treiberschaltung 900 parallel geschaltet. Die Treiberschaltung 900 umfasst einen DSP 908, einen Inverter 910 und mindestens zwei Stromsensoren 912.
In der beispielhaften Ausführungsform ist der Inverter 910 dafür ausgestaltet, mit mehreren parallelen Elektromotoren 902, 904 ... 905 gekoppelt zu werden und Dreiphasenstrom in sie einzuspeisen. Der Inverter 910 ist ein Dreiphasen-Spannungsquelleninverter, der dafür ausgestaltet ist, die Eingangsleistung 916 in dreiphasigen Strom zur Energiebeaufschlagung der Statorwicklungen 906 der parallelen Motoren 902, 904 ... 905 auf der Basis von Steuersignalen, die von dem DSP 908 empfangen werden, umzuwandeln. In der beispielhaften Ausführungsform ist mindestens einer der Motoren 902, 904 ... 905 ein PM-Motor, während die übrigen Motoren 902, 904 ... 905 PM-Motoren und/oder Induktionsmotoren umfassen können.
In der beispielhaften Ausführungsform umfasst der Inverter 910 einen ersten Phasenabschnitt 914, einen zweiten Phasenabschnitt 916 und einen dritten Phasenabschnitt 918. Die ersten, zweiten und dritten Phasenabschnitte 914, 916 und 918 umfassen eine Gleichstromeingangsstufe 920 und eine Wechselstromausgangsstufe 922. Die Gleichstromeingangsstufe 920 speist Eingangsleistung 116 in die ersten, zweiten und dritten Phasenabschnitte 914, 916 und 918 über eine positive Gleichstrom-Verbindungsschiene 924 und eine negative Gleichstrom-Verbindungsschiene 926 ein. Die Wechselstromausgangsstufe 922 ermöglicht das Ausgeben von Statorphasenströme von den ersten, zweiten und dritten Phasenabschnitten 914, 916 und 918 des Inverters 910 an die Statorwicklungen 906 der Motoren 902, 904 ... 905.
Genauer gesagt umfasst der erste Phasenabschnitt 914 einen ersten Schalter 928 und einen zweiten Schalter 930, die zwischen positiven und negativen Gleichstrom-Verbindungsschienen 924 und 926 in Reihe geschaltet sind. Ein erster Ausgangsknoten 927 ist zwischen ersten und zweiten Schaltern 928 und 930 definiert und ist dafür ausgestaltet, mit einer ersten Statorphasenwicklung 907 jedes Motors 902, 904 ... 905 elektrisch verbunden zu werden und einen ersten Statorphasenstrom in diese einzuspeisen.
Außerdem umfasst der zweite Phasenabschnitt 916 einen dritten Schalter 932 und einen vierten Schalter 934, die zwischen positiven und negativen Gleichstrom-Verbindungsschienen 924 und 926 in Reihe geschaltet sind. Ein zweiter Ausgangsknoten 935 ist zwischen dritten und vierten Schaltern 932 und 934 definiert und ist dafür ausgestaltet, mit einer zweiten Statorphasenwicklung 909 jedes der Motoren 902, 904 ... 905 elektrisch verbunden zu werden und einen zweiten Phasenstrom in diese einzuspeisen.
Des Weiteren umfasst der dritte Phasenabschnitt 918 einen fünften Schalter 936 und einen sechsten Schalter 938, die zwischen positiven und negativen Gleichstrom-Verbindungsschienen 924 und 926 in Reihe geschaltet sind. Ein dritter Ausgangsknoten 939 ist zwischen fünften und sechsten Schaltern 936 und 938 definiert und ist dafür ausgestaltet, mit einer dritten Statorphasenwicklung 911 jedes der Motoren 902, 904 ... 905 elektrisch verbunden zu werden und einen dritten Phasenstrom in diese einzuspeisen.
In der beispielhaften Ausführungsform sind mindestens zwei Stromsensoren 912 mit dem Inverter 910 gekoppelt und dafür ausgestaltet, Statorphasenströme zu messen, die durch den Inverter 910 ausgegeben werden, um die mehreren parallelen Elektromotoren 902, 904 ... 905 anzutreiben. Genauer gesagt sind die mindestens zwei Stromsensoren 912 jeweils mit den zwei Phasenabschnitten des ersten, zweiten und dritten Phasenabschnitte 914, 916 und 918 gekoppelt. Zum Beispiel können die mindestens zwei Stromsensoren 912 einen ersten Stromsensor 942 umfassen, der mit dem ersten Phasenabschnitt 914 gekoppelt ist, und einen zweiten Stromsensor 944, der mit dem zweiten Phasenabschnitt 916 gekoppelt ist. Jedoch ist diese Orientierung nur zu beispielhaften Zwecken beschrieben, und es versteht sich, dass die ersten und zweiten Stromsensoren 942 und 944 in jeder Orientierung mit jedem der ersten, zweiten und dritten Phasenabschnitte 914, 916 und 918 gekoppelt werden können. Der erste Stromsensor 942 ist zwischen der Wechselstromausgangsstufe 922 des ersten Phasenabschnitts 914 und den gemeinsam gekoppelten ersten Statorphasenwicklungen 907 der Motoren 902, 904 ... 905 gekoppelt. Der erste Stromsensor 942 ist dafür ausgestaltet, einen Statorphasenstrom für den ersten Phasenabschnitt 914 zu messen. Der Statorphasenstrom für den ersten Phasenabschnitt 914 repräsentiert eine Summe erster Phasenströme für jeden der mehreren parallelen Elektromotoren 902, 904 ... 905.
Außerdem ist der zweite Stromsensor 944 zwischen der Wechselstromausgangsstufe 922 des zweiten Phasenabschnitts 916 und den gemeinsam gekoppelten zweiten Statorphasenwicklungen 909 der Motoren 902, 904 ... 905 gekoppelt. Der zweite Stromsensor 944 ist dafür ausgestaltet, einen Statorphasenstrom für den zweiten Phasenabschnitt 916 zu messen. Der Statorphasenstrom für den zweiten Phasenabschnitt 916 repräsentiert eine Summe zweiter Phasenströme für jeden der mehreren parallelen Elektromotoren 902, 904 ... 905.
Der DSP 908 empfängt die Statorphasenströme für den ersten Phasenabschnitt 914 und den zweiten Phasenabschnitt 916 von ersten und zweiten Stromsensoren 942 bzw. 944. Da die Motoren 902, 904 ... 905 synchron sind, kann der DSP 908 einen Statorphasenstrom für den dritten Phasenabschnitt 918 auf der Basis der Statorphasenströme schätzen, die von ersten und zweiten Stromsensoren 942 und 944 empfangen werden. Der DSP 908 ist des Weiteren dafür ausgestaltet, die Statorphasenströme für jeden der ersten, zweiten und dritten Phasenabschnitte 914, 916 und 918 durch eine Gesamtzahl der mehreren parallelen Elektromotoren 902, 904 ... 905 zu teilen, um durchschnittliche Statorphasenströme in jedem der mehreren parallelen Elektromotoren 902, 904 ... 905 zu bestimmen. Auf der Basis der durchschnittlichen Statorphasenströme generiert der DSP 908 mindestens ein PWM-Signal zum Steuern des Inverters 910.
Außerdem umfassen die mindestens zwei Stromsensoren 912 in einer Ausführungsform des Weiteren einen dritten Stromsensor 946, der zwischen der Wechselstromausgangsstufe 922 des dritten Phasenabschnitts 918 und den gemeinsam gekoppelten dritten Statorphasenwicklungen 911 der Motoren 902, 904 ... 905 gekoppelt ist. Der dritte Stromsensor 946 ist dafür ausgestaltet, einen Statorphasenstrom für den dritten Phasenabschnitt 918 zu messen. Der Statorphasenstrom für den dritten Phasenabschnitt 918 repräsentiert eine Summe dritter Phasenströme für jeden der mehreren parallelen Elektromotoren 902, 904 ... 905.
10 ist ein Schaubild einer beispielhaften Treiberschaltung 1000 für mehrere parallele Elektromotoren, zum Beispiel einen ersten Motor 1002 und einen zweiten Motor 1004, bis zu einem n-ten Motor 1005. Die Motoren 1002, 1004 ... 1005 können PM-Motoren, Induktionsmotoren oder jeder Kombination davon sein. In bestimmten Ausführungsformen ist mindestens einer der parallelen Motoren 1002, 1004 ... 1005 ein Permanentmagnet (PM)-Motor. Jeder der Motoren 1002, 1004 ... 1005 umfasst einen Rotor (nicht gezeigt) und einen Stator, der Statorwicklungen 1006 umfasst. Insbesondere sind die Motoren 1002, 1004 ... 1005 mit der Treiberschaltung 1000 parallel geschaltet. Die Treiberschaltung 1000 umfasst einen DSP 1008, einen Inverter 1010 und mindestens einen Stromsensor 1012.
In der beispielhaften Ausführungsform ist der Inverter 1010 dafür ausgestaltet, mit mehreren parallelen Elektromotoren 1002, 1004 ... 1005 gekoppelt zu werden und Dreiphasenstrom in diese einzuspeisen. Der Inverter 1010 ist ein Dreiphasen-Spannungsquelleninverter, der dafür ausgestaltet ist, Eingangsleistung 1016 in dreiphasigen Strom zur Energiebeaufschlagung der Statorwicklungen 1006 der parallelen Motoren 1002, 1004 ... 1005 auf der Basis von Steuersignalen, die von dem DSP 608 empfangen werden, umzuwandeln. In der beispielhaften Ausführungsform ist mindestens einer der Motoren 1002, 1004 ... 1005 ein PM-Motor, während die übrigen Motoren 1002, 1004 ... 1005 PM-Motoren und/oder Induktionsmotoren umfassen können.
In der beispielhaften Ausführungsform umfasst der Inverter 1010 einen ersten Phasenabschnitt 1014, einen zweiten Phasenabschnitt 1016 und einen dritten Phasenabschnitt 1018. Die ersten, zweiten und dritten Phasenabschnitte 1014, 1016 und 1018 umfassen eine Gleichstromeingangsstufe 1020 und eine Wechselstromausgangsstufe 1022. Die Gleichstromeingangsstufe 1020 speist Eingangsleistung 116 in die ersten, zweiten und dritten Phasenabschnitte 1014, 1016 und 1018 über eine positive Gleichstrom-Verbindungsschiene 1024 und eine negative Gleichstrom-Verbindungsschiene 1026 ein. Die Wechselstromausgangsstufe 1022 ermöglicht das Ausgeben von Statorphasenströmen von den ersten, zweiten und dritten Phasenabschnitten 1014, 1016 und 1018 des Inverters 1010 an die Statorwicklungen 1006 der Motoren 1002, 1004 ... 1005.
Insbesondere umfasst der erste Phasenabschnitt 1014 einen ersten Schalter 1028 und einen zweiten Schalter 1030, die zwischen positiven und negativen Gleichstrom-Verbindungsschienen 1024 und 1026 in Reihe geschaltet sind. Ein erster Ausgangsknoten 1027 ist zwischen ersten und zweiten Schaltern 1028 und 1030 definiert und ist dafür ausgestaltet, mit einer Erstphasen-Statorwicklung 1006 jedes Motors 1002, 1004 ... 1005 elektrisch verbunden zu werden und einen ersten Statorphasenstrom in diese einzuspeisen.
Außerdem umfasst der zweite Phasenabschnitt 1016 einen dritten Schalter 1032 und einen vierten Schalter 1034, die zwischen positiven und negativen Gleichstrom-Verbindungsschienen 1024 und 1026 in Reihe geschaltet sind. Ein zweiter Ausgangsknoten 1035 ist zwischen dritten und vierten Schaltern 1032 und 1034 definiert und ist dafür ausgestaltet, mit einer Zweitphasen-Statorwicklung 1006 jedes der Motoren 1002, 1004 ... 1005 elektrisch verbunden zu werden und einen zweiten Phasenstrom in diese einzuspeisen.
Des Weiteren umfasst der dritte Phasenabschnitt 1018 einen fünften Schalter 1036 und einen sechsten Schalter 1038, die zwischen positiven und negativen Gleichstrom-Verbindungsschienen 1024 und 1026 in Reihe geschaltet sind. Ein dritter Ausgangsknoten 1039 ist zwischen fünften und sechsten Schaltern 1036 und 1038 definiert und ist dafür ausgestaltet, mit einer dreiphasigen Statorwicklung 1006 jedes der Motoren 1002, 1004 ... 1005 elektrisch verbunden zu werden und einen dritten Phasenstrom in diese einzuspeisen.
In der beispielhaften Ausführungsform umfasst die Treiberschaltung 1000 einen unabhängigen Stromsensor 1012, der mit mindestens einem Phasenabschnittsausgang jedes parallel geschalteten Motors 1002, 1004 ... 1005 in Reihe geschaltet ist. Zum Beispiel umfasst die Treiberschaltung 1000 für den Motor 1002 einen Stromsensor 1012 zum Messen von Strom mindestens einer Phase des Motors 1002. Insbesondere ist der Stromsensor 1012 in der beispielhaften Ausführungsform zwischen dem ersten Ausgangsknoten 1027 und der ersten Phasenstatorwicklung 1007 des Motors 1002 gekoppelt. Zusätzlich oder alternativ umfasst die Treiberschaltung 1000 einen zusätzlichen Stromsensor 1012, der zwischen dem zweiten Ausgangsknoten 1035 und der zweiten Phasenstatorwicklung 1009 des Motors 1002 gekoppelt ist. Zusätzlich oder alternativ umfasst die Treiberschaltung 1000 des Weiteren einen dritten Stromsensor 1012, der zwischen dem dritten Ausgangsknoten 1039 und der dritten Phasenstatorwicklung 1011 des Motors 1002 gekoppelt ist.
Des Weiteren umfasst die Treiberschaltung 1000 in der beispielhaften Ausführungsform für den Motor 1004 einen Stromsensor 1012 zum Messen von Strom mindestens einer Phase des Motors 1004. Insbesondere ist der Stromsensor 1012 in der beispielhaften Ausführungsform zwischen dem ersten Ausgangsknoten 1027 und der ersten Phasenstatorwicklung 1007 des Motors 1004 gekoppelt. Zusätzlich oder alternativ umfasst die Treiberschaltung 1000 einen zusätzlichen Stromsensor 1012, der zwischen dem zweiten Ausgangsknoten 1035 und der zweiten Phasenstatorwicklung 1009 des Motors 1004 gekoppelt ist. Zusätzlich oder alternativ umfasst die Treiberschaltung 1000 des Weiteren einen dritten Stromsensor 1012, der zwischen dem dritten Ausgangsknoten 1039 und der dritten Phasenstatorwicklung 1011 des Motors 1004 gekoppelt ist.
In den Ausführungsformen, in denen nur ein einziger Stromsensor 1012 für jeden der Motoren 1002 und 1004 verwendet wird, werden ein oder mehrere Stromrekonstruktionsalgorithmen durch den DSP 1008 implementiert, um die anderen zwei Phasenströme für jeden der Motoren 1002 und 1004 zu rekonstruieren. Wo zwei Stromsensoren 1012 für jeden der Motoren 1002 und 1004 verwendet werden, da die Motoren synchron sind, kann der DSP 1008 die dritten Phasenströme für die Motoren 1002 und 1004 auf der Basis der zwei gemessenen Statorphasenströme schätzen. Und schließlich wird, wenn Stromsensoren 1012 an alle drei Phasen jedes Motors 1002 und 1004 verwendet werden, jeder Statorphasenstrom für jeden Motor 1002 und 1004 gemessen, und dementsprechend braucht der DSP 1008 keine Phasenstromschätzung oder -berechnung und/oder Stromrekonstruktion auszuführen.
Das Ausführen einer unabhängigen Stromdetektion an einer oder mehreren Phasen jedes parallelen Motors erlaubt dem DSP 1008 eine bessere Kontrolle über die Motoren 1002, 1004 ... 1005. Zum Beispiel können Phasenwinkel zwischen Phasenströmen selektiv justiert werden, um einen synchronen Betrieb der Motoren zu erreichen. Des Weiteren können gemessene Statorströme miteinander verglichen werden, um einen einwandfreien Motorbetrieb zu bestätigen.
11 ist ein Schaubild einer beispielhaften Treiberschaltung 1100 für einen ersten Motor 1102 parallel mit einem Induktionsmotor 1104. In der beispielhaften Ausführungsform kann der erste Motor 1102 entweder ein PM-Motor oder ein Induktionsmotor sein. Die Treiberschaltung 1100 umfasst einen DSP 1106, der mit einem Inverter 1108 und Relais R1 und R2 gekoppelt ist und dafür ausgestaltet ist, diese zu steuern. In einigen Ausführungsformen können die Zustände der Relais R1 und R2 durch eine System-Steuereinheit befohlen werden, die auch ein Befehlssignal an den DSP 1106 sendet. In anderen Ausführungsformen kann die Steuerung der Relais R1 und R2 zwischen dem DSP 1106 und der System-Steuereinheit aufgeteilt werden.
Der DSP 1106 bestimmt auf der Basis einer detektierten Last 1112 an den Motoren, wie der erste Motor 1102 und der Induktionsmotor 1104 zu betreiben sind. Der DSP 1106 kann in bestimmten Ausführungsformen die Last 1112 auf der Basis von Messungen außerhalb der Treiberschaltung 1100 quantifizieren, wie zum Beispiel der Umgebungslufttemperatur in einem HVAC-System. In alternativen Ausführungsformen kann der DSP 1106 die Last 1112 auf der Basis der an den ersten Motor 1102 und den Induktionsmotor 1104 ausgegebenen Leistung quantifizieren, wie zum Beispiel durch Überwachen von Strom, der in den ersten Motor 1102 und den Induktionsmotor 1104 eingespeist wird.
Die Treiberschaltung 1100 ermöglicht den Betrieb des ersten Motors 1102 und des Induktionsmotors 1104 in einem von zwei Modi, und ermöglicht des Weiteren den Wechsel zwischen diesen Modi. In der beispielhaften Ausführungsform ist der erste Motor 1102 mit dem Inverter 1108 gekoppelt und wird unter Verwendung einer variablen Geschwindigkeit durch den Inverter 1108 angesteuert, oder kann durch die Stromquelle angetrieben werden, wenn der Inverter im Aus-Zustand ist. Der Induktionsmotor 1104 kann parallel mit dem ersten Motor 1102 durch den Inverter 1108 oder direkt über eine Dreiphasenwechselstrom-Leitungsfrequenzenergie 1114 angetrieben werden, die zum Beispiel durch einen dreiphasigen Generator oder durch ein Stromnetz bereitgestellt werden kann. Das Betreiben des Induktionsmotors 1104 direkt über die Dreiphasenwechselstrom-Leitungsfrequenzenergie 1114 ermöglicht die größte Ausgangsleistung aus dem Induktionsmotor 1104 und wird durch den DSP 1106 unter Volllast ausgewählt, wenn zum Beispiel die Last 1112 am größten ist. Das Betreiben des Induktionsmotors 1104 durch den Inverter 1108 ermöglicht es dem Induktionsmotor 1104, mit einem niedrigeren Abtriebsdrehmoment zu arbeiten, um Teillasten zu realisieren.
Der DSP 1106 veranlasst den Inverter 1108, den ersten Motor 1102 so zu betreiben, wie oben mit Bezug auf die in 3 gezeigte Treiberschaltung 300 beschrieben. Genauer gesagt verwendet der DSP 1106 in der beispielhaften Ausführungsform eine Vektorsteuerung, wie zum Beispiel einen in 3 gezeigten Vektorsteuerungsalgorithmus 322, oder das in 5 gezeigte Verfahrens 500, zum Berechnen eines komplexen Befehlsspannungsvektors, der die Basis für ein PWM-Signal 1116 ist, das an den Inverter 1108 gesendet wird, um den Inverter 1108 zu steuern. In anderen Ausführungsformen kann der DSP 1106 eine skalare Steuerung für den Induktionsmotor 1104 verwenden, oder eine sonstige bekannte Technik, die gemeinhin zum Variieren der Geschwindigkeit von Induktionsmotoren verwendet wird. Der Inverter 1108 wandelt auf der Basis des PWM-Signals 1116 eine Wechselstromeingangsleistung 1118 in eine dreiphasige Ausgangsleistung 1120 um, die in die Statorwicklungen (nicht gezeigt) des ersten Motors 1102 eingespeist wird. In bestimmten Ausführungsformen kann die Treiberschaltung 1100 einen oder mehrere zusätzliche PM- oder Induktionsmotoren parallel mit dem ersten Motor 1102 und unter Verwendung des DSP 1106 und des Inverters 1108 betreiben. In solchen Ausführungsformen, in denen Motoren parallel mit einem PM-Motor arbeiten, wie oben mit Bezug auf die Treiberschaltung 300 beschrieben, bestimmt der DSP 1106, welcher der parallelen PM-Motoren das größte Abtriebsdrehmoment generiert, und wählt diesen PM-Motor als den Ziel-PM-Motor aus, an dem die Vektorsteuerung arbeitet. Der DSP 1106 veranlasst dann den Inverter 1108, jeden der parallelen PM-Motoren unter Verwendung desselben komplexen Befehlsspannungsvektors und des entsprechenden PWM-Signals zu betreiben.
Der DSP 1106 steuert die Konfiguration der Relais R1 und R2, um einen Betriebsmodus des ersten Motors 1102 und des Induktionsmotors 1104 auszuwählen. Die Relais R1 und R2 können jegliche geeigneten Leistungsschaltvorrichtungen sein, die dafür geeignet sind, Wechselstromquellen, wie zum Beispiel die Dreiphasenwechselstrom-Leitungsfrequenzenergie 1114 oder der Inverter 1108, mit dem ersten Motor 1102 und dem Induktionsmotor 1104 zu koppeln oder von ihnen zu trennen.
Der DSP 1106 betreibt den ersten Motor 1102 und den Induktionsmotor 1104 parallel durch Schließen des Relais R2 und Öffnen des Relais R1. Das Relais R1 trennt den Inverter 1108, den ersten Motor 1102 und den Induktionsmotor 1104 von der Dreiphasenwechselstrom-Leitungsfrequenzenergie 1114. Das Relais R2 koppelt den Induktionsmotor 1104 mit der dreiphasigen Ausgangsleistung 1120, die durch den Inverter 1108 erzeugt wird.
Der DSP 1106 betreibt den Induktionsmotor 1104 direkt über die Dreiphasenwechselstrom-Leitungsfrequenzenergie 1114 durch Öffnen des Relais R2 und Schließen des Relais R1. Das Relais R2 trennt den Inverter 1108 und den ersten Motor 1102 von der Dreiphasenwechselstrom-Leitungsfrequenzenergie 1114. Das Relais R1 koppelt den Induktionsmotor 1104 direkt mit der Dreiphasenwechselstrom-Leitungsfrequenzenergie 1114.
In einer alternativen Ausführungsform ist der erste Motor 1102 ein Induktionsmotor. Die Treiberschaltung 1100 kann des Weiteren ein dritten Relais (nicht gezeigt) umfassen, das mit einem Ausgang des Inverters 1108 gekoppelt ist. In dieser Ausführungsform ermöglicht die Treiberschaltung 1100 das Betreiben des ersten Motors 1102 und des Induktionsmotors 1104 in einem dritten Modus, in dem der erste Motor 1102 und der Induktionsmotor 1104 beide direkt über die Dreiphasenwechselstrom-Leitungsfrequenzenergie 1114 gekoppelt sind.
Der DSP 1106 betreibt den ersten (Induktions-) Motor 1102 und den Induktionsmotor 1104 direkt über die Dreiphasenwechselstrom-Leitungsfrequenzenergie 1114 durch Öffnen des dritten Relais und Schließen der Relais R1 und R2. Die Relais R1 und R2 koppeln den ersten Motor 1102 und den Induktionsmotor 1104 direkt mit der Dreiphasenwechselstrom-Leitungsfrequenzenergie 1114. Das dritte Relais trennt den Inverter zu Schutzzwecken 1108 von der Dreiphasenwechselstrom-Leitungsfrequenzenergie 1114. Es versteht sich, dass in Ausführungsformen, in denen der erste Motor 1102 ein PM-Motor ist, er immer mit dem Inverter 1108 gekoppelt ist und durch diesen betrieben wird. Dementsprechend ist das dritte Relais nicht notwendig, wenn der erste Motor 1102 ein PM-Motor ist. Es versteht sich außerdem, dass das dritte Relais kein notwendiges Element der Implementierung ist, da das Halten der leistungselektronischen Schalter des Inverters im AUS-Zustand eine ähnliche Funktionalität erreichen würde.
12 ist ein Schaubild einer beispielhaften Treiberschaltung 1200 für einen ersten Induktionsmotor 1202 parallel mit einem zweiten Induktionsmotor 1204. Die Treiberschaltung 1200 umfasst einen DSP 1206, der mit einem Inverter 1208 und mit Relais R1 und R2 gekoppelt ist und dafür ausgestaltet ist, diese zu steuern. In einigen Ausführungsformen können die Zustände der Relais R1 und R2 durch eine System-Steuereinheit befohlen werden, die auch ein Befehlssignal an den DSP 1106 sendet. In anderen Ausführungsformen kann die Steuerung der Relais R1 und R2 zwischen dem DSP 1106 und der System-Steuereinheit aufgeteilt werden.
Der DSP 1206 bestimmt auf der Basis einer detektierten Last 1212 an den Motoren, wie der erste Induktionsmotor 1202 und der zweite Induktionsmotor 1204 zu betreiben sind. Der DSP 1206 kann in bestimmten Ausführungsformen die Last 1212 auf der Basis von Messungen außerhalb der Treiberschaltung 1200 quantifizieren, wie zum Beispiel der Umgebungslufttemperatur in einem HVAC-System. In alternativen Ausführungsformen kann der DSP 1206 die Last 1212 auf der Basis von Energie quantifizieren, die an den ersten Induktionsmotor 1202 und den zweiten Induktionsmotor 1204 ausgegeben wird, wie zum Beispiel durch Überwachen von Strom, der in den ersten Induktionsmotor 1202 und den zweiten Induktionsmotor 1204 eingespeist wird.
Die Treiberschaltung 1200 ermöglicht den Betrieb des ersten Induktionsmotors 1202 und des Induktionsmotors 1204 in einem von zwei Modi, und ermöglicht des Weiteren den Wechsel zwischen diesen Modi. Der erste Induktionsmotor 1202 und der zweite Induktionsmotor 1204 können parallel unter Verwendung einer variablen Geschwindigkeit durch den Inverter 1208 oder direkt über eine Dreiphasenwechselstrom-Leitungsfrequenzenergie 1214 angetrieben werden, die zum Beispiel durch einen dreiphasigen Generator oder durch ein Stromnetz bereitgestellt werden kann.
Der DSP 1206 veranlasst den Inverter 1208, den ersten Induktionsmotor 1202 unter Verwendung entweder einer Vektorsteuerung oder einer skalaren Steuerung zu betreiben. Der DSP 1206 steuert die Konfiguration der Relais R1 und R2, um einen Betriebsmodus des ersten Induktionsmotors 1202 und des zweiten Induktionsmotors 1204 auszuwählen. Die Relais R1 und R2 können jegliche geeigneten Leistungsschaltvorrichtungen sein, die dafür geeignet sind, Wechselstromquellen, wie zum Beispiel die Dreiphasenwechselstrom-Leitungsfrequenzenergie 1214 oder der Inverter 1208, mit dem ersten Induktionsmotor 1202 und dem zweiten Induktionsmotor 1204 zu koppeln oder von ihnen zu trennen.
Der DSP 1206 betreibt den ersten Induktionsmotor 1202 und den zweiten Induktionsmotor 1204 parallel durch Schließen des Relais R2 und Öffnen des Relais R1. Das Relais R1, wenn es geöffnet wird, trennt den Inverter 1208, den ersten Induktionsmotor 1202 und den zweiten Induktionsmotor 1204 von der Dreiphasenwechselstrom-Leitungsfrequenzenergie 1214. Das Schließen des Relais R2 koppelt die dreiphasige Ausgangsleistung 1220, die durch den Inverter 1208 erzeugt wird, sowohl mit dem ersten Induktionsmotor 1202 als auch dem zweiten Induktionsmotor 1204.
Der DSP 1206 betreibt den ersten Induktionsmotor 1202 und den zweiten Induktionsmotor 1204 direkt über die Dreiphasenwechselstrom-Leitungsfrequenzenergie 1214 durch Öffnen des Relais R2 und Schließen des Relais R1. Das Öffnen des Relais R2 trennt den Inverter 1208 von der Dreiphasenwechselstrom-Leitungsfrequenzenergie 1214. Das Schließen des Relais R1 koppelt den ersten Induktionsmotor 1202 und den zweiten Induktionsmotor 1204 direkt mit der Dreiphasenwechselstrom-Leitungsfrequenzenergie 1214.
In bestimmten Ausführungsformen kann die Treiberschaltung 1200 einen oder mehrere zusätzliche Induktionsmotoren parallel mit dem ersten Induktionsmotor 1202 und dem zweiten Induktionsmotor 1204 und unter Verwendung des DSP 1206 und des Inverters 1208 betreiben.
13 ist ein Flussdiagramm, das ein Fluidströmungssteuerungsverfahren 1300 zum Steuern einer Treiberschaltung veranschaulicht, die einen oder mehrere Motoren aufweist, die parallel geschaltet sind. 14 ist ein Schaubild einer beispielhaften Treiberschaltung für einen parallel geschalteten ersten Motor, einen Induktionsmotor, einen dritten Motor und einen vierten Motor. Das Verfahren 1300 kann dafür verwendet werden, die Treiberschaltung 1100 (in 11 gezeigt), die Treiberschaltung 1200 (in 12 gezeigt) oder die Treiberschaltung 1400 zu steuern. Jedoch wird das Verfahren 1300 im vorliegenden Text nur anhand der Treiberschaltung 1400 von 14 beschrieben.
Das Verfahren 1300 wird im vorliegenden Text im Zusammenhang mit der Steuerung eines viermotorigen Kühlaggregats beschrieben. Obgleich ein viermotoriges Kühlaggregat beschrieben wird, versteht es sich, dass die Anzahl der Motoren nach Bedarf skaliert oder erweitert werden kann, um in anderen Anwendungen verwendet zu werden.
In der beispielhaften Ausführungsform ermöglicht das Verfahren 1300 das Steuern von zwei oder mehr parallel geschalteten Motoren, wie zum Beispiel des ersten Motors 1402 und des Induktionsmotors 1404, eines dritten Motors 1405 und eines vierten Motors 1407 in verschiedenen Betriebsmodi unter Verwendung von Kombinationen der Verwendung eines einzelnen Inverters 1408 und von Wechselstrom-Leitungsfrequenzenergie 1414 für mehr Ausgangsleistung. Die dritten und vierten Motoren 1405 und 1407 sind parallel geschaltet und können selektiv über die Wechselstrom-Leitungsfrequenzenergie 1114 unter Verwendung eines zusätzlichen Relais R3 gekoppelt werden.
Das Verfahren 1300 ermöglicht das Betreiben der Motoren in verschiedenen Betriebszuständen, einschließlich des Betreibens eines oder mehrerer Motoren unter Verwendung des Inverters, des Betreibens einer Kombination der Motoren über Leitungsenergie und anderes unter Verwendung des Inverters, und des Betreibens aller Motoren über Leitungsenergie. Das Verfahren 1300 ermöglicht die Verwendung eines einzelnen Inverters zum Antreiben von zwei oder mehr der Motoren, wodurch es nicht mehr erforderlich ist, Treiberschaltungen kaufen zu müssen, die für Volllast ausgelegt sind, die teurer sind, oder Antriebe, die für Motoren mit geringerer Effizienz ausgelegt sind, und/oder Antriebe, die weitere Abstimmungen beim Kunden und eine spezialisierte Installation erfordern, und ermöglicht das Betreiben eines oder mehrerer zusätzlicher Motoren unter Verwendung von Leitungsstrom.
In der beispielhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren 1300 das Empfangen 1310, durch den DSP 1406, eines Bedarfssignals, das einen Befehl für die Motorabtriebsleistungen anzeigt. Dieser Bedarf könnte die Form eines Drehmomentbedarfs, eines Drehzahlbedarfs oder eines Fluidströmungsbedarfs annehmen. Das Bedarfssignal kann von der System-Steuereinheit, einem Thermostaten, einer Nutzereingabe oder dergleichen empfangen werden.
Auf der Basis des Bedarfssignals bestimmt der DSP 1406 1320 einen Betriebszustand von mehreren vorgegebenen Betriebszuständen, in dem die Treiberschaltung 1400 zu betreiben ist, um die befohlene Ausgangsleistung zu generieren. Jeder Betriebszustand spezifiziert, welche der vier Motoren aktiviert werden, und welche von denen, die aktiviert wurden, unter Verwendung des Inverters 1408 betrieben werden und welche direkt mit der Wechselstrom-Leitungsfrequenzenergie 1414 verbunden sind.
Zum Beispiel wird in einem ersten Betriebszustand, der mit einem ersten, oder niedrigsten, Bedarf verknüpft ist, nur der erste Motor 1402 betrieben, und wird unter Verwendung des Inverters 1408 betrieben. Dies ermöglicht das Betreiben des ersten Motors 1402 mit einer gewünschten Geschwindigkeit, die kleiner als die volle Geschwindigkeit des ersten Motors 1402 ist, um eine ersten Betrag an Fluidströmung zu generieren.
In einem zweiten Betriebszustand, der mit einem zweiten Bedarf verknüpft ist, der höher ist als der erste Bedarf, werden der erste Motor 1402 und der Induktionsmotor 1404 beide unter Verwendung des Inverters 1408 betrieben. Das Betreiben des ersten Motors 1402 und des Induktionsmotors 1404 parallel mit weniger als der vollen Geschwindigkeit ermöglicht das Generieren eines zweiten Betrages an Fluidströmung, der höher ist als der erste Betrag an Fluidströmung des ersten Betriebszustands.
In einem dritten Betriebszustand, der mit einem dritten Bedarf verknüpft ist, der höher ist als der zweiten Bedarf, wird der erste Motor 1402 unter Verwendung des Inverters 1408 betrieben, und der Induktionsmotor 1404 wird direkt über die Wechselstrom-Leitungsfrequenzenergie 1414 betrieben. Das Betreiben des ersten Motors 1402 bei weniger als der vollen Geschwindigkeit und des Induktionsmotor 1404 bei voller Geschwindigkeit ermöglicht das Generieren eines dritten Betrages an Fluidströmung, der höher ist als der zweite Betrag an Fluidströmung des zweiten Betriebszustands.
In einem vierten Betriebszustand, der mit einem vierten Bedarf verknüpft ist, der höher ist als der dritte Bedarf, werden der erste Motor 1402 und der Induktionsmotor 1404 unter Verwendung des Inverters 1408 betrieben, und der dritte Motor 1405 wird direkt über die Wechselstrom-Leitungsfrequenzenergie 1414 betrieben. Das Betreiben des ersten Motors 1402 und des Induktionsmotors 1404 bei weniger als der vollen Geschwindigkeit und des dritten Motors 1405 bei voller Geschwindigkeit ermöglicht das Generieren eines vierten Betrages an Fluidströmung, der höher ist als der dritte Betrag an Fluidströmung des dritten Betriebszustands.
In einem fünften Betriebszustand, der mit einem fünften Bedarf verknüpft ist, der höher ist als der vierte Bedarf, wird der erste Motor 1402 unter Verwendung des Inverters 1408 betrieben, und der Induktionsmotor 1404 und der dritte Motor 1405 werden direkt über die Wechselstrom-Leitungsfrequenzenergie 1414 betrieben. Das Betreiben des ersten Motors 1402 bei weniger als der vollen Geschwindigkeit in Kombination mit dem Induktionsmotor 1404 und des dritten Motors 1405 bei voller Geschwindigkeit ermöglicht das Generieren eines fünften Betrages an Fluidströmung, der höher ist als der vierte Betrag an Fluidströmung des vierten Betriebszustands.
In einem sechsten Betriebszustand, der mit einem sechsten Bedarf verknüpft ist, der höher ist als der fünfte Bedarf, wird der erste Motor 1402 unter Verwendung des Inverters 1408 betrieben, und der Induktionsmotor 1404, der dritte Motor 1405 und der vierte Motor 1407 werden direkt über die Wechselstrom-Leitungsfrequenzenergie 1414 betrieben. Das Betreiben des ersten Motors 1402 bei weniger als der vollen Geschwindigkeit in Kombination mit dem Induktionsmotor 1404, dem dritten Motor 1405 und dem vierten Motor 1407 bei voller Geschwindigkeit ermöglicht das Generieren eines sechsten Betrages an Fluidströmung, der höher ist als der fünfte Betrag an Fluidströmung des fünften Betriebszustands.
In einem siebten Betriebszustand, der mit einem siebten, oder höchsten, Bedarf verknüpft ist, der höher ist als der sechste Bedarf, werden der erste Motor 1402, der Induktionsmotor 1404, der dritte Motor 1405 und der vierte Motor 1407 alle direkt über die Wechselstrom-Leitungsfrequenzenergie 1414 betrieben. Das Betreiben sowohl des ersten Motors 1402, des Induktionsmotors 1404, des dritten Motors 1405 als auch des vierten Motors 1407 bei voller Geschwindigkeit ermöglicht das Generieren eines siebten Betrages an Fluidströmung, der höher ist als der sechste Betrag an Fluidströmung des sechsten Betriebszustands.
Zum Anwenden des bestimmten Betriebszustands auf die Motoren werden eines oder mehrere der Relais aktiviert, oder geschlossen, um einen oder mehrere der Motoren entweder mit dem Inverter 1408 oder mit der Wechselstrom-Leitungsfrequenzenergie 1414 zu koppeln, so wie es durch den bestimmten Betriebszustand definiert wird. In der beispielhaften Ausführungsform werden die Relais entweder durch den DSP 1406 oder eine externe System-Steuereinheit gesteuert.
Auf der Basis des empfangenen Fluidströmung-Bedarfssignals stellt 1340 der DSP 1406 das Betreiben des Inverters 1408 ein, um eine dreiphasige Spannung an den ersten Motor 1402 und - in einigen Betriebszuständen - an den Induktionsmotor 1404 auszugeben, um den befohlenen Betrag an Fluidströmung zu generieren.
Die im vorliegenden Text beschriebenen Verfahren und Systeme können unter Verwendung von Computerprogrammierung oder Ingenieurstechniken implementiert werden, einschließlich Computersoftware, -firmware, -hardware oder jeder Kombination oder Teilmenge davon, wobei der technische Effekt mindestens eines von Folgendem umfassen kann: (a) Ermöglichen des Betriebes paralleler Induktions- oder PM-Motoren mit einem einzelnen Inverter oder einer einzelnen Treibervorrichtung; (b) Verbesserung der Betriebseffizienz paralleler Motoren durch die Verwendung von PM-Motoren; (c) Reduzieren der Komplexität von Treiberschaltungen für parallele Induktions- oder PM-Motoren; (d) Reduzierung der Kosten paralleler Induktions- oder PM-Motoranwendungen; und (e) Reduzierung der Konfigurations- und Installationskomplexität paralleler Motoranwendungen.
Einige Ausführungsformen umfassen die Verwendung einer oder mehrerer elektronischer oder Computervorrichtungen. Solche Vorrichtungen umfassen in der Regel einen Prozessor, eine Verarbeitungsvorrichtung oder einen Controller, wie zum Beispiel eine zentrale Allzweck-Verarbeitungseinheit (CPU), eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU), einen Mikrocontroller, einen Reduced Instruction Set Computer (RISC)-Prozessor, einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), einen programmierbaren Logik-Schaltkreis (PLC), ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA), eine Digitalsignalverarbeitungs (DSP)-Vorrichtung und/oder ein sonstiger Schaltkreis oder eine sonstige Verarbeitungsvorrichtung, die in der Lage ist, die im vorliegenden Text beschriebenen Funktionen auszuführen. Die im vorliegenden Text beschriebenen Verfahren können als ausführbare Instruktionen codiert werden, die in einem computerlesbaren Medium verkörpert sind, einschließlich beispielsweise einer Massenspeichervorrichtung und/oder einer Arbeitsspeichervorrichtung. Solche Instruktionen, wenn sie durch eine Verarbeitungsvorrichtung ausgeführt werden, veranlassen die Verarbeitungsvorrichtung, mindestens einen Teil der im vorliegenden Text beschriebenen Verfahren auszuführen. Die obigen Beispiele sind nur beispielhaft und sind somit nicht dafür gedacht, die Definition und/oder Bedeutung der Begriffe Prozessor, Verarbeitungsvorrichtung und Steuereinheit in irgend einer Weise einzuschränken.
In den im vorliegenden Text beschriebenen Ausführungsformen kann zu Speicher beispielsweise gehören: ein computerlesbares Medium, wie zum Beispiel ein Direktzugriffsspeicher (RAM), und ein computerlesbares nicht-flüchtiges Medium, wie zum Beispiel Flash-Speicher. Alternativ können auch eine Floppy-Diskette, ein Compact Disk-Nurlesespeicher (CD-ROM), eine magneto-optische Disk (MOD) und/oder eine Digital Versatile Disk (DVD) verwendet werden. Außerdem können in den im vorliegenden Text beschriebenen Ausführungsformen zusätzliche Eingabekanäle beispielsweise Computer-Peripheriegeräte sein, die mit einer Bedienerschnittstelle verknüpft sind, wie zum Beispiel einer Maus und einer Tastatur. Alternativ können auch andere Computer-Peripheriegeräte verwendet werden, wie zum Beispiel ein Scanner. Des Weiteren können in der beispielhaften Ausführungsform zusätzliche Ausgabekanäle enthalten sein, wie zum Beispiel ein Bedienerschnittstellenmonitor.
Im Sinne des vorliegenden Textes sind die Begriffe „Software“ und „Firmware“ gegeneinander austauschbar und umfassen jedes Computerprogramm, das in Speicher gespeichert wird, zur Ausführung durch einen Prozessor, einschließlich RAM-Speicher, ROM-Speicher, EPROM-Speicher, EEPROM-Speicher und nicht-flüchtiger RAM (NVRAM)-Speicher. Die oben beschriebenen Speicherarten sind nur Beispiele und sind somit hinsichtlich der Arten von Speicher, der zum Speichern eines Computerprogramms verwendet werden kann, nicht einschränkend.
Die im vorliegenden Text beschriebenen Systeme und Verfahren sind nicht auf die im vorliegenden Text beschriebenen konkreten Ausführungsformen beschränkt, sondern vielmehr können Komponenten der Systeme und/oder Schritte der Verfahren unabhängig und separat von anderen im vorliegenden Text beschriebenen Komponenten und/oder Schritten verwendet werden.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele zum Bereitzustellen von Details zur Offenbarung, einschließlich des besten Modus, und auch zu dem Zweck, es einem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung zu praktizieren, einschließlich der Herstellung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und der Ausführung jeglicher hierin aufgenommener Verfahren. Der patentfähige Schutzumfang der Offenbarung wird durch die Ansprüche definiert und kann auch andere Beispiele umfassen, die dem Fachmann einfallen. Solche anderen Beispiele sollen in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, falls sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich nicht vom Wortlaut der Ansprüche unterscheiden, oder falls sie äquivalente strukturelle Elemente enthalten, die sich nur unwesentlich vom Wortlaut der Ansprüche unterscheiden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 15825540 [0001]

Claims

BEANSPRUCHT WIRD:
Treiberschaltung, umfassend: einen Inverter, der mit mehreren parallelen Elektromotoren gekoppelt ist und dafür ausgestaltet ist, Dreiphasenstrom in diese einzuspeisen; mindestens einen Stromsensor, der mit dem Inverter gekoppelt ist und dafür ausgestaltet ist, Statorphasenströme zu messen, die durch den Inverter ausgegeben werden, um die mehreren parallelen Elektromotoren anzutreiben; und einen Digitalsignalprozessor (DSP), der mit dem Inverter und dem mindestens einen Stromsensor gekoppelt ist, wobei der DSP für Folgendes ausgestaltet ist: Empfangen der Statorphasenströme von dem mindestens einen Stromsensor; und Generieren mindestens eines PWM-Signals zum Steuern des Inverters auf der Basis der Statorphasenströme.
Treiberschaltung nach Anspruch 1, wobei der Inverter erste, zweite und dritte Phasenabschnitte umfasst, die jeweils eine Gleichstromeingangsstufe und eine Wechselstromausgangsstufe umfassen.
Treiberschaltung nach Anspruch 2, wobei der mindestens eine Stromsensor einen Nebenschlusswiderstand umfasst, der mit der Gleichstromeingangsstufe gekoppelt ist, wobei der Nebenschlusswiderstand dafür ausgestaltet ist, einen Gesamtstrom an der Gleichstromeingangsstufe zu messen.
Treiberschaltung nach Anspruch 3, wobei der DSP des Weiteren ausgestaltet ist zum: Bestimmen elektrischer Routen, die durch Ströme durch den Inverter genommen werden, auf der Basis bekannter Schaltsequenzen des Inverters; und Rekonstruieren von Statorphasenströmen für jeden der mehreren parallelen Elektromotoren durch Korrelieren der bestimmten elektrischen Routen mit Gesamtströmen des Nebenschlusswiderstandes, die über einen Zeitraum empfangen werden.
Treiberschaltung nach Anspruch 2, wobei der mindestens eine Stromsensor Folgendes umfasst: einen ersten Nebenschlusswiderstand, der mit dem ersten Phasenabschnitt an der Gleichstromeingangsstufe gekoppelt ist, wobei der erste Nebenschlusswiderstand dafür ausgestaltet ist, einen Statorphasenstrom des ersten Phasenabschnitts zu messen, wobei der Statorphasenstrom einen ersten Gesamtphasenstrom für alle der mehreren parallelen Elektromotoren repräsentiert; und einen zweiten Nebenschlusswiderstand, der mit dem zweiten Phasenabschnitt an der Gleichstromeingangsstufe gekoppelt ist, wobei der zweite Nebenschlusswiderstand dafür ausgestaltet ist, einen Statorphasenstrom des zweiten Phasenabschnitts zu messen, wobei der Statorphasenstrom einen zweiten Gesamtphasenstrom für alle der mehreren parallelen Elektromotoren repräsentiert.
Treiberschaltung nach Anspruch 5, die des Weiteren einen dritten Nebenschlusswiderstand umfasst, der mit dem dritten Phasenabschnitt gekoppelt ist und dafür ausgestaltet ist, einen Statorphasenstrom des dritten Phasenabschnitts zu messen, wobei der Statorphasenstrom einen dritten Gesamtphasenstrom für alle der mehreren parallelen Elektromotoren repräsentiert.
Treiberschaltung nach Anspruch 5, wobei der DSP des Weiteren dafür ausgestaltet ist, einen Statorphasenstrom für den dritten Phasenabschnitt auf der Basis der Statorphasenströme zu schätzen, die von den ersten und zweiten Nebenschlusswiderständen empfangen werden.
Treiberschaltung nach Anspruch 7, wobei der DSP des Weiteren dafür ausgestaltet ist, die Statorphasenströme für jeden des ersten, zweiten und dritten Phasenabschnitts durch eine Gesamtzahl der mehreren parallelen Elektromotoren zu teilen, um einen durchschnittlichen Statorphasenstrom in jedem der mehreren parallelen Elektromotoren zu bestimmen.
Treiberschaltung nach Anspruch 7, des Weiteren umfassend: einen Stromsensor, der mit dem Inverter an der Wechselstromausgangsstufe des ersten Phasenabschnitts gekoppelt ist, für jeden parallelen Elektromotor zusätzlich zu einem ersten Elektromotor, der mit der Treiberschaltung gekoppelt ist, wobei der Stromsensor zwischen der Wechselstromausgangsstufe des ersten Phasenabschnitts und einer ersten Statorphasenwicklung jedes parallelen Elektromotors, der zusätzlich zu dem ersten Elektromotor vorhanden ist, gekoppelt ist, wobei der Stromsensor dafür ausgestaltet ist, einen ersten Statorphasenstrom in einem jeweiligen parallelen Elektromotor zu messen, der zusätzlich zu dem ersten Elektromotor vorhanden ist.
Treiberschaltung nach Anspruch 9, wobei der DSP des Weiteren dafür ausgestaltet ist, einen zweiten Statorphasenstrom und einen dritten Statorphasenstrom für den jeweiligen parallelen Elektromotor, der zusätzlich zu dem ersten Elektromotor vorhanden ist, auf der Basis des ersten Statorphasenstroms von dem Stromsensor zu schätzen.
Treiberschaltung nach Anspruch 10, wobei der DSP des Weiteren dafür ausgestaltet ist, Differenzen zwischen den ersten, zweiten und dritten Statorphasenströmen des jeweiligen parallelen Elektromotors, der zusätzlich zu dem ersten Elektromotor vorhanden ist, und den jeweiligen Statorphasenströmen der ersten, zweiten und dritten Phasenabschnitts zu bestimmen, wobei die Differenzen die ersten, zweiten und dritten Statorphasenströme des ersten Elektromotors anzeigen.
Treiberschaltung nach Anspruch 7, wobei der Inverter des Weiteren einen zusätzlichen Phasenabschnitt für jeden parallelen Elektromotor umfasst, der zusätzlich zu einem ersten Elektromotor vorhanden ist, der mit der Treiberschaltung gekoppelt ist, wobei der zusätzliche Phasenabschnitt eine Gleichstromeingangsstufe und eine Wechselstromausgangsstufe umfasst, wobei die Wechselstromausgangsstufe des zusätzlichen Phasenabschnitts dafür ausgestaltet ist, mit einer erster Statorphasenwicklung eines jeweiligen parallelen Elektromotors gekoppelt zu werden, der zusätzlich zu dem ersten Elektromotor vorhanden ist.
Treiberschaltung nach Anspruch 12, wobei der DSP des Weiteren dafür ausgestaltet ist, die ersten Statorphasenströme des ersten Elektromotors und des jeweiligen parallelen Elektromotors, der zusätzlich zu dem ersten Elektromotor vorhanden ist, unabhängig zu steuern.
Treiberschaltung nach Anspruch 12, wobei der zusätzliche Phasenabschnitt des Weiteren einen Stromsensor umfasst, der mit dem zusätzlichen Phasenabschnitt an der Gleichstromeingangsstufe gekoppelt ist, wobei der Stromsensor dafür ausgestaltet ist, einen ersten Statorphasenstrom des zusätzlichen Phasenabschnitts zu messen.
Treiberschaltung nach Anspruch 1, wobei mindestens einer der mehreren parallelen Motoren ein Induktionsmotor ist, der für zwei Betriebsmodi ausgestaltet ist, wobei der DSP dafür ausgestaltet ist: den mindestens einen Induktionsmotor selektiv parallel mit den mehreren parallelen Motoren unter Verwendung des Inverters zu betreiben, wenn eine Belastung des mindestens einen Induktionsmotors kleiner ist als eine zuvor festgelegte Schwelle; und den mindestens einen Induktionsmotor selektiv unter Verwendung von Leitungseingangsleistung unter Umgehung des Inverters zu betreiben, wenn eine Belastung des Induktionsmotors die zuvor festgelegte Schwelle überschreitet.
Treiberschaltung nach Anspruch 1, wobei mindestens einer der mehreren parallelen Elektromotoren ein Permanentmagnet (PM)-Motor ist.
Treiberschaltung, umfassend: einen Inverter, der mit mehreren parallelen Elektromotoren gekoppelt ist und dafür ausgestaltet ist, Dreiphasenstrom in diese einzuspeisen; mindestens zwei Stromsensoren, die mit dem Inverter gekoppelt sind und dafür ausgestaltet sind, Statorphasenströme zu messen, die durch den Inverter ausgegeben werden, um die mehreren parallelen Elektromotoren anzutreiben; und einen Digitalsignalprozessor (DSP), der mit dem Inverter und den mindestens zwei Stromsensoren gekoppelt ist, wobei der DSP für Folgendes ausgestaltet ist: Empfangen der Statorphasenströme von den mindestens zwei Sensoren; und Generieren mindestens eines PWM-Signals zum Steuern des Inverter auf der Basis der Statorphasenströme.
Treiberschaltung nach Anspruch 17, wobei der Inverter erste, zweite und dritte Phasenabschnitte umfasst, die jeweils eine Gleichstromeingangsstufe und eine Wechselstromausgangsstufe umfassen.
Treiberschaltung nach Anspruch 18, wobei die mindestens zwei Stromsensoren Folgendes umfassen: einen ersten Stromsensor, der mit dem ersten Phasenabschnitt an der Gleichstromeingangsstufe gekoppelt ist, wobei der erste Stromsensor dafür ausgestaltet ist, einen Statorphasenstrom des ersten Phasenabschnitts zu messen, wobei der Statorphasenstrom einen ersten Gesamtphasenstrom für alle der mehreren parallelen Elektromotoren repräsentiert; und einen zweiten Stromsensor, der mit dem zweiten Phasenabschnitt an der Gleichstromeingangsstufe gekoppelt ist, wobei der erste Stromsensor dafür ausgestaltet ist, einen Statorphasenstrom des zweiten Phasenabschnitts zu messen, wobei der Statorphasenstrom einen zweiten Gesamtphasenstrom für alle der mehreren parallelen Elektromotoren repräsentiert.
Treiberschaltung nach Anspruch 19, die des Weiteren einen dritten Stromsensor umfasst, der mit dem dritten Phasenabschnitt gekoppelt ist und dafür ausgestaltet ist, einen Statorphasenstrom des dritten Phasenabschnitts zu messen, wobei der Statorphasenstrom einen dritten Gesamtphasenstrom für alle der mehreren parallelen Elektromotoren repräsentiert.
Treiberschaltung nach Anspruch 19, wobei der DSP des Weiteren dafür ausgestaltet ist, einen Statorphasenstrom für den dritten Phasenabschnitt auf der Basis der Statorphasenströme zu schätzen, die von den ersten und zweiten Nebenschlusswiderständen empfangen werden.