DE112008001705T5 - Leitungswinkelsteuerung für einen geschalteten Reluktanzgenerator - Google Patents

Leitungswinkelsteuerung für einen geschalteten Reluktanzgenerator Download PDF

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Ekrem Peoria Kayikci
William J. Dunlap Tate
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Caterpillar Inc
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Abstract

Steuerungssystem (18) mit:
einem geschalteten Reluktanzgenerator (20), der zum Bereitstellen von elektrischer Leistung über eine Gleichstromschiene (24) mit einem Motor (22) verbunden ist, und
einer Steuerung (26), die mit dem geschalteten Reluktanzgenerator, dem Motor und der Gleichstromschiene in Verbindung steht, wobei die Steuerung ausgebildet ist zum:
Empfangen einer Angabe eines von dem Motor benötigten Drehmoments oder einer von dem Motor benötigten Leistung,
Ermitteln eines Leitungswinkels des geschalteten Reluktanzgenerators basierend auf dem von dem Motor benötigten Drehmoment oder der von dem Motor benötigten Leistung, und
Versorgen der Gleichstromschiene mit der von dem geschalteten Reluktanzgenerator bereitgestellten elektrischen Leistung basierend auf dem Leitungswinkel.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Diese Offenbarung betrifft allgemein ein System mit einem geschalteten Reluktanzgenerator und insbesondere eine Leitungswinkelsteuerung für einen geschalteten Reluktanzgenerator.
  • Hintergrund
  • Maschinen wie beispielsweise Personenkraftwagen, Züge, Seefahrzeuge, Baumaschinen, Bagger, etc. weisen häufig einen Verbrennungsmotor zur Leistungsversorgung verschiedener Betriebsvorgänge der Maschine auf. In der Vergangenheit war die Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors für gewöhnlich mechanisch mit Traktionsvorrichtungen (z. B. Räder oder Ketten) zum Antreiben der Maschine verbunden. Um immer strengeren Emissionsanforderungen und Zielsetzungen bei der Entwicklung Rechnung zu tragen, wurden jedoch unterschiedliche Antriebsanordnungen entwickelt. Mittlerweile werden Verbrennungsmotoren weit verbreitet zum Antreiben einer Elektromaschine wie einer Induktionsmaschine, einer Permanentmagnetmaschine oder einer geschalteten Reluktanzmaschine (englisch: switched reluctance (SR) machine) verwendet, die in einem Generatormodus zum Versorgen einer zur Leistungsversorgung eines Elektromotors für die Traktionsvorrichtungen verwendeten Gleichstromschiene (englisch: DC bus) mit Energie in Betrieb ist. Diese Anordnung ist vorteilhaft, da sie erlaubt, dass der Verbrennungsmotor mit einer konstanten Drehzahl (d. h. an einem „Sweet Spot”) laufen kann, die schädliche Emissionen minimiert und/oder einen Kraftstoffverbrauch optimiert.
  • Eine Herausforderung, die diese Anordnung darstellt, besteht darin, die Versorgung der Gleichstromschiene mit Energie derart aufrechtzuerhalten, dass unter einer Vielzahl von Lastbedingungen ausreichend Leistung für den Elektromotor bereitgestellt werden kann. Wenn ein geschalteter Reluktanzgenerator verwendet wird, müssen die jeweiligen Phasen des Generators zur Versorgung der Gleichstromschiene mit Energie (z. B. zum Laden eines Kondensators) bei geeigneten Drehwinkeln „aktiviert” werden. Alternativ müssen die jeweiligen Phasen des Motors, wenn er in einem „Motor”-Modus arbeitet, auf ähnliche Weise zur geeigneten Zeit „aktiviert” werden. Dies wird für gewöhnlich durch ansprechendes Ein- und Ausschalten von Transistoren oder anderen Schaltelementen eines mit der Gleichstromschiene verbundenen SR-Leisungswandlers erreicht. Der Leistungswandler wird gemäß optimalen „Aktivierungswinkeln” oder „Einschalt”- und „Ausschalt”-Winkeln (θEin und θAus) der jeweiligen Phasen des SRG geschaltet. Mit anderen Worten, θEin und θAus entsprechen optimalen Winkelpositionen auf dem Drehweg des SRG, bei denen die Transistoren des Leistungswandlers zur Entnahme von elektrischem Strom aus den jeweiligen Phasenspulen des SRG zum Versorgen der Gleichstromschiene mit Energie ein- und ausgeschaltet werden.
  • Ein System, das den Leitungswinkel eines geschalteten Reluktanzgenerators steuert, ist in dem am 4. Juli 2006 für Torreg et al. erteilten US-Patent Nr. 7,071,659 (dem Patent '659) beschrieben. Das System des Patents '659 enthält einen SRG, der zur Leistungsversorgung einer Last über eine Gleichstromschiene verbunden ist. Das System enthält eine Spannungssteuerung, die die Gleichstromschienenspannung über eine Rückkopplungsschleife überwacht und an dem Leitungswinkel des SRG zum Kompensieren von durch variierende Lastbedingungen verursachten Variationen der Schienenspannung Änderungen vornimmt.
  • Wenngleich das System des Patents '659 den Leitungswinkel des SRG ansprechend auf Änderungen der Schienenspannung einstellen kann, kann das Ansprechverhalten des Systems unzureichend sein. Insbesondere kann das Ansprechverhalten des Systems langsam sein, da die Spannungssteuerung lediglich die Schienenspannung als einen Indikator für die an dem System anliegende Last berücksichtigt. Daher kann, wenn das System einer plötzlichen Lastzunahme oder -abnahme ausgesetzt ist, die Schienenspannung plötzlich abnehmen oder zunehmen, und der Last kann vorübergehend nicht genug oder zu viel Leistung zugeführt werden, bis das System die Schienenspannung zurück auf ein gewünschtes Niveau bringen kann. Dieses Übergangsansprechverhalten kann zu einem suboptimalen Betrieb und/oder einer Fehlfunktion der Last (z. B. eines Motors oder einer anderen Elektronikvorrichtung) führen.
  • Die vorliegende Offenbarung ist auf das Überwinden eines oder mehrerer der vorher dargelegten Probleme gerichtet.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Ein Aspekt der Offenbarung ist auf ein Steuerungssystem gerichtet. Das Steuerungssystem kann einen geschalteten Reluktanzgenerator enthalten, der zum Bereitstellen von elektrischer Leistung über eine Gleichstromschiene mit einem Motor verbunden ist. Das Steuerungssystem kann ferner eine Steuerung enthalten, die mit dem geschalteten Reluktanzgenerator, dem Motor und der Gleichstromschiene in Verbindung steht. Die Steuerung kann dazu ausgebildet sein, eine Angabe eines von dem Motor benötigten Drehmoments oder einer von dem Motor benötigten Leistung zu empfangen, einen Leitungswinkel des geschalteten Reluktanzgenerators basierend auf dem von dem Motor benötigten Drehmoment oder der von dem Motor benötigten Leistung zu ermitteln und die Gleichstromschiene basierend auf dem Leitungswinkel mit der von dem geschalteten Reluktanzgenerator bereitgestellten elektrischen Leistung zu versorgen.
  • Ein anderer Aspekt der Erfindung ist auf ein Verfahren zur Leistungsübertragung gerichtet. Das Verfahren kann das Bereitstellen von elektrischer Leistung von einem geschalteten Reluktanzgenerator über eine Gleichstromschiene für einen Motor, das Empfangen einer Angabe eines von dem Motor benötigten Drehmoments oder einer von dem Motor benötigten Leistung und das Ermitteln eines Leitungswinkels des geschalteten Reluktanzgenerators basierend auf dem von dem Motor benötigten Drehmoment oder der von dem Motor benötigten Leistung beinhalten. Das Verfahren kann ferner das Versorgen der Gleichstromschiene mit der von dem geschalteten Reluktanzgenerator bereitgestellten elektrischen Leistung basierend auf dem Leitungswinkel beinhalten.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften offenbarten Generatorsteuerungssystems,
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften offenbarten geschalteten Reluktanzmaschine zur Verwendung mit dem Steuerungssystem aus 1,
  • 3 zeigt eine detaillierte schematische Ansicht einer beispielhaften offenbarten Schaltung zur Verwendung mit dem Steuerungssystem aus 1,
  • 4 und 5 zeigen beispielhafte offenbarte Auftragungen der Phaseninduktivität und der Stromantwort in Bezug auf den Phasenwinkel der geschalteten Reluktanzmaschine aus 2,
  • 6 zeigt eine beispielhafte offenbarte Auftragung des Leitungswinkels gegenüber der Motorlastanforderung für die geschaltete Reluktanzmaschine aus 2,
  • 7 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften offenbarten Steueralgorithmus zur Verwendung mit dem Steuerungssystem aus 1, und
  • 8 und 9 zeigen beispielhafte Auftragungen der Spannungsregelung und des entsprechenden Leitungswinkels des Steuerungssystems aus 1.
  • Detaillierte Beschreibung
  • 1 stellt eine beispielhafte Maschine 10 dar. Die Maschine 10 kann als eine stationäre oder mobile Maschine ausgeführt sein, die dazu ausgebildet ist, einen mit einem bestimmten Gewerbe wie dem Bergbau, dem Baugewerbe, der Landwirtschaft, dem Transportwesen, etc. zusammenhängenden Betrieb durchzuführen, und arbeitet zwischen oder innerhalb von Arbeitsumgebungen (z. B. Baustelle, Bergwerk, Kraftwerke, Überlandstraßenanwendungen, etc.). Die Maschine 10 kann beispielsweise als eine mobile Maschine wie ein Bagger, ein straßentauglicher oder geländetauglicher Transportlastkraftwagen, ein Personenkraftwagen oder ein Seefahrzeug ausgeführt sein. Die Maschine 10 kann alternativ als eine stationäre Maschine wie ein Generatorsatz, eine Pumpeneinrichtung oder eine andere geeignete, einen Betrieb durchführende stationäre Maschine ausgeführt sein.
  • Die Maschine 10 kann eine Leistungsquelle 12 wie einen Innenverbrennungsmotor (z. B. einen Dieselmotor, einen Benzinmotor, einen mit einem gasförmigen Kraftstoff angetriebenen Motor) enthalten, die ein Gemisch aus Kraftstoff und Luft zum Erzeugen einer mechanischen Leistungsabgabe verbrennt, die aus der Drehung einer Kurbelwelle 12a bestehen kann. Die mechanische Ausgangsleistung der Kurbelwelle 12a kann zur Leistungsversorgung von Betriebsvorgängen der Maschine 10 verwendet werden. Beispielsweise kann die mechanische Ausgangsleistung unter anderem zum Antreiben der Maschine 10 mittels Traktionsvorrichtungen 14 oder zum Treiben der Bewegung eines Arbeitswerkzeugs 16 verwendet werden.
  • Die Maschine 10 kann ebenfalls ein Generatorsteuerungssystem 18 zur Umwandlung der mechanischen Leistungsabgabe in eine zur Leistungsversorgung der verschiedenen Betriebsvorgänge der Maschine 10 geeignete Form enthalten. Das Steuerungssystem 18 kann einen Generator 20 enthalten, der mit der Kurbelwelle 12a zum Aufnehmen mindestens eines Teils der mechanischen Leistungsabgabe der Leistungsquelle 12 verbunden ist. Der Generator 20 kann die mechanische Leistungsabgabe in elektrische Leistung umwandeln und zum Bereitstellen der elektrischen Leistung über eine Schaltung 23 mit einem Motor 22 verbunden sein. Das Steuerungssystem 18 kann ebenfalls eine Steuerung 26 enthalten, die zum Kommunizieren mit der Leistungsquelle 12, mit dem SRG 20, mit dem Motor 22, mit der Schaltung 23 und/oder mit einer Bedienereingabevorrichtung 25 über jeweilige Kommunikationsverbindungen 27a, 27b, 27c, 27d und 27e funktionsfähig verbunden ist.
  • 2 zeigt einen beispielhaften Generator 20. Der Generator 20 kann beispielsweise ein 12/8-3-Phasen-Geschalteter-Reluktanzgenerator (englisch: 12/8 3-phase switched reluctance generator (SRG)) sein. Das heißt, der SRG 20 kann zwölf (12) Statorpole, acht (8) Rotorpole und drei (3) Leitungsphasen enthalten. Der SRG 20 kann einen Stator 28 und einen Rotor 30 enthalten. Der Stator 28 kann zwölf vorspringende Statorpole 28a–l enthalten, die zu Statorpolgruppen gruppiert sind. Eine Statorpolgruppe kann zwei oder mehr Statorpole enthalten, die der Zahl der Phasen (z. B. drei) des SRG 20 entsprechen. Die Gesamtheit der zwölf Statorpole 28a–l kann derart zu drei Phasengruppen (z. B. Phasen A, B und C) gruppiert sein, dass die Statorpole 28a–d zu einer ersten Phasengruppe (z. B. Phase A) gruppiert sein können, die Statorpole 28e–h zu einer zweiten Phasengruppe (z. B. Phase B) gruppiert sein können und die Statorpole 28i–l zu einer dritten Phasengruppe (z. B. Phase C) gruppiert sein können. Jeder der Statorpole 28a–l kann von elektrischen Spulen 32a–l umwickelt sein. Beispielsweise können die Statorpole 28a–d von elektrischen Spulen 32a–d (Spulen der Phase A) umwickelt sein, die Statorpole 28e–h können von elektrischen Spulen 32e–h umwickelt sein, und die Statorpole 28i–l können von elektrischen Spulen 32i–l umwickelt sein. Ferner kann, sofern dies erwünscht ist, der Stator 28 zusätzliche Pole oder eine geringere Anzahl von Polen enthalten, die in Gruppen, die mehr oder weniger Phasen entsprechen, gruppiert sind (z. B. zwei Phasen). Die Zahl und die Anordnung der Pole und Phasen sind für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung jedoch nicht von Belang.
  • Der Rotor 30 kann mehrere Rotorpole enthalten, wobei die Zahl der Rotorpole auf der Zahl der Statorpole 28a–l basiert. Beispielsweise kann der Rotor 30 insgesamt acht (8) Rotorpole 30a–h enthalten. Es versteht sich jedoch, dass die Zahl der Rotorpole lediglich beispielhaft ist und nicht begrenzend sein soll. Eine beliebige gewünschte Zahl von Rotorpolen kann verwendet werden. Der Rotor 30 kann mit der Kurbelwelle 12a zum Aufnehmen zumindest eines Teils der mechanischen Leistungsabgabe der Leistungsquelle 12 verbunden sein. Das heißt, während eines Betriebs kann die Kurbelwelle 12a bewirken, dass sich der Rotor 30 dreht. Der durch die Drehung des Rotors 30 erzeugte Magnetfluss kann in den Spulen 32a–l einen elektrischen Gleichstrom induzieren. Während der Induktion der Phase A kann der erzeugte Magnetfluss in den Spulen 32a–d einen Gleichstrom induzieren. Während der Induktion der Phase B kann der erzeugte Magnetfluss zum Induzieren eines Gleichstroms in den Spulen 32e–h verwendet werden. Auf ähnliche Weise kann während der Induktion der Phase C der erzeugte Magnetfluss in den Spulen 32i–l einen Gleichstrom induzieren. Genauer kann das Drehmoment, das zum Drehen des Rotors 30 gegen seine Tendenz, jeden der Rotorpole 30a–h mit einem entsprechenden der Statorpole 28a–l auszurichten, benötigt und von der Leistungsquelle 12 zugeführt wird, einen Magnetfluss erzeugen, der während der Induktion der Phasen A, B und C in den Spulen 32a–d, 32e–h und 32i–l jeweils einen Gleichstrom induziert.
  • Der SRG 20 kam ebenfalls mit (nicht gezeigten) Stromsensoren zum Messen der augenblicklichen Phasenströme, die in jeder der Phasen A, B und C vorliegen, ausgestattet sein. Mit anderen Worten können die Sensoren jeweils einen Echtzeit-Strom durch jede der Spulen 32a–d, 32e–h und 32i–l messen. Der SRG 20 kann ebenfalls mit (nicht gezeigten) Rotorpositionssensoren wie optischen Codierern, Hall-Effekt-Sensoren oder Resolvern zum Angeben einer Winkelposition des Rotors 30 ausgestattet sein. Die Sensoren können Signale erzeugen, die Werte für jeden der jeweiligen gemessenen Parameter (z. B. ia, ib und ic; HallA, HallB und HallC; Rotorposition; etc.) angeben. Die Signale können mittels der Kommunikationsverbindung 27b zur Analyse in Verbindung mit dem hierin offenbarten Steueralgorithmus für die Steuerung 26 bereitgestellt werden.
  • Der Motor 22 kann eine beliebige Elektromaschine sein, die zum Umwandeln eines elektrischen Leistungseintrags in eine mechanische Leistungsabgabe ausgebildet ist. Der Motor 22 kann beispielsweise ein Induktionsmotor oder ein Permanent- oder geschalteter Reluktanzmotor sein. Während des Betriebs kann der Motor 22 zum Drehen eines (nicht gezeigten) Rotors der Schaltung 23 Leistung entnehmen. Der Rotor kann mittels einer (nicht gezeigten) Ausgangswelle, eines (nicht gezeigten) Drehmomentwandlers, eines (nicht gezeigten) Getriebes oder eines anderen Verbindungsmittels zum Drehen der Traktionsvorrichtungen 14 verbunden sein. Der Motor 22 kann mit einem oder mehreren (nicht gezeigten) Sensoren zur Messung einer Echtzeit-Ausgangswellendrehgeschwindigkeit ausgestattet sein. Die Sensoren können ein Signal erzeugen, das einen Wert der Echtzeit-Ausgangswellendrehzahl angibt und das zur Verwendung mit dem hierin offenbarten Steueralgorithmus für die Steuerung 26 bereitgestellt werden kann.
  • Wie in 3 gezeigt, kann die Schaltung 23 eine Gleichstromschiene 24 enthalten, die über einen Wechselrichter 34 mit dem Motor 22, über einen geschalteten Reluktanzleistungswandler (SR-Leistungswandler) 36 mit dem SRG 20 und mit der Steuerung 26 verbunden ist. Während eines Betriebs kann die Gleichstromschiene 24 von dem SRG 20 erzeugte elektrische Gleichstromleistung speichern und die Leistung gemäß dem von der Steuerung 26 implementierten und im Folgenden erörterten Steueralgorithmus auf den Motor 22 übertragen. Der Wechselrichter 34 und der Leistungswandler 36 können über eine positive Gleichstromschienenleitung 40a und eine negative Gleichstromschienenleitung 40b mit der Gleichstromschiene 24 verbunden sein. Genauer können der Wechselrichter 34 und der Leistungswandler 36 über die positive Gleichstromschienenleitung 40a und die negative Gleichstromschienenleitung 40b mit einer Speichervorrichtung 38 wie einem Kondensator verbunden sein.
  • Der Wechselrichter 34 kann zum Antreiben des Motors 22 verwendet werden und einen ersten Phasenabschnitt 42, der mit den Spulen der Phase A des Motors 22 verbunden ist, einen zweiten Phasenabschnitt 44, der mit den Spulen der Phase B des Motors 22 verbunden ist, und einen dritten Phasenabschnitt 46, der mit den Spulen der Phase C des Motors 22 verbunden ist, enthalten. Es ist jedoch offensichtlich, dass die Zahl der Phasenabschnitte, die in dem Wechselrichter 34 enthalten sind, von der Zahl der Phasen des Motors 22 abhängen kann. Das heißt, der Wechselrichter 34 könnte mehr oder weniger als drei Phasenabschnitte enthalten, und die ersten bis dritten Phasenabschnitte 42 bis 46 sollen lediglich zur Veranschaulichung der vorliegenden Offenbarung dienen.
  • Bei einer Ausführungsform kann jeder der ersten bis dritten Phasenabschnitte 42 bis 44 jeweils eine erste Transistorbaugruppe 42a, 44a und 46a enthalten, die mit einer zweiten Transistorbaugruppe 42b, 44b und 46b verbunden ist. Jede der Baugruppen 42a46b kann beispielsweise eine Isoliergate-Bipolartransistorbaugruppe (englisch: isolated gate bipolar junction transistor (IGBT) package) enthalten. Eine IGBT-Baugruppe kann eine Leistungsdiode und einen IGBT enthalten. Eine IGBT-Baugruppe kann als ein Schalter betrachtet werden. Wenn an die Basis des IGBT eine geeignete Spannung (T1–T6) angelegt wird, kann der Schalter aktiviert werden, und der Kollektor kann zum Zuführen von elektrischer Leistung von der Speichervorrichtung 38 zu dem Motor 22 elektrisch mit dem Emitter verbunden werden (d. h. der Schalter ist geschlossen). Wenn an der Basis des IGBT keine Spannung angelegt ist, kann keine Verbindung zwischen dem Kollektor und dem Emitter vorliegen (d. h. der Schalter ist offen). Jede Leistungsdiode kann den jeweiligen IGBT vor einer von einem Gegenstrom verursachten Beschädigung schützen. Das heißt, wenn der IGBT „aus” ist (d. h. der Schalter offen ist), kann aufgrund der in der Schaltung gespeicherten Restleistung weiterhin ein positiver Stromfluss von dem Emitter zu dem Kollektor desselben möglich sein, obwohl dies unerwünscht ist. Die Diode kann diesen Strom von dem IGBT fernhalten und eine Beschädigung desselben verhindern.
  • Die IGBT-Baugruppen 42a und 42b können mit der Spule der Phase A des Motors 22 verbunden sein. Die IGBT-Baugruppen 44a und 44b können mit der Spule der Phase B des Motors 22 verbunden sein. Auf ähnliche Weise können die IGBT-Baugruppen 46a und 46b mit der Spule der Phase C des Motors 22 verbunden sein. Die Basen der IGBTs der IGBT-Baugruppen 42a und 42b, 44a und 44b und 46a und 46b können mit einer (nicht gezeigten) elektronischen Treiberschaltung verbunden sein, die als eine Gate-Treiberplatte (englisch: gate driver board) bezeichnet wird und die gemäß einem vorbestimmten Steueralgorithmus Niederspannungssignale zum Ein- und Ausschalten der IGBTs bereitstellt. Die Signale können beispielsweise pulsbreitenmodulierte Signale sein, die dem Schalten der IGBTs entsprechende Einschaltdauern haben.
  • Auf ähnliche Weise kann der Leistungswandler 36 einen ersten Phasenabschnitt 48, der mit den Spulen der Phase A des SRG 20 verbunden ist, einen zweiten Phasenabschnitt 50, der mit den Spulen der Phase B des SRG 20 verbunden ist, und einen dritten Phasenabschnitt 52, der mit den Spulen der Phase C des SRG 20 verbunden ist, enthalten. Bei einem Aspekt können die Spulen der Phase A, die Spulen der Phase B und die Spulen der Phase C des SRG 20 jeweils als die Spulen 32a–d, die Spulen 32e–h und die Spulen 32i–l aus 2 ausgeführt sein. Es ist jedoch offensichtlich, dass die Zahl der Phasenabschnitte, die in dem Leistungswandler 36 enthalten sind, von der Zahl der Phasen des SRG 20 abhängen kann. Das heißt, der Leistungswandler 36 könnte mehr oder weniger als drei Phasenabschnitte enthalten, abhängig von dem Aufbau des SRG 20, und die ersten bis dritten Phasenabschnitte 48 bis 52 sollen lediglich zur Veranschaulichung der vorliegenden Offenbarung dienen.
  • Jeder der ersten bis dritten Phasenabschnitte 48 bis 52 kann jeweils eine erste Transistorbaugruppe 48a, 50a und 52a enthalten, die mit einer zweiten Transistorbaugruppe 48b, 50b und 52b verbunden ist. Die Transistorbaugruppen können ferner beispielsweise eine IGBT/Leistungsdioden-Anordnung enthalten, wie in 3 gezeigt ist. Ferner können, wie in 3 gezeigt, die Spulen der Phase A des SRG 20 mit den Transistorbaugruppen 48a und 48b verbunden sein, die Spulen der Phase B des SRG 20 können mit den Transistorbaugruppen 50a und 50b verbunden sein, und die Spulen der Phase C des SRG 20 können mit den Transistorbaugruppen 52a und 52b verbunden sein. Wenn an die Basis des jeweiligen IGBT eine geeignete Spannung Sa1–Sc2 angelegt wird, kann der Schalter aktiviert werden, und der Kollektor desselben kann elektrisch mit dem Emitter desselben verbunden werden. Umgekehrt kann, wenn die Spannungen Sa1 und Sa2 Null sind oder anderweitig unter einem vorbestimmten Schwellenpegel liegen, keine elektrische Verbindung zwischen dem Kollektor und dem Emitter vorliegen, und der Schalter ist geöffnet. Die Baugruppen 48a52c jedes der ersten bis dritten Phasenabschnitte 48 bis 52 können wahlweise zum Entnehmen eines elektrischen Gleichstroms aus einer gewünschten Phase des SRG 20 ein- und ausgeschaltet werden. Beispielsweise können die Transistorbaugruppen 48a und 48b des ersten Phasenabschnitts 48 durch Anlegen geeigneter Spannungen Sa1–Sa2 an die Basen der jeweiligen IGBTs gleichzeitig eingeschaltet werden. Bei einem Einschalten können die Baugruppen 48a und 48b erlauben, dass ein elektrischer Gleichstrom idc von den Spulen der Phase A des SRG 20 über die Eingangsleitung 40a und die Ausgangsleitung 40b in das Speicherelement 38 fließen kann und das Speicherelement 38 auf eine Spannung Vdc aufladen kann. Bei einem Ausschalten kann kein Strom von den Spulen der Phase A in das Speicherelement 38 fließen. Jede Leistungsdiode kann verhindern, dass ein Gegenstrom durch den jeweiligen IGBT fließt und denselben beschädigt, wenn dieser ausgeschaltet sind. Es ist offensichtlich, dass die Baugruppen 50a und 50b und die Baugruppen 52a und 52b des zweiten Phasenabschnitts 50 und des dritten Phasenabschnitts 52 in Bezug auf die Phasenspulen B und C des SRG 20 jeweils auf die gleiche Weise funktionieren können.
  • Die Gleichstromschiene 24 kann ferner mit einem Spannungssensor zum Messen einer augenblicklichen Spannung Vdc über der Speichervorrichtung 38 ausgestattet sein. Das heißt, der Sensor kann ein Echtzeit-Potential zwischen der positiven Gleichstromschienenleitung 40a und der negativen Gleichstromschienenleitung 40b messen. Der Sensor kann ein Signal erzeugen, das einen Wert der Spannung angibt und über die Kommunikationsverbindung 27d zur Analyse in Verbindung mit dem hierin offenbarten Steueralgorithmus zu der Steuerung 26 weitergegeben werden kann.
  • Die erörterte Anordnung der Schaltung 23 (d. h. Gleichstromschiene 24, Wechselrichter 34 und/oder Leistungswandler 30) soll lediglich beispielhaft sein. Für Fachleute ist offensichtlich, dass andere solcher Schaltungen in der Technik bekannt sind und als eine Alternative zu der in 3 gezeigten und vorher erörterten Schaltung verwendet werden könnten.
  • Während des Betriebs muss die Gleichstromschiene 24 derart mit Energie versorgt werden, dass dem Motor 22 unter einer Vielzahl von Lastanforderungen ausreichend Leistung zugeführt werden kann. Das heißt, das Speicherelement 38 muss ansprechend auf einem Ladepegel (z. B. einem Spannungspegel) gehalten werden, der dazu ausreicht, zu erlauben, dass der Motor unter verschiedenen Lasten problemlos arbeiten kann. Die für das Speicherelement 38 bereitgestellte Leistung kann von den Winkelpositionen (d. h. Drehwinkeln) des SRG 20 abhängen, bei denen die Transistorbaugruppen jedes der ersten bis dritten Phasenabschnitte 48 bis 52 ein- und ausgeschaltet werden. Diese Winkelpositionen werden als „Einschalt”- und „Ausschalt”-Winkel (θEin und θAus) oder „Aktivierungswinkel” bezeichnet. Der „Leitungs”-Winkel θLeitung kann als das Winkelintervall zwischen dem Einschaltwinkel und dem Ausschaltwinkel definiert werden, wie durch die untenstehende Gleichung 1 ausgedrückt ist. Die 4 und 5 zeigen eine Phaseninduktivität und eine Stromantwort für den SRG 20, wenn er in einem Generatormodus bzw. in einem Motormodus arbeitet. θLeitung = θAus – θEin Gleichung 1
  • Durch Simulation und/oder Experimente können für variierende Lastbedingungen optimale Einschalt- und Ausschaltwinkel θAus und θEin und somit Leitungswinkel θLeitung zum Erzielen eines maximalen Wirkungsgrads für ein bestimmtes System 18 berechnet werden. Beispielsweise können an die Ausgangswelle des Motors 22 bei unterschiedlichen Betriebsdrehzahlen variierende Drehmomentanforderungen angelegt werden, und basierend darauf können optimale Leitungswinkel ermittelt werden. 6 zeigt eine beispielhafte Familie von Leitungwinkelkurven gegenüber einer Lastanforderung als eine Funktion der Motorausgangsdrehzahlen. Wenn die optimalen Leitungswinkel einmal ermittelt sind, können sie von der Steuerung 26 in Verbindung mit dem hierin offenbarten Leitungswinkelsteueralgorithmus zum Erzielen eines schnellen dynamischen Ansprechverhaltens des Systems benutzt werden.
  • Die Bedienerschnittstelle 25 kann einen Monitor, einen Touchscreen, ein Tastenfeld, ein Steuerfeld, eine Tastatur, einen Steuerknüppel, einen Hebel, ein Pedal, ein Rad und/oder eine andere Eingabevorrichtung enthalten. Die Bedienerschnittstelle 25 kann von einem Maschinenbediener eine Eingabe empfangen und ansprechend auf die Eingabe entsprechende Befehlssignale erzeugen, die an die Steuerung 26 weitergegeben werden können. Bei einer Ausführungsform kann eine Bedienereingabe die Bedienerschnittstelle 25 dazu veranlassen, Signale zu erzeugen, die ein von dem Motor 22 benötigtes Drehmoment angeben. Beispielsweise kann ein Bediener ein Gaspedal hinunterdrücken oder einen Hebel betätigen, der eine Bewegung eines Werkzeugs 16 oder der Traktionsvorrichtungen 14 anweist.
  • Die Steuerung 26 kann beispielsweise ein elektronisches Steuermodul (englisch: electronic control module, ECM) oder ein anderer Prozessor sein, der in der Lage ist, ansprechend auf empfangene und/oder gespeicherte Daten Befehlssignale auszuführen und/oder auszugeben, um unter anderem den hierin offenbarten Steuerwinkelalgorithmus zu beeinflussen. Die Steuerung 26 kann einen computerlesbaren Speicher wie Nur-Lese-Speicher (englisch: read-only memories, ROM), Zufallszugriffspeicher (englisch: random access memories, RAM) und/oder einen Flash-Speicher, (eine) Sekundärspeichervorrichtung(en) wie ein Bandlaufwerk und/oder ein Magnetplattenlaufwerk, (einen) Mikroprozessor(en) (CPU) und/oder beliebige andere Bauteile zum Laufenlassen einer Anwendung enthalten. Der/die Mikroprozessor(en) kann/können eine geeignete Kombination kommerziell verfügbarer oder speziell entwickelter Mikroprozessoren zum Steuern der Betriebsvorgänge des Systems ansprechend auf eine Bedienereingabe enthalten. So kann die Steuerung 26 Anweisungen und/oder Daten enthalten, die als Hardware, Software und/oder Firmware in dem Speicher, der/den sekundären Speichervorrichtung(en) und/oder dem/den Mikroprozessor(en) gespeichert sind. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuerung 26 verschiedene andere geeignet angeordnete Hardware- und oder Software-Komponenten enthalten und/oder diesen zugeordnet sein. Beispielsweise kann die Steuerung 26 ferner eine Stromversorgungsschaltung, eine Signalbearbeitungsschaltung, eine Spulentreiberschaltung, eine Verstärkerschaltung, eine Zeitsteuerschaltung, eine Filterschaltung, Schalter und/oder andere Arten von Schaltungen enthalten, sofern dies erwünscht ist.
  • Die Steuerung 26 kann beispielsweise in dem computerlesbaren Speicher Kennfelder, Tabellen und/oder andere Datenspeicherstrukturen zum Ermöglichen der Ermittlung von Drehmoment- und/oder Leistungsanforderungen in Verbindung mit dem offenbarten Steueralgorithmus enthalten. Die Steuerung 26 kann beispielsweise eine oder mehrere Tabellen enthalten, die das Ausmaß eines Herunterdrückens eines Gaspedals, einer Steuerbetätigung eines Werkzeugs, einer Neigung der Maschine und/oder andere von der Steuerung 26 überwachte Betriebsparameter der Maschine für eine Vielzahl von Wellenausgangsdrehzahlen jeweiligen von dem Motor 22 benötigten Drehmomenten zuordnen. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuerung 26 eine oder mehrere Gleichungen zum Berechnen des von dem Motor 20 benötigten Drehmoments basierend auf den überwachten Parametern enthalten. Die in der/den Tabelle(n) enthaltenen und/oder basierend auf Gleichungen berechneten Mengen an erforderlichem Drehmoment können mit bekannten Spezifikationen der Maschine, experimentellen Daten und/oder anderen verfügbaren Quellen in Beziehung stehen. Es ist offensichtlich, dass die Steuerung 24 ein anderes in der Technik bekanntes Mittel zum Ermitteln des Drehmoments, das von dem Motor 22 unter einer bestimmten Last benötigt wird, enthalten kann.
  • 7 zeigt einen beispielhaften Steueralgorithmus 60, der von der Steuerung 26 während eines Einzelpulsmodusbetriebs zum Ermitteln von optimalen Leitungswinkeln für den SRG 20 in Echtzeit basierend auf verschiedenen an den Motor 22 angelegten Lasten implementiert werden kann. Der Einzelpulsmodus bezeichnet einen Modus, in dem die jedem der ersten bis dritten Phasenabschnitte 48 bis 52 entsprechenden Transistorbaugruppen in dem Winkelintervall des Leitungswinkels eingeschaltet werden, anstatt in dem Intervall gepulst zu werden oder anderweitig zu oszillieren. Der Algorithmus 60 kann in drei Unterabschnitte geteilt werden: einen Vorwärtssteuerungsblock 62, einen Rückkopplungssteuerungsblock 64 und einen Ausschaltwinkelsteuerungsblock 66. Der Algorithmus 66 kann ferner eine Phasenstromfolgesteuerung 68 zum Treiben des Leistungswandlers 36 ansprechend auf die Ausgabe der drei Unterabschnitte enthalten.
  • Der Vorwärtsleistungssteuerungsblock 62 kann einen Basisleitungswinkelblock 62b und einen drehzahlabhängigen Korrekturblock 62a enthalten. Während eines Betriebs kann die Steuerung 26 von dem Motor 22 Signale empfangen, die eine Echtzeit-Drehzahl der Ausgangswelle angeben. Die Steuerung 26 kann ferner von dem Motor 22, den Bedienereingabevorrichtungen 25 und/oder (nicht gezeigten) Sensoren, die Betriebsparameter der Maschine 10 überwachen, Signale empfangen, die ein zu diesem Zeitpunkt T* von dem Motor 22 benötigtes Drehmoment angeben. Die Steuerung 26 kann das benötigte Drehmoment T* basierend auf diesen Signalen und beispielsweise den Tabellen und/oder Gleichungen, die in dem computerlesbaren Speicher gespeichert sind, ermitteln. Die Steuerung 26 kann dann durch Multiplizieren der Echtzeit-Ausgangswellendrehzahl ω des Motors 22 mit dem erforderlichen Echtzeit-Drehmoment T* eine von dem Motor 22 benötigte Echtzeit-Leistung P* ermitteln (d. h. P* = ωT*). Die Steuerung 26 kann dann in dem Basisleitungswinkelblock 62a einen Basisleitungswinkel θBasis ermitteln. Der Basisleitungswinkel kann einem optimalen Leitungswinkel θLeitung des SRG 20 in einem Betrieb mit der Nenn-Generatordrehzahl für die gegebene, von dem Motor 22 benötigte Leistung P* entsprechen. Bei einem Aspekt kann die Steuerung 26 die Basisleitung gemäß der folgenden Polynomgleichung ermitteln: θBasis = a1P*2 + b1P* + c1 Gleichung 2
  • In Gleichung 2 sind a1, b1 und c1 vorbestimmte Polynomkoeffizienten, die wie vorher erwähnt basierend auf Simulationen oder Experimenten für den bestimmten SRG 20 ermittelt werden, und P* ist die von dem Motor 22 benötigte Leistung. Genauer ist P* das von dem Motor 22 benötigte Drehmoment T* multipliziert mit der Wellenausgangsdrehzahl des Motors 22 ω (d. h. P* = ωT*). Wie in Gleichung 2 gezeigt, kann der Basisleitungswinkel θBasis für eine gegebene Wellenausgangsdrehzahl ω proportional zu einer Zunahme und einer Abnahme des erforderlichen Drehmoments T* zunehmen oder abnehmen.
  • Die Steuerung 26 kann ferner für variierende Wellendrehzahlen und Lastbedingungen des Motors 22 eine Änderung des Basisleitungswinkels ΔθBasis ermitteln. Das heißt, für eine variierende Wellendrehzahl und variierende Lastbedingungen kann eine Winkeländerung des Basisleitungswinkels θBasis für eine gegebene erforderlicher Leistung P* ermittelt werden. Genauer kann die Steuerung 26 die Änderung des Basisleitungswinkels ΔθBasis in dem drehzahlabhängigen Korrekturblock 62b gemäß der vorliegenden Gleichung ermitteln: ΔθBasis = (kω + kp(P* – P0))(ω – ω0) Gleichung 3
  • In Gleichung 3 sind kω und kp jeweils ein drehzahlabhängiger Korrekturterm und ein leistungsabhängiger Korrekturterm, die auf Simulationen oder Experimenten für den bestimmten SRG 20 basieren, P* ist die von dem Motor 22 benötigte Leistung (d. h. P* = ωT*), P0 ist die Nennleistung des SRG 20, ω ist die Ausgangswellendrehzahl des Motors 22 und ω0 ist die Nenndrehzahlausgangswellendrehzahl des SRG 20.
  • Bei einem Aspekt kann der Rückkopplungssteuerungsblock 64 als ein PI-Steuerungsblock, ein PID-Steuerungsblock oder eine andere Art eines Verstärkungsmoduls ausgeführt sein, das zum Kompensieren von Unterschieden zwischen einer tatsächlichen Abgabe und einer gewünschten Abgabe entworfen ist. Genauer kann der Rückkopplungssteuerungsblock 64 ein Signal ausgeben, das basierend auf Variationen der Echtzeit-Spannung über dem Speicherelement 38, Vdc, einen Leitungswinkel-Offsetwert angibt. Auf diese Weise kann die Steuerung 26 den Leitungswinkel ansprechend auf sich ändernde Lastbedingungen zum Aufrechterhalten der Gleichstromschienenspannung auf einem gewünschten Wert oder in der Nähe desselben einstellen, wenn die Gleichstromschienenspannung beginnt, abzufallen oder zuzunehmen. Die Steuerung 26 kann beispielsweise die Signale von der Gleichstromschiene 24 empfangen und eine Differenz zwischen einem Echtzeit-Wert der Spannung Vdc über der Speichervorrichtung 38 und einer gewünschten bzw. einer Soll-Spannung Vdc* über der Speichervorrichtung 38, die in dem Speicher enthalten ist, ermitteln. Die Steuerung 26 kann dann ein Signal erzeugen, das die Differenz angibt. Der Rückkopplungssteuerungsblock 64 kann dann beispielsweise gemäß in der Technik bekannter Verfahren eine proportionale Verstärkungskomponente, eine integrale Verstärkungskomponente und/oder eine abgeleitete Verstärkungskomponente zum Erzeugen eines Leitungswinkel-Offsetwertsignals auf das Signal aufbringen. Es ist offensichtlich, dass der Leitungswinkel-Offsetwert eine Änderung des Leitungswinkels des SRG 20 angeben kann, die als ein Resultat von Variationen die Gleichstromschienenspannung Vdc erforderlich ist.
  • Der Ausschaltwinkelsteuerungsblock 66 kann einen optimalen Winkel bestimmen, bei dem die Transistorbaugruppen in den ersten bis dritten Phasenabschnitten 48 bis 52 ausgeschaltet werden sollten. Der Ausschaltwinkelsteuerungsblock 66 kann den optimalen Ausschaltwinkel θAusschalt gemäß der folgenden Gleichung ermitteln: θAusschalt = a2ω + b2ω + c2 Gleichung 4
  • In Gleichung 4 sind a2, b2 und c2 vorbestimmte Polynomkoeffizienten, die basierend auf Simulationen oder Experimenten für den bestimmten SRG 20 ermittelt werden, und ω ist die Ausgangswellendrehzahl des Motors 22.
  • Wie in 7 gezeigt, kann die Steuerung 26 die Ausgaben des Vorwärtssteuerungsblocks 62 und des Rückkopplungssteuerungsblocks 64 zum Ermitteln eines optimalen Leitungswinkels θLeitung aufsummieren, der von dem optimalen Ausschaltwinkel (abhängig von einem ersten Begrenzer 70) θAusschalt zum Ermitteln eines optimalen Einschaltwinkels (abhängig von einem zweiten Begrenzer 72) θEinschalt abgezogen werden kann. Die Begrenzer 70 und 72 können destruktive Änderungen des Betriebs des SRG 62 verhindern (d. h. eine zu schnelle Änderung von θEinschalt und/oder θAusschalt). Der optimale Einschalt- und Ausschaltwinkel θEinschalt und/oder θAus können für die Phasenstromfolgesteuerung 68 bereitgestellt werden. Die Phasenstromfolgesteuerung 68 kann die von den Sensoren des SRG 20 bereitgestellten Signale überwachen. Das heißt, die Phasenstromfolgesteuerung 68 kann die Echtzeit-Werte der Hall-Effektsignale HallA, HallB und HallC, die Phasenströme ia, ib und ic jeder der Phasen A bis C des SRG 20 und/oder die Winkelpositionen des SRG 20 überwachen. Basierend auf diesen Werten kann die Phasenstromfolgesteuerung 68 eine aktuelle Winkelposition und Phasenerregung des SRG 20 ermitteln und Spannungen Sa1, Sa2, Sb1, Sb2, Sc1 und Sc2 gemäß den ermittelten Einschalt- und Ausschaltwinkeln θEinschalt und θAus schalten. Beispielsweise kann die Phasenfolgesteuerung 68 für jede der Spannungen Sa1, Sa2, Sb1, Sb2, Sc1 und Sc2 pulsbreitenmodulierte Signale erzeugen, bei denen eine Pulsbreite und/oder eine Einschaltdauer derselben dem Winkelintervall zwischen θEinschalt und θAus entspricht. Auf diese Weise können die Transistorbaugruppen der ersten bis dritten Phasenabschnitte 48 bis 52 des Leistungswandlers 36 zum Entnehmen von Strom aus den jeweiligen Phasen des SRG 20 gemäß den optimalen Einschalt- und Ausschaltwinkeln θEinschalt und θAus ein- und ausgeschaltet werden.
  • Es ist offensichtlich, dass die Phasenstromfolgesteuerung 68 das Schalten der Spannungen Sa1 und Sa2, Sb1 und Sb2 und Sc1 und Sc2 basierend auf der Phasenkonfiguration des SRG 20 um einen geeigneten Winkel zueinander phasenverschieben kann. Für den Fall, dass der SRG 20 ein Dreiphasengenerator ist, wie hierin zur Veranschaulichung offenbart ist, können die jeweiligen Phasenverschiebungen zwischen Sa1 und Sa2, Sb1 und Sb2 und Sc 1 und Sc2 120 Grad betragen. In dem Fall, dass der SRG 20 mehr oder weniger Phasen aufweist, kann jedoch die Phasenverschiebung, die durch die Phasenstromfolgesteuerung 68 aufgebracht wird, unterschiedlich sein.
  • Gewerbliche Anwendbarkeit
  • Das offenbarte Generatorsteuerungssystem kann in Situationen sinnvoll sein, in denen ein geschalteter Reluktanzgenerator zum Antreiben eines Motors über eine Gleichstromschiene verwendet wird. Insbesondere kann das offenbarte Steuerungssystem die Leistungsfähigkeit verbessern und einen problemlosen Betrieb des Motors unter einer Vielzahl von Lastbedingungen ermöglichen. Durch Bereitstellen eines Vorwärtssteuerungsblocks, der einen optimalen Leitungswinkel für die jeweiligen Phasenströme des geschalteten Reluktanzgenerators basierend auf einem von dem Motor benötigten Drehmoment oder einer von dem Motor benötigten Leistung ermittelt, kann der Steueralgorithmus vorausschauend Änderungen des Leitungswinkels abschätzen, die erforderlich werden können, bevor der Spannungspegel der Gleichstromschiene beginnt, sich zum Nachteil der Leistungsfähigkeit des Systems zu ändern.
  • Die 8 und 9 zeigen Vorteile, die durch Einsetzen des offenbarten Steueralgorithmus 60 erreicht werden können. Insbesondere zeigen die 8 und 9 einen Fall, in dem der Motor 22 zum Anlegen einer stufenförmigen Laständerung an den SRG 20 verwendet werden kann. In 8 bezeichnet die Auftragung von Vdc* die Referenzgleichstrombusspannung (d. h. die Spannung über der Speichervorrichtung 38, die der Steueralgorithmus 60 während des Betriebs aufrechtzuerhalten versucht). Die Auftragung von Vdc zeigt das Ansprechverhalten des Systems ohne Verwendung der Vorwärtseinspeisungsleistungssteuerung 62, während die Auftragung von Vdc-vorwärts die Antwort des Systems unter Einsatz des Vorwärtsleistungssteuerungsblocks 62 zeigt. Es ist offensichtlich, dass die anfängliche Abweichung (d. h. das Überschwingen) der Gleichstromschienenspannung in Bezug auf die Referenzspannung viel kleiner sein kann, wenn der Vorwärtssteuerungsblock 62 eingesetzt wird. Ferner kann das System in einem kürzeren Zeitraum ein stationäres Ansprechverhalten erreichen. Das heißt, die Dauer des Übergangsansprechverhaltens des Systems kann viel kürzer sein.
  • Bezug nehmend auf 9 kann die Auftragung von θEin einen Einschaltwinkel zeigen, der von dem System ohne den Vorwärtsleistungssteuerungsblock 62 ansprechend auf die stufenförmige Laständerung berechnet wird, während die Auftragung von θEin-vorwärts eine Einschaltwinkelberechnung des Systems zeigen kann, wenn der Vorwärtsleistungssteuerungsblock 62 eingesetzt wird. Es ist offensichtlich, dass der Vorwärtsleistungssteuerungsblock 62 die Leistungsfähigkeit des Systems durch Ermöglichen der Berechnung des stationären Einschaltwinkels in einem kürzeren Zeitraum verbessern kann. Zusätzlich kann das anfängliche Überschwingen des Einschaltwinkels als ein Resultat der stufenförmigen Laständerung durch die Implementierung des Vorwärtsleistungssteuerungsblocks 62 erheblich verringert werden.
  • Für Fachleute ist offensichtlich, dass an dem offenbarten System und dem offenbarten Algorithmus verschiedene Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise ist offensichtlich, dass der Algorithmus ebenso auf die Steuerung eines geschalteten Reluktanzmotors angewendet werden kann, bei dem der Drehmomentbefehl direkt zum Berechnen des optimalen Leitungswinkels verwendet werden kann. Auf ähnliche Weise kann der Algorithmus ebenso auf ein System angewendet werden, das einen Generator und/oder einen Motor aufweist, die jeweils mehr oder weniger als drei Phasen und/oder unterschiedliche Polanordnungen aufweisen können. Andere Ausführungsformen werden für Fachleute unter Berücksichtigung der Beschreibung offensichtlich werden. Die Beschreibung und die Beispiele sollen lediglich als beispielhaft betrachtet werden, wobei der wahre Schutzbereich der Erfindung durch die folgenden Ansprüche und deren Äquivalente festgelegt ist.
  • LEITUNGSWINKELSTEUERUNG FÜR EINEN GESCHALTETEN RELUKTANZGENERATOR
  • Es ist ein Steuerungssystem (18) offenbart. Das Steuerungssystem (18) weist einen geschalteten Reluktanzgenerator (20) auf, der zum Bereitstellen von elektrischer Leistung über eine Gleichstromschiene (24) mit einem Motor (22) verbunden ist. Das Steuerungssystem (18) weist ferner eine Steuerung (26) auf, die mit dem geschalteten Reluktanzgenerator (20), dem Motor (22) und der Gleichstromschiene (24) in Verbindung steht. Die Steuerung (26) ist dazu ausgebildet, eine Angabe eines von dem Motor (22) benötigten Drehmoments oder einer von dem Motor (22) benötigten Leistung zu empfangen, einen Leitungswinkel des geschalteten Reluktanzgenerators (20) basierend auf dem von dem Motor (22) benötigten Drehmoment oder der von dem Motor (22) benötigten Leistung zu ermitteln und die Gleichstromschiene (24) basierend auf dem Leitungswinkel mit der von dem geschalteten Reluktanzgenerator (20) bereitgestellten elektrischen Leistung zu versorgen.
  • 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 7071659 [0004]

Claims (10)

  1. Steuerungssystem (18) mit: einem geschalteten Reluktanzgenerator (20), der zum Bereitstellen von elektrischer Leistung über eine Gleichstromschiene (24) mit einem Motor (22) verbunden ist, und einer Steuerung (26), die mit dem geschalteten Reluktanzgenerator, dem Motor und der Gleichstromschiene in Verbindung steht, wobei die Steuerung ausgebildet ist zum: Empfangen einer Angabe eines von dem Motor benötigten Drehmoments oder einer von dem Motor benötigten Leistung, Ermitteln eines Leitungswinkels des geschalteten Reluktanzgenerators basierend auf dem von dem Motor benötigten Drehmoment oder der von dem Motor benötigten Leistung, und Versorgen der Gleichstromschiene mit der von dem geschalteten Reluktanzgenerator bereitgestellten elektrischen Leistung basierend auf dem Leitungswinkel.
  2. Steuerungssystem nach Anspruch 1, bei dem das Ermitteln eines Leitungswinkels beinhaltet: Empfangen einer Angabe einer Drehzahl des Motors, Ermitteln einer von dem Motor benötigten Leistung basierend auf der Drehzahl des Motors und dem von dem Motor benötigten Drehmoment, und Ermitteln eines Nennleitungswinkels des geschalteten Reluktanzgenerators für die von dem Motor benötigte Leistung.
  3. Steuerungssystem nach Anspruch 2, bei dem das Ermitteln eines Leitungswinkels ferner beinhaltet: Ermitteln einer Abweichung von dem Nennleitungswinkel des geschalteten Reluktanzgenerators basierend auf einer Differenz zwischen der von dem Motor benötigten Leistung und einer Nennleistung für den Motor und einer Differenz zwischen der aktuellen Drehzahl des Motors und einer Nenndrehzahl des Motors, und Addieren des Nennleitungswinkels des geschalteten Reluktanzgenerators zu der Abweichung von dem Nennleitungswinkel des geschalteten Reluktanzgenerators.
  4. Steuerungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Gleichstromschiene enthält: einen Leistungswandler (36), der mit mindestens einer Phasenspule (Phase A, Phase B, Phase C) des geschalteten Reluktanzgenerators verbunden ist, und mindestens einen Kondensator (38), der mit dem Leistungswandler verbunden ist, bei dem das Versorgen der Gleichstromschiene mit Energie ein wahlweises Schalten des Leistungswandlers zum Erlauben, dass ein in der mindestens einen Phasenspule gespeicherter elektrischer Strom zu dem mindestens einen Kondensator gelangen und ihn mit Energie versorgen kann, beinhaltet.
  5. Steuerungssystem nach Anspruch 4, bei dem der Leistungswandler mindestens einen Transistor (48a52b) enthält und das Schalten des Leistungswandlers ein Bereitstellen eines Spannungssignals für ein Gate des Transistors beinhaltet.
  6. Maschine (10) mit: einem Verbrennungsmotor (12), der zur Leistungsversorgung von Betriebsvorgängen der Maschine ausgebildet ist, einem Motor (22), der zum Bewegen der Maschine angeordnet ist, einem geschalteten Reluktanzgenerator (20), der zum Aufnehmen eines mechanischen Leistungseintrags von dem Verbrennungsmotor (12) verbunden ist, und einem Steuerungssystem (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das zum Steuern einer Leitung des geschalteten Reluktanzgenerators verbunden ist.
  7. Verfahren zur Leistungsübertragung, mit: Bereitstellen von elektrischer Leistung von einem geschalteten Reluktanzgenerator über eine Gleichstromschiene (24) für einen Motor (22), Empfangen einer Angabe eines von dem Motor benötigten Drehmoments oder einer von dem Motor benötigten Leistung, Ermitteln eines Leitungswinkels des geschalteten Reluktanzgenerators basierend auf dem von dem Motor benötigten Drehmoment oder der von dem Motor benötigten Leistung, und Versorgen der Gleichstromschiene mit der von dem geschalteten Reluktanzgenerator bereitgestellten elektrischen Leistung basierend auf dem Leitungswinkel.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Ermitteln eines Leitungswinkels beinhaltet: Empfangen einer Angabe einer Drehzahl des Motors, Ermitteln einer von dem Motor benötigten Leistung basierend auf der Drehzahl des Motors und dem von dem Motor benötigten Drehmoment, und Ermitteln eines Nennleitungswinkels des geschalteten Reluktanzgenerators für die von dem Motor benötigte Leistung.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das Ermitteln eines Leitungswinkels ferner beinhaltet: Ermitteln einer Abweichung von dem Nennleitungswinkel des geschalteten Reluktanzgenerators basierend auf einer Differenz zwischen der von dem Motor benötigten Leistung und einer Nennleistung für den Motor und einer Differenz zwischen der aktuellen Drehzahl des Motors und einer Nenndrehzahl des Motors, und Addieren des Nennleitungswinkels des geschalteten Reluktanzgenerators zu der Abweichung von dem Nennleitungswinkel des geschalteten Reluktanzgenerators.
  10. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Versorgen der Gleichstromschiene mit Energie beinhaltet: Bereitstellen der elektrischen Leistung für eine in der Gleichstromschiene enthaltene Energiespeichervorrichtung (38), Entnehmen der elektrischen Leistung aus der Energiespeichervorrichtung durch den Motor, und Erzeugen einer mechanischen Leistungsabgabe ansprechend auf das von dem Motor benötigte Drehmoment oder die von dem Motor benötigte Leistung durch den Motor.
DE112008001705T 2007-06-29 2008-06-25 Leitungswinkelsteuerung für einen geschalteten Reluktanzgenerator Withdrawn DE112008001705T5 (de)

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Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8843233B2 (en) * 2007-03-20 2014-09-23 Donald L. Dollens Intelligent drive control system
JP2010541517A (ja) * 2007-12-10 2010-12-24 パナソニック株式会社 インバータ制御装置とそれを用いたモータ駆動装置、電動圧縮機および家庭用電気機器
EP2110921B1 (de) 2008-04-14 2013-06-19 Stanley Black & Decker, Inc. Batterieverwaltungssystem für ein kabelloses Werkzeug
US8975878B2 (en) 2010-12-23 2015-03-10 Caterpillar Inc. Switched reluctance generator integrated controls
US8746382B2 (en) 2010-12-23 2014-06-10 Caterpillar Inc. Switched reluctance generator priming strategy
US8624564B2 (en) 2010-12-23 2014-01-07 Caterpillar Inc. Switched reluctance generator initial rotor position estimation
US8610382B2 (en) * 2010-12-23 2013-12-17 Caterpillar Inc. Active high voltage bus bleed down
US8664907B2 (en) * 2011-01-31 2014-03-04 Tesla Motors, Inc. Fast switching for power inverter
US8493018B2 (en) * 2011-01-31 2013-07-23 Tesla Motors, Inc. Fast switching for power inverter
US8760898B2 (en) 2011-01-31 2014-06-24 Tesla Motors, Inc. Fast switching for power inverter
US8441826B2 (en) 2011-01-31 2013-05-14 Tesla Motors, Inc. Fast switching for power inverter
FR2978791B1 (fr) * 2011-08-05 2013-09-20 Somfy Sas Procede de commande d'un ecran et actionneur adapte pour un tel procede
CA2922910C (en) * 2013-08-28 2019-10-29 Lifting Solutions Inc. Pump jack controller and method for using same for electricity generation
CN103454550B (zh) * 2013-09-23 2015-10-21 中国矿业大学 开关磁阻电机功率变换器故障细节系数标准差诊断方法
JP2015111983A (ja) * 2013-12-06 2015-06-18 株式会社Ihi 電力変換装置
WO2015179318A1 (en) 2014-05-18 2015-11-26 Black & Decker Inc. Power tool system
US9893384B2 (en) 2014-05-18 2018-02-13 Black & Decker Inc. Transport system for convertible battery pack
CN105317699A (zh) * 2014-07-18 2016-02-10 合肥盛亚电机电泵有限公司 开关磁阻电机驱动调速节能型污水潜水电泵
EP3235119B1 (de) 2014-12-18 2021-10-13 Black & Decker Inc. Kontrollschema zur erhöhung der ausgangsleistung eines elektrowerkzeugs unter verwendung von leitungsband und vorrückwinkel
WO2017079295A1 (en) 2015-11-02 2017-05-11 Black & Decker Inc. Reducing noise and lowering harmonics in power tools using conduction band control schemes
CN106059443B (zh) * 2016-07-21 2018-11-09 东南大学 一种降低开关磁阻电机噪声的方法
EP3560062A4 (de) 2016-12-23 2020-06-24 Black & Decker Inc. Schnurloses elektrowerkzeugsystem
CN108390511B (zh) * 2018-04-26 2023-07-28 北京建筑大学 一种开关磁阻电机及其控制方法、装置和系统
US10476421B1 (en) * 2018-08-28 2019-11-12 Caterpillar Inc. Optimized switched reluctance phase current control in a continuous conduction mode
EP3731408A1 (de) 2019-04-25 2020-10-28 Black & Decker Inc. System mit zwei steuergeräten zur steuerung eines sensorlosen bürstenlosen motors
CN110271443B (zh) * 2019-05-24 2020-07-17 中国矿业大学 一种插电式混合动力汽车开关磁阻电机传动系统
CN110247588B (zh) * 2019-05-31 2022-02-22 惠州市蓝微电子有限公司 一种霍尔电机的单脉冲控制方法及系统
EP3806273A1 (de) 2019-10-11 2021-04-14 Black & Decker Inc. Elektrowerkzeug mit aufnahme von batteriepacks mit unterschiedlicher kapazität
WO2021242330A1 (en) * 2020-05-27 2021-12-02 Toledo Torres Luis Roberto Four or more poles on the rotor of three phase generators
CN113922709A (zh) * 2020-07-10 2022-01-11 丁金龙 一种开关磁阻电机控制方法及装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7071659B1 (en) 2004-01-23 2006-07-04 Dana Corporation Closed loop control of excitation parameters for high speed switched-reluctance generators

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4707650A (en) * 1986-10-03 1987-11-17 General Electric Company Control system for switched reluctance motor
US5012172A (en) * 1989-05-09 1991-04-30 General Electric Company Control system for switched reluctance motor operating as a power generator
US5204604A (en) * 1992-02-28 1993-04-20 General Electric Company Linearizer for a switched reluctance generator
US6011377A (en) * 1994-03-01 2000-01-04 Hamilton Sundstrand Corporation Switched reluctance starter/generator system and method of controlling same
US5493195A (en) * 1994-09-29 1996-02-20 Sundstrand Corporation Switched reluctance starter/generator control system allowing operation with regenerative loads and electrical system employing same
GB9506975D0 (en) * 1995-04-04 1995-05-24 Switched Reluctance Drives Ltd Controller for a switched reluctance machine
US6051942A (en) * 1996-04-12 2000-04-18 Emerson Electric Motor Co. Method and apparatus for controlling a switched reluctance machine
US6211633B1 (en) * 1996-07-10 2001-04-03 Hamilton Sundstrand Corporation Synchronous sampling circuit for a sensorless switching reluctance machine system
US6054819A (en) * 1998-05-15 2000-04-25 Tridelta Industries, Inc. Driving circuit for switched reluctance machines
US6150778A (en) * 1998-11-04 2000-11-21 Tridelta Industries, Inc. Sensorless rotor position detection for switched reluctance machines having irregular poles
GB9828186D0 (en) * 1998-12-21 1999-02-17 Switched Reluctance Drives Ltd Control of switched reluctance machines
GB9903401D0 (en) 1999-02-15 1999-04-07 Switched Reluctance Drives Ltd Control of switched reluctance machines
US6348743B1 (en) * 1999-05-13 2002-02-19 Komatsu Ltd. Voltage control apparatus of engine generator and control method thereof
CA2399699A1 (en) * 2000-02-09 2001-08-16 Dana Corporation Method for operating a switched reluctance electrical generator
US6717281B1 (en) * 2000-10-26 2004-04-06 Dennis Brandon Electric generator and motor drive system
TW200402929A (en) * 2002-07-22 2004-02-16 Switched Reluctance Drives Ltd Control of a switched reluctance drive
GB0221117D0 (en) * 2002-09-12 2002-10-23 Black & Decker Inc Control of electrical machines
EP1678818A1 (de) * 2003-09-30 2006-07-12 Emerson Electric Co. Positions-detektion für eine maschine mit geschalteter reluktanz
US7378808B2 (en) * 2004-05-25 2008-05-27 Caterpillar Inc. Electric drive system having DC bus voltage control
US7075273B2 (en) * 2004-08-24 2006-07-11 Motorola, Inc. Automotive electrical system configuration using a two bus structure
US7460941B2 (en) * 2004-09-29 2008-12-02 Caterpillar Inc. Slope-limited retarding control for a propelled machine
US7106020B1 (en) * 2005-08-30 2006-09-12 Honeywell International Inc. Method of operating a brushless DC motor

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7071659B1 (en) 2004-01-23 2006-07-04 Dana Corporation Closed loop control of excitation parameters for high speed switched-reluctance generators

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