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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf elektrische Antriebsaggregate bzw. Antriebseinheiten, und insbesondere auf Systeme und Verfahren zum Kalibrieren der Steuerung elektrischer Maschinen.
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Hintergrund
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Eine elektrische Maschine wird im Allgemeinen verwendet, um eine Form von Energie in eine andere umzuwandeln und kann einen Motor, einen Generator oder irgendeine andere elektrische Maschine aufweisen, die eine Rotationsausgabe oder -quelle besitzt. Beispielsweise kann ein Motor verwendet werden, um elektrische Leistung in mechanische oder Rotationsleistung umzuwandeln, während ein Generator verwendet werden kann, um mechanische oder Rotationsleistung in elektrische Leistung umzuwandeln. Genauer gesagt, wird ein Generator einer elektrischen Antriebseinheit, wie beispielsweise einem elektrischen Stromerzeugungssystem, einem Generatorsatz oder Ähnlichem typischerweise verwendet, um mechanische Leistung, die von einer primären Leistungsquelle empfangen wird, wie beispielsweise einem Verbrennungsmotor oder Ähnlichem in elektrische Leistung umzuwandeln, die an eine oder mehrere elektrische Lasten geliefert werden kann. Ein derartiger Generator kann ebenfalls als ein Motor fungieren, um elektrische Leistung, die innerhalb einer gemeinsame Bus- oder Speichervorrichtung des elektrischen Antriebs gespeichert ist, in mechanische Leistung umzuwandeln. Innerhalb der verschiedenen Arten von Generatoren, die zur Verwendung mit einer elektrischen Antriebseinheit verfügbar sind, haben Generatoren mit geschalteter Reluktanz große Aufmerksamkeit erhalten, da sie robust und kosteneffizient sind. Während gegenwärtig existierende Systeme und Verfahren zur Steuerung elektrischer Maschinen, wie beispielweise von Generatoren mit geschalteter Reluktanz, eine adäquate Steuerung vorsehen, gibt es Raum für Verbesserungen.
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Ein Aspekt der elektrischen Antriebssteuerung, der Aufmerksamkeit verdient, bezieht sich auf die anfängliche Detektion der Rotorposition des Generators. Darüber hinaus ist es wichtig, präzise die gegenwärtige Position des Rotors des Generators, der mit der elektrischen Antrieb assoziiert ist, zu detektieren oder zu überwachen, um den elektrischen Antrieb einer Maschine in effizienter Weise zu betätigen. Gegenwärtig existierende, elektrische Antriebe für Generatoren mit geschalteter Reluktanz können beispielsweise auf einem Drehzahlrad bzw. Winkelgeber beruhen, um die Rotorposition während der Verwendung zu verfolgen. Derartige Steuerschemata sind jedoch anfällig für Fehler, beispielsweise während der Detektionsstufe der anfänglichen Rotorposition, und werden ferner anfällig für einen wesentlichen Verlust an Effizienz. Beispielsweise kann ein Fehler von 2 Grad bei der detektierten, mechanischen Rotorposition eines Generators mit geschalteter Reluktanz, der durch einen verzogenen Sensor, eine mechanische Fehlausrichtung des Winkelgebers oder Ähnlichem verursacht wird, mit einer Verringerung von 0,5% in der Effizienz der elektrischen Antriebseinheit bei Volllast korrespondieren.
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Demgemäß ist es wichtig, präzisere und robustere Mittel zur Bestimmung der Rotorposition von Generatoren vorzusehen und auf diese Weise die Gesamteffizienz elektrischer Antriebseinheiten zu verbessern. Das offenbarte System und Verfahren richtet sich auf das Adressieren von einer oder mehreren der erwähnten Erfordernisse.
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Zusammenfassung der Offenbarung
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In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zum Schätzen der Rotordrehzahl eines Generators mit einem Rotor und einem Stator vorgesehen. Das Verfahren sieht einen Quellenstrom an den Stator vor, bestimmt die relative Rotordrehzahl basierend auf einem Sensorsignal, das durch einen Rotordrehzahlsensor vorgesehen wird, bestimmt eine relative Rotorposition entsprechend der relativen Rotordrehzahl, bestimmt eine absolute Rotorposition basierend auf dem Sensorsignal und den Phasenströmen, und kalibriert das Sensorsignal basierend auf einem Versatz zwischen der relativen Rotorposition und der absoluten Rotorposition.
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In einem weiteren Aspekt der Offenbarung ist ein Rotordrehzahlschätzsystem für einen Generator mit einem Rotor und einem Stator vorgesehen. Das Rotordrehzahlschätzsystem weist einen Drehzahlsensor auf, der konfiguriert ist, um ein Sensorsignal entsprechend einer Drehzahl des Rotors relativ zu dem Stator zu erzeugen, sowie eine Steuervorrichtung in elektrischer Übertragungsverbindung mit dem Drehzahlsensor und dem Stator. Die Steuervorrichtung ist konfiguriert, um eine relative Rotorposition basierend auf dem Sensorsignal und den Phasenströmen zu bestimmen, eine absolute Rotorposition basierend auf dem Sensorsignal zu bestimmen, und um das Sensorsignal basierend auf dem Versatz zwischen der relativen Rotorposition und der absoluten Rotorposition zu kalibrieren.
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In noch einem weiteren Aspekt der Offenbarung ist eine elektrische Antriebseinheit vorgesehen. Die elektrische Antriebseinheit weist einen Generator mit einem Stator und einem Rotor, zumindest einem Drehzahlsensor, einer Konverterschaltung und einer Steuervorrichtung auf. Der Rotor ist mit einer primären Leistungsquelle gekoppelt und ist in drehbarer Weise in enger Nähe zu dem Stator angeordnet. Der Drehzahlsensor ist konfiguriert, um ein Sensorsignal entsprechend einer Drehzahl des Motors relativ zu dem Stator zu erzeugen. Die Konverterschaltung ist konfiguriert, um elektrisch mit dem Stator und zumindest einer Last über einen gemeinsamen Bus zu kommunizieren. Die Steuervorrichtung befindet sich in elektrischer Übertragungsverbindung mit dem Drehzahlsensor und der Konverterschaltung. Die Steuervorrichtung ist ferner konfiguriert, um eine relative Rotorposition basierend auf dem Sensorsignal und den Phasenströmen zu bestimmen, eine absolute Rotorposition basierend auf dem Sensorsignal zu bestimmen, und das Sensorsignal basierend auf einem Versatz zwischen der relativen Rotorposition und der absoluten Rotorposition zu kalibrieren.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine schematische Ansicht eines beispielhaften Ausführungsbeispiels eines Rotordrehzahlschätzsystems, wie es auf einen typischen elektrischen Antrieb angewendet wird;
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2 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Schätzen der Rotordrehzahl eines Generators für einen elektrischen Antrieb;
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3 ist eine graphische Ansicht der Ausgaben eines Drehzahlsensors und eines Stromsensors;
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4 ist eine graphische Ansicht der Induktivität als einer Funktion der Rotorposition;
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5 ist eine graphische Ansicht der Induktivität in einem Generator und des entsprechenden Phasenstroms;
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6 ist eine graphische Ansicht einer absoluten Rotorposition eines Generators und des entsprechenden Phasenstroms;
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7 ist eine graphische Ansicht eines Einphasenstroms in einem Stator eines Generators;
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8 ist eine graphische Ansicht der Dreiphasenströme in einem Stator eines Generators;
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9 ist eine graphische Ansicht der Dreiphasenströme der 8, die in zwei Gleichstromsignale unter Verwendung eines Phasenregelkreises transformiert wurden;
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10 ist eine graphische Ansicht der Phasenwinkelausgabe von dem Phasenregelkreis, der verwendet wurde, um die zwei Gleichstromsignale der 9 zu transformieren; und
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11 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Schätzung der Rotordrehzahl eines elektrischen Antriebs.
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Detaillierte Beschreibung
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Nun wird im Detail auf spezifische Ausführungsbeispiele oder Merkmale Bezug genommen, von denen Beispiele in den begleitenden Zeichnungen dargestellt sind. Im Allgemeinen werden entsprechende Bezugszeichen über die Zeichnungen hinweg verwendet, um auf die gleichen oder auf entsprechende Teile Bezug zu nehmen.
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1 stellt schematisch einen beispielhaften elektrischen Antrieb 100 dar, der eingesetzt werden kann, um Leistung zwischen einer primären Leistungsquelle 102 und einer oder mehreren elektrischen Lasten 104 zu übertragen. Die primäre Leistungsquelle 102 kann beispielsweise einen Dieselmotor, einen Benzinmotor, einen Erdgasmotor oder irgendeine andere Art von Rotationsquelle umfassen, die gewöhnlich zur Erzeugung von Leistung verwendet wird. Die Last 104 kann eine oder mehrere Vorrichtungen oder Komponenten umfassen, die elektrische Leistung verbrauchen. Beispielsweise kann in Bezug auf industrielle Arbeitsmaschinen oder mobile Arbeitsfahrzeuge die Last 104 einen oder mehrere Motoren zum Betreiben von Werkzeugen der Maschine und/oder einen oder mehrere Traktionsmotoren umfassen, um die Bewegung des Fahrzeugs zu bewirken. Die primäre Leistungsquelle 102 kann ebenfalls konfiguriert sein, um mechanisch Leistung an eine elektrische Maschine 106 des elektrischen Antriebs 100 über eine Kopplung 108 zu übertragen, wie beispielsweise eine axial rotierende Antriebswelle oder Ähnliches. Die elektrische Maschine 106 kann irgendeine geeignete Maschine umfassen, die konfiguriert ist, um elektrische Leistung ansprechend auf eine extern gelieferte Rotationseingabe zu produzieren.
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In dem bestimmten Ausführungsbeispiel der 1 kann die elektrische Maschine 106 die Form eines Generators mit geschalteter Reluktanz annehmen, der konfiguriert ist, um elektrische Leistung ansprechend auf die Rotationseingabe von der primären Leistungsquelle oder des Motors 102 zu produzieren. Wie in der Technik gut bekannt ist, kann der Generator 106 einen Rotor 110 aufweisen, der in drehbarer Weise innerhalb eines festen Stators 112 angeordnet ist. Der Rotor 110 des Generators 106 kann in drehbarer Weise mit einem Ausgang des Motors 102 über die Kopplung 108 oder in anderen Ausführungsbeispielen über eine direkte Kurbelwelle, einen Getriebestrang, eine Hydraulikschaltung oder Ähnliches gekoppelt sein. Der Stator 112 des Generators 106 kann elektrisch mit einem gemeinsamen Bus 114 des elektrischen Antriebs 100 über eine Konverterschaltung 116 gekoppelt sein. Während eines Erzeugungsmodus des Betriebs, während der Rotor 110 des Generators 106 innerhalb des Stators 112 durch den Motor 102 gedreht wird, kann elektrischer Strom innerhalb des Stators 112 induziert werden und an die Konverterschaltung 116 geliefert werden. Die Konverterschaltung 116 kann wiederum die elektrischen Signale in eine geeignete Gleichstrom- bzw. DC-Spannung zur Verteilung an die elektrische Last 104 und/oder irgendeine andere Vorrichtung über den gemeinsamen Bus 114 umwandeln. Der gemeinsame Bus 114 kann eine positive Leitung 118 und eine negative Leitung oder Erdungsleitung 120 vorsehen, über die der gemeinsame Bus 114 eine gemeinsame Gleichstrom-Busspannung zwischen einer oder mehreren, elektrisch parallelen Vorrichtungen der elektrischen Antriebseinheit 100 übertragen kann. Die Last 104 kann eine Schaltung zum Umwandeln der Gleichstromspannung, die durch die Konverterschaltung 116 geliefert wird, in die geeigneten elektrischen Signale zum Betreiben von irgendeiner oder mehreren der elektrischen Vorrichtungen, die mit dem elektrischen Antrieb 100 assoziiert sind, aufweisen. Es kann zusätzlich bewirkt werden, dass der Generator 106 zusätzlich die Rotation des Rotors 110 ansprechend auf elektrische Signale verursacht, die an den Stator 112 von dem gemeinsamen Bus 114 beispielsweise während eines Anlassmodus des Betriebs vorgesehen werden, oder wenn die elektrische Last 104 die Quelle der elektrischen Leistung wird.
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Die Konverterschaltung 116 kann eine Reihe von Transistoren oder Gate- bzw. Gatterschaltern 122 und Dioden 124 umfassen, um selektiv eine oder mehrere Phasenwicklungen des Generators 106 anzuschalten bzw. zu aktivieren. Ein dreiphasiger Generator 106 mit geschalteter Reluktanz kann beispielsweise unter Verwendung einer Konverterschaltung 116 mit sechs Schaltern 122 und sechs Dioden 124 zum selektiven Aktivieren und Deaktivieren jeder der drei Phasen des Generators 106 angetrieben werden. Jeder der Schalter 122 kann ferner über die Gattersignale aktiviert oder deaktiviert werden, während eine externe oder sekundäre Leistungsquelle 126 Leistung über die positiven und negativen Leitungen 118, 120 des gemeinsamen Busses 114 hinweg vorsieht, um Strom durch die entsprechend aktivierten Schalter 122 und Dioden 124 zu leiten. Die anfängliche Leistung an die Konverterschaltung 116 und den Generator 106 kann durch eine sekundäre Leistungsquelle 126 geliefert werden, die die Form von beispielsweise einer Batterie einnimmt, oder einer Restspannung, die in einem Kondensator des gemeinsamen Busses 114 gespeichert ist, oder irgendeine andere geeignete Gleichstromquelle.
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Immer noch auf 1 Bezug nehmend, kann der elektrische Antrieb 100 ebenfalls mit einem beispielhaften Rotordrehzahlschätzsystem 128 vorgesehen sein, das konfiguriert ist, um den elektrischen Antrieb 100 basierend auf der Rotationsfrequenz der elektrischen Maschine 106 zu kalibrieren. Das Rotordrehzahlschätzsystem 128 kann einen oder mehrere Drehzahlsensoren 130 und eine assoziierte Steuervorrichtung 132 umfassen. Darüber hinaus können die Drehzahlsensoren 130 einen Hall-Effekt-Sensor, einen variablen Reluktanzsensor bzw. Sensor für variable Reluktanz, einen anisotropen Magnetoresistenzsensor oder irgendeinen anderen geeigneten Sensor umfassen, der angepasst werden kann, um ein Drehzahlsensorsignal zu erzeugen, welches der Rotationsfrequenz des Rotors 110 relativ zu dem Stator 112 entspricht. Darüber hinaus können die Drehzahlsensoren 130 in enger Nähe des Rotors 110 angeordnet sein und konfiguriert sein, um die Rotationsfrequenz des Rotors 110 in Bezug auf den Stator 112 zu bestimmen. Die Drehzahlsensoren 130 können optional in enger Nähe zu der Kopplung 108 angeordnet sein, oder irgendeinem anderen Rotationsausgang des Motors 102, um indirekt eine Rückkopplung entsprechend der Rotationsfrequenz des Rotors 110 basierend auf bekannten mechanischen Beziehungen zwischen dem Rotor 110 und der Kopplung 108, die starr an diesen gekoppelt ist, vorzusehen. Durch Zuweisen eines anfänglichen Auslesens des Drehzahlsensors 130 als einer Referenz und durch Verfolgen der Drehzahlsensorsignale oder der Rotationsfrequenz des Rotors 110 von dieser Referenz, kann es möglich sein, die Position des Rotors 110 relativ zu dem Stator 112 abzuleiten. Die Drehzahlsensorsignale, die durch die Drehzahlsensoren 130 erzeugt werden, können an einen Eingang der Steuervorrichtung 132 zur weiteren Verarbeitung übertragen werden.
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Ansprechend auf die Drehzahlsensorsignale und basierend auf den Analysen der Phasenströme des Generators 106, kann die Steuervorrichtung 132 der 1 die geeigneten Gattersignale an die Konverterschaltung 116 liefern, um eine effizientere Steuerung des assoziierten Generators 106 vorzusehen. Genauer gesagt, kann die Steuervorrichtung 132 Stromsensoren oder irgendein anderes geeignetes Mittel zum Detektieren der Phasenströme des Generators 106 einsetzen. Basierend auf den detektierten Phasenströmen und den detektierten Frequenzen und/oder Phasen von diesem und unter Verwendung eines geschlossenen Regelkreises oder Algorithmus, kann die Steuervorrichtung 132 konfiguriert sein, um einen minimalen Phasenstrom an den Generator 106 zu liefern. Dementsprechend kann die Induktivität, die durch die Rotation des Rotors 110 innerhalb des Generators 106 verursacht wird, den Strom variieren und ferner eine im Wesentlichen sinusförmige, gegenelektromotorische Kraft bzw. BEMF (BEMF = Back Electromotive Force) erzeugen. Analysen der BEMF-Wellenform können es der Steuervorrichtung 132 ermöglichen, zusätzlich die Drehzahl ebenso wie die absolute Position des Rotors 110 innerhalb des Generators 106 zu bestimmen. Die Steuervorrichtung 132 kann unter Verwendung von einem oder mehrerer der folgenden Elemente ausgeführt werden: ein Prozessor, eine Mikrosteuervorrichtung, ein digitaler Signalprozessors bzw. DSP, eine feldprogrammierbare Gatteranordnung bzw. FGPA, ein elektronisches Steuermoduls bzw. ECM, eine elektronische Steuereinheit bzw. ECU oder irgendein anderes geeignetes Mittel zur elektronischen Steuerung der Funktionalität des Rotordrehzahlschätzsystems 128. Die Steuervorrichtung 132 kann konfiguriert sein, um gemäß einem vorbestimmten Algorithmus oder Satz von Anweisungen zu arbeiten, um den elektrischen Antrieb 100 basierend auf der Drehzahl oder der Position des Rotors 110 und den Gesamtbetriebszuständen der elektrischen Antriebseinheit 100 zu betätigen. Ein derartiger Algorithmus oder Satz von Anweisungen kann vorprogrammiert oder in einem Speicher der Steuervorrichtung 132, wie dieser gewöhnlich in der Technik verwendet wird, enthalten sein.
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Nun auf 2 Bezug nehmend, ist ein beispielhaftes Verfahren zum Schätzen der Rotordrehzahl vorgesehen, das eine Vielzahl von Schritten aufweist, die selektiv durch die Steuervorrichtung 132 durchgeführt werden können, und zwar periodisch oder beispielsweise während eines Anlaufens des assoziierten elektrischen Antriebs 100. In einem anfänglichen Schritt kann die Steuervorrichtung 132 einen DC-Quellenstrom an den Generator 106 liefern, während sich der Rotor von einer primären Leistungsquelle 102 dreht, was es der Induktivität der rotierenden Maschine ermöglicht, eine periodische Wellenform oder einen Phasenstrom in jeder Phase des Generators 106 zu erzeugen. Wenn sich der Rotor 110 relativ zu dem Stator 112 dreht, kann die Steuervorrichtung 132 zusätzlich die Drehzahlsensorsignale überwachen, die durch die Drehzahlsensoren 130 vorgesehen werden, um eine relative Rotordrehzahl oder die relative Position des Rotors 110 in Bezug auf den Stator 112 zu bestimmen. Genauer gesagt, können die Drehzahlsensorsignale auf den Versatz des Rotors 110 in Bezug auf den stationären Stator 112 ansprechen und quadratische Wellenformen aufweisen, wie beispielsweise in 3 gezeigt. Während die quadratischen Wellenformen die Geschwindigkeit oder die Frequenz des Rotors 110 anzeigen können, kann die entsprechende Phase des Drehzahlsensorsignals eine Anzeige der relativen Position des Rotors 110 relativ zu dem Stator 112 vorsehen. Demgemäß kann es möglich sein, die relative Rotorposition basierend auf der Rückkopplung abzuleiten, die durch die Drehzahlsensoren 130 vorgesehen wird.
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Wie zuvor diskutiert, können die Induktivität ebenso wie die Phasenströme und folglich die BEMF des Generators 106 variieren, wenn sich der Rotor 110 relativ zu dem Stator 112 dreht. Wie bei 0° und 360° in 4 gezeigt, kann beispielsweise die Induktivität am größten sein, wenn sich die Wicklungsträger bzw. Polschuhe 134 des Stators 112 in direkter Ausrichtung mit einem der Pole 136 des Rotors 110 befinden. Entsprechend kann die vom Generator 106 erzeugte Induktivität am geringsten sein, wenn die Wicklungsträger 134 des Stators 112 vollständig nicht mit den Polen 136 des Rotors 110 ausgerichtet sind. Wie im Schaubild der 5 gezeigt, können, wenn ein kleiner Gleichstrom an den Stator 112 geliefert wird, Veränderungen in der Induktivität wiederum im Wesentlichen sinusförmige Phasenströme oder BEMF induzieren. Basierend auf einer weiteren Analyse der Induktivität und den resultierenden Phasenströmen kann es möglich sein, eine Wellenform zu bestimmen, die eine Anzeige für die absolute Rotorposition bildet, wie beispielsweise in 6 gezeigt und genauer nachfolgend diskutiert wird.
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Zurück auf
2 Bezug nehmend, kann die Steuervorrichtung
132 die Phasenströme und/oder Induktivität des Generators
106 überwachen und die zuvor abgeleitete, relative Rotorposition einsetzen, um eine absolute Rotorposition oder die absolute Position des Rotors
110 relativ zu dem Stator
112 zu bestimmen. Insbesondere kann die Steuervorrichtung
132 die absolute Rotorposition durch Einsetzen der Spitzendetektion, der Detektion der Maximumableitung und/oder Ähnlichem auf den im Wesentlichen sinusförmigen Wellenformen der Phasenströme bestimmen. Beispielsweise kann, wie in
7 gezeigt, die Steuervorrichtung
132 die absolute Rotationsposition und/oder die Zeitsteuerung bzw. das Timing des Rotors
110 mit ausgewählten Punkten der Phasenstromwellenform, die die Spitzendetektion maximaler Größe und/oder die größte Veränderungsrate der Maximumableitung besitzt, korrelieren. Die Steuervorrichtung
132 kann ebenfalls die absolute Rotorposition basierend auf einer PLL- bzw. Phasenregelkreisanalyse bestimmen. Wie in
8 gezeigt, kann beispielsweise die Steuervorrichtung
132 ursprünglich drei alternierende Phasenströme I
A, I
B, I
C von dem Generator
106 erfassen. Unter Verwendung geeigneter Filter kann die Steuervorrichtung
132 imstande sein, die drei im Wesentlichen sinusförmigen Phasenströme in zwei Gleichstrom-Phasensignale I
α, I
β umzuwandeln, wie in
9 gezeigt. Darüber hinaus kann unter Verwendung der klassischen Proportional-Integral- bzw. PI-Steuerung beispielsweise die Steuervorrichtung
132 imstande sein, einen der zwei Gleichstrom-Phasensignale I
α, I
β auf null zu steuern. Die zwei Gleichstrom-Phasensignale I
α, I
β können beispielweise abgeleitet werden, und zwar unter Verwendung von
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Aus den im Wesentlichen normalisierten Gleichstrom-Phasensignalen Iα, Iβ kann die Steuervorrichtung 132 ferner konfiguriert sein, um die absolute Rotorposition aus dem angewendeten Versatz θ zu bestimmen, wie in 10 gezeigt.
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Nachdem sowohl die relativen als auch absoluten Rotorpositionen bestimmt worden sind, kann die Steuervorrichtung 132 die zwei Rotorpositionen hinsichtlich irgendeines Fehlers oder Versatzes vergleichen. Wenn es einen Versatz zwischen den relativen und absoluten Rotorpositionen gibt, die durch die Phasenströme und die Drehzahlsensorsignale vorgesehen werden, kann die Steuervorrichtung 132 die Drehzahlsensorsignale anpassen oder kalibrieren, so dass sie zur absoluten Rotorposition passen und im Wesentlichen den Versatz beseitigen. Darüber hinaus können die Drehzahlsensorsignale durch die Steuervorrichtung 132 angepasst werden, beispielsweise durch Anpassen des Timings oder der Phase von diesen, so dass die relative Rotorposition direkt mit der absoluten Rotorposition übereinstimmt. Sobald die Rotorposition auf die absolute Rotorposition kalibriert worden ist, kann die Steuervorrichtung 132 die dynamische Bedienersteuerung des Generators 106 aktivieren, so dass sie auf den kalibrierten Drehzahlsensorsignalen basiert und die effiziente Leistung von dieser sicherstellen. Darüber hinaus kann die Steuervorrichtung 132 optional weitere Phasenstromanalysen bis zur nächsten Kalibrierungsanfrage oder bis zum nächsten Anfahren des elektrischen Antriebs 100 beenden.
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Sich nun 11 zuwendend, ist ein weiteres beispielhaftes Verfahren zur Schätzung der Rotordrehzahl eines Generators 106, wie es auf einen elektrischen Antrieb 100 angewendet wird, vorgesehen. Wie gezeigt, kann die Steuervorrichtung 132 des elektrischen Antriebs 100 ursprünglich überwachen, ob ein Maschinenschlüssel, Knopf oder Ähnliches beispielsweise durch einen Bediener aktiviert wird. Beim Anfahren können die primäre Leistungsquelle oder Maschine 102 ebenso wie eine sekundäre Leistungsquelle 126 gestartet und aktiviert werden. Sobald die Leistung aktiviert wurde, kann die relative Rotordrehzahl oder -position basierend auf der Analyse eines Drehzahlzeitsteuerrades bzw. Winkelgebers oder Ähnlichem bestimmt werden. Die Steuervorrichtung 132 kann bereitstehen und warten, bis der Motor 102 eine beständige Leerlaufdrehzahl erreicht und der elektrische Antrieb 100 eine vordefinierte, minimale Gleichgewichts-DC-Spannung aufbaut. Im Gleichgewicht kann die Steuervorrichtung 132 voranschreiten, um die Gleichstrom- bzw. DC-Spannung oder den Quellenstrom an den Generator 106 ui liefern, um einen Phasenstrom für jede Phasenwicklung des Generators 106 zu induzieren. In einer Art und Weise, die dem Verfahren der 2 ähnlich ist, kann die Steuervorrichtung 132 eine absolute Position des Rotors 110 ableiten, und zwar basierend auf der zuvor abgeleiteten, relativen Rotorposition und der Analyse der induzierten Phasenstromwellenformen, die der Generator 106 aufweist. Die Steuervorrichtung 132 kann dann die Drehzahlsensorsignalwellenformen, die durch den Drehzahlsensor 130 vorgesehen werden, kalibrieren oder anpassen, so dass sie direkt mit der zuvor abgeleiteten, absoluten Rotorposition übereinstimmen. Sobald die Kalibrierung abgeschlossen ist und es keinen wesentlichen Versatz zwischen den relativen und absoluten Rotorpositionen gibt, kann die Steuervorrichtung 132 eine vollständige Bedienersteuerung der elektrischen Antriebseinheit 100 aktivieren.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Im Allgemeinen weist die vorangehende Offenbarung einen Nutzen in verschiedenen Anwendungen auf, die sich auf die Stromproduktion beziehen. Insbesondere können die offenbarten Systeme und Verfahren verwendet werden, um eine effizientere Steuerung der Generatoren vorzusehen, die typischerweise in Verbindung mit elektrischen Antriebseinheiten der Leistungserzeugungsmaschinen verwendet werden, ebenso wie mit elektrischen Antriebseinheiten industrieller Arbeitsfahrzeuge, mobiler Maschinen und Ähnlichem. Darüber hinaus kann das offenbarte Rotorpositionsschätzschema auf elektrische Antriebseinheiten angewendet werden, die Generatoren mit geschalteter Reluktanz besitzen. Darüber hinaus können die hierin offenbarten Systeme und Verfahren konfiguriert sein, um so oft wie erwünscht neu kalibriert zu werden, um die Effizienz und Unempfindlichkeit der assoziierten elektrischen Antriebseinheit zu optimieren.
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Aus dem Vorangehenden wird erkannt werden, dass während nur bestimmte Ausführungsbeispiele zum Zweck der Erläuterung dargestellt wurden, Alternativen und Modifikationen aus der obigen Beschreibung Fachleuten des Gebiets offensichtlich sein werden. Diese und andere Alternativen werden als Entsprechungen und innerhalb des Rahmens und Umfangs dieser Offenbarung und der beigefügten Ansprüche angesehen.
