DE19620808A1

DE19620808A1 - Stromrichter- und Steuersystem sowie -verfahren für einen Motor mit induktiver Last

Info

Publication number: DE19620808A1
Application number: DE19620808A
Authority: DE
Inventors: Karmen Cox
Original assignee: Emerson Electric Co
Current assignee: Emerson Electric Co
Priority date: 1995-05-26
Filing date: 1996-05-23
Publication date: 1996-11-28
Also published as: GB2301496A; CA2176061A1; CA2176061C; GB9609718D0; GB2301496B; US5703456A; BR9602466A; TW451548B; MX9602003A

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Stromrichter- und Steuersystem für einen Motor, bei dem eine induktive Last ver wendet wird, wie z. B. ein geschalteter Reluktanzmotor. Mehr insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein verbessertes Stromrichter- und Steuersystem, das den Strom, der durch die induktive Last fließt, und den Spannungswert ei ner Speichervorrichtung, die mit der induktiven Last verbunden ist, dynamisch steuert, um die Leistungs- und Betriebskennda ten des Motors zu verbessern.

Geschaltete Reluktanzmotoren können in einem breiten An wendungsbereich verwendet werden. Zum Beispiel können ge schaltete Reluktanzmotoren als Kleinmotoren oder Motoren nied riger Leistung (736-2208 Watt oder 1-3 PS) in Haushaltsgeräten wie Waschmaschinen, Klimaanlagen, Kühlschränken und Staubsau gern verwendet werden. In anderen Fällen können geschaltete Reluktanzmotoren in Bohrmaschinen, Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen sowie zum Steuern des Schreibstiftes eines Dia grammschreibers, der zum Zeichnen von durch einen Computer er zeugten Diagrammen, Zeichnungen usw. benutzt wird, verwendet werden. In Fällen, die eine größere Leistung verlangen, werden geschaltete Reluktanzmotoren benutzt, um industrielle Pumpen anzutreiben, um Fahrstuhlkabinen zu heben und zu senken, usw. In vielen dieser Anwendungsfälle lassen sich auch Universal-, Induktions- oder Permanentmagnet (PM)-Motoren einsetzen.

Geschaltete Reluktanzmotoren weisen üblicherweise einen Läufer auf, der nichtbewickelte Läuferpole hat, und einen Ständer, der eine oder mehrere Wicklungen (N Wicklungen) auf entgegen gesetzten Ständerpolen hat. Eine Motorwicklung entspricht ei ner Motorphase. Geschaltete Reluktanzmotoren mit N Wicklungen, ob einphasig oder mehrphasig, arbeiten üblicherweise mit einem Stromrichter. Zum Beispiel verlangt bei einem dreiphasigen Mo tor der herkömmliche Stromrichter zwei Klemmenverbindungen pro Motorwicklung. Weiter, der Stromrichter verlangt Festkörper vorrichtungen für die Versorgung der Wicklungen mit elek trischer Energie. Manche dieser Festkörpervorrichtungen sind Dioden, von denen eine Anzahl so geschaltet wird, daß sie eine Diodenbrückenschaltung bilden, die in Kombination mit einem üblicherweise großen Kondensator, der in dem Stromrichter be nutzt wird, einen relativ schlechten Leistungsfaktor ergibt. Der Kondensator kann eine Voraufladungsschaltung haben, und die Diodenbrücke kann einen hohen Stoßnennwert zum Schutz ge gen Diodenausfall benötigen.

Der Stromrichter versorgt die Phasenwicklungen des Motors un ter der Steuerung eines Reglers mit elektrischer Energie. Der Regler, der einen Mikroprozessor oder eine an wendungsspezifische integrierte Schaltung (Application Speci fic IC oder ASIC) enthalten kann, erfaßt oder überwacht ver schiedene Betriebsparameter (Motordrehzahl, Läu ferwellenposition, Drehmomenteinstellungen, usw.) und versorgt den Stromrichter mit Steuersignalen. Unter Verwendung der Steuersignale zu vorbestimmten Zeiten während der Phasenerre gungsintervalle für die Wicklungen zum Umschalten zwischen den Spannungswerten, die durch den Stromrichter an die Motorwick lungen angelegt werden, steuert der Regler den Stromfluß zu den Motorwicklungen. Drehmoment wird in dem Motor dadurch ge bildet, daß der magnetische Kreis bestrebt ist, eine Konfigu ration minimaler Reluktanz für ein entgegengesetztes Paar Läu ferpole anzunehmen, die in Ausrichtung mit einer erregten Wicklung gezogen werden sollen. Durch Umschalten der Motor wicklungen in der passenden Sequenz wird sich der Läufer in der einen oder anderen Richtung kontinuierlich drehen, so daß Drehmoment in der geeigneten Richtung kontinuierlich entwic kelt wird.

Die grundlegenden Betriebs- und Entwurfskenndaten von ge schalteten Reluktanzmotoren sind beschrieben in einem Aufsatz von T. J. E. Miller mit dem Titel SWITCHED RELUCTANCE DRIVES, der auf der PCIM-Konferenz 1988 präsentiert worden ist. Miller beschreibt eine Vielfalt von Steuerschaltungen, durch die ein geschalteter Reluktanzmotor von einem Betriebszustand auf einen anderen in Abhängigkeit von den gewünschten Betriebs kenndaten des Motors umgeschaltet wird. Andere Stromrichter- und Steuertopologien sind angegeben in Vukosavic und Stefano vic, SRM INVERTER TOPOLOGIES: Band 27, Nr. 4, Novem ber/Dezember 1991, und weitere Stromrichter- und Steuersysteme sind in dem US-Patent Nr. 5 155 181 von Sood und in der US-Pa tentanmeldung Nr. 08/175 562 beschrieben, die beide im Besitz von Emerson Electric Co., St. Louis, MO, sind.

Diese Stromrichter- und Steuersysteme leiten einen Stromfluß zu den Wicklungen ein. Einige Stromrichter- und Steuersysteme gestatten die Übertragung von Energie auf einen Kondensator an dem Ende der Wicklungsaktivierung. Zum Beispiel, der herkömm liche Wechselrichter, bei dem zwei Schaltvorrichtungen pro Phasenwicklung benutzt werden, die Bifilar- und Split-link-1N- Konfigurationen, bei denen eine Schaltvorrichtung pro Phasen wicklung benutzt wird, und die Miller- und Buck-boost(Zu- und Gegenschaltung)-"N+1"-Konfigurationen arbeiten mit Energieübertragung auf einen Netzfilterkondensator, bei dem es sich um einen großen Kondensator handelt, der in der Lage ist, die Spannung auf einen Wert nahe dem Scheitelwert der Netz spannung zu halten und während Nulldurchgängen eines einpha sigen Wechselstromnetzes Strom zu liefern.

Bei der C-Entladung-(C-dump)-Konfiguration wird üblicherweise ein großer zweiter Kondensator benutzt, der auf das Doppelte der Spannung des Netzfilterkondensators aufgeladen wird, damit man gleiche Magnetisierungs- und Entmagnetisierungsspannungen hat. Der Netzfilterkondensator liefert der gegenwärtigen Wick lung während des Erregungsintervalls für die gegenwärtige Phase den Magnetisierungsstrom. Der zweite Kondensator emp fängt Energie nur an dem Ende des Erregungsintervalls und ent lädt sich über eine zusätzliche Schaltvorrichtung an dem Be ginn des Erregungsintervalls für die nächste Phase, wodurch die Entmagnetisierungsenergie aus der gegenwärtigen Phase in Magnetisierungsenergie für die nächste Phase umgewandelt wird.

Der Sood-Wechselrichter arbeitet auf ähnliche Weise wie der C- Entladung-Wechselrichter, mit der Ausnahme, daß der zweite Kondensator klein genug sein kann, damit die Entmagnetisierung beschleunigt erreicht wird. Infolgedessen kann zur Zeit der Entladung die Spannung des zweiten Kondensators mehr als das Doppelte der Netzspannung sein, und durch gleichzeitiges Erre gen der zusätzlichen Schaltvorrichtung wird die Geschwindig keit der Magnetisierung der nächsten Phase gesteigert. Wie bei dem C-Entladung-Wechselrichter wird jedoch der zweite Konden sator des Sood-Wechselrichters nur mit Entmagnetisierungsener gie an dem Ende eines Phasenerregungsintervalls aufgeladen.

Es gibt mehrere Nachteile bei vielen gegenwärtigen Strom richter- und Reglersystemen. Zum Beispiel, Systeme, die den Kondensator nur mit der Energie aufladen können, die an dem Ende eines Phasenwicklungserregungsintervalls verfügbar ist, können keine beschleunigte Energieübertragung zu anderen Zei ten während des Phasenwicklungserregungsintervalls bewirken. Diese Systeme können nicht mehr Energie übertragen, als durch die mittlere Energie bereitgestellt wird, welche an dem Ende des Phasenerregungsintervalls verfügbar ist.

Außerdem, Stromrichter- und Reglersysteme, die große Kon densatoren verlangen, welche an der gleichgerichteten Spannung des Wechselstromnetzes liegen, finden einen begrenzten Anwen dungsbereich und haben einen relativ schlechten Leistungsfak tor, weil der Stromrichter nur Strom aufnimmt, wenn die Wech selstromnetzspannung in der Nähe ihres Scheitelwerts ist. Das führt dazu, daß dritte Stromharmonische auf die Stromleitungen zurückwirken und daß der von den Stromleitungen zur Verfügung gestellte Strom schlecht ausgenutzt wird. Das gilt sowohl für ein- als auch für mehrphasige Stromrichtersysteme.

Bei gegenwärtigen Stromrichter- und Steuersystemen kommt es zu einer Verschlechterung des Motorwirkungsgrades wegen verschie dener Verlusteffekte. Zum Beispiel, bekannte Regler sind nicht in der Lage, die Eisenverluste zu minimieren, die den Motor wirkungsgrad verschlechtern. Die Eisenverluste sind eine Funk tion sowohl der Änderungsgeschwindigkeit des Flusses als auch der Flußdichte in den Polen des Läufers und des Ständers. Diese wiederum sind eine Funktion des Stromflusses in den Wicklungen, aber die gegenwärtigen Stromrichter- und Steuerge bilde sorgen nicht für eine ausreichende Steuerung des Pol stroms zu der geeigneten Zeit in einem Phasenerregungsinter vall, um die Eisenverluste zu minimieren.

Viele gegenwärtige Stromrichter- und Steuersysteme arbeiten mit teuerer Elektronik und teueren Sensoren. Zum Beispiel, bei einigen Stromrichter- und Steuersystemen werden große Konden satoren benutzt, die relativ teuer sind.

Es besteht daher ein Bedarf an einem verbesserten Strom richter- und Reglersystem für einen Motor mit einer induktiven Last, das für einen verbesserten und effizienten Motorbetrieb sorgt und die Nachteile der gegenwärtigen Stromrichter- und Reglersysteme eliminiert oder reduziert.

Die vorliegende Erfindung beinhaltet ein Stromrichter- und Reglersystem für einen Motor mit einer induktiven Last, wie beispielsweise einen geschalteten Reluktanzmotor, das für eine verbesserte Motorleistung sorgt und die Nachteile des Standes der Technik reduziert. Das verbesserte Stromrichter- und Reg lersystem erreicht das durch die Verwendung einer Speichervor richtung, die mit einem Rückleitungsbus verbunden ist, zum dy namischen Übertragen von Energie zwischen der induktiven Last und der Speichervorrichtung gemäß der Festlegung durch einen Regler. Die Energieübertragung ist dynamisch, weil der Regler die Energieübertragung zu jeder Zeit in Abhängigkeit von ge wissen Betriebsparametern wie dem Strom in der induktiven Last und der in der Speichervorrichtung gespeicherten Energie ein leitet. Der Regler bewirkt die dynamische Energieübertragung, indem er das dynamische Umschalten von Spannungswerten an der induktiven Last bewirkt und den Stromrichter als einen Zusatz wechselrichter für die Speichervorrichtung zu den passenden Zeiten betreibt. Um das zu erreichen, überwacht der Regler sowohl den Strom in der induktiven Last als auch die in der Speichervorrichtung gespeicherte Energie und steuert dynamisch den Rückleitungsbus, um Energie zwischen der Speichervorrich tung und der induktiven Last zu übertragen.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung ist das Stromrichter- und Steuersystem für einen geschal teten Reluktanzmotor mit N Wicklungen bestimmt. Jede Wicklung hat ein erstes Ende und ein zweites Ende, und der Stromrichter hat einen Versorgungsbus, der mit dem ersten Ende jeder der N Wicklungen elektrisch gekoppelt ist, und einen gemeinsamen Bus, der mit dem zweiten Ende jeder Wicklung elektrisch gekop pelt ist. Der Stromrichter hat außerdem einen Rückleitungsbus, der mit den Wicklungen elektrisch gekoppelt ist, und eine Speichervorrichtung ist mit dem Rückleitungsbus elektrisch ge koppelt, um Energie zu speichern. Der Regler steuert den Strom in den Wicklungen dynamisch, indem er eine erste Gruppe von Steuersignalen, die den Wicklungen zugeordnet sind, in Koordi nation mit einem zweiten Steuersignal für den Rückleitungsbus aktiviert. Demgemäß schaltet der Regler die Spannungswerte an den Wicklungen dynamisch. Der Begriff "elektrisch gekoppelt" wird benutzt, um anzugeben, daß die Gebilde direkt gekoppelt oder daß zwischengeschaltete Vorrichtungen wie Dioden oder Transistoren zwischen den elektrisch gekoppelten Gebilden vor handen sein können.

Der Regler steuert, genauer gesagt, die Erregung der Wicklun gen mit der ersten Gruppe von Steuersignalen und steuert den Rückleitungsbus mit dem zweiten Steuersignal. Durch Aktivieren des Rückleitungsbusses mit dem zweiten Steuersignal macht der Regler die in der Speichervorrichtung gespeicherte Energie für die Wicklungen verfügbar. Der Regler überwacht sowohl die Pha senströme für die Wicklungen als auch die in der Speichervor richtung gespeicherte Energie und steuert dynamisch sowohl die Energie in der Speichervorrichtung als auch die Phasenströme in den Wicklungen. Der Regler tut das durch dynamisches Über tragen von Energie zwischen der Speichervorrichtung und den Wicklungen. Der Regler steuert die dynamische Übertragung von Energie durch Steuern sowohl der Aktivierung/Inaktivierung der Wicklungen als auch der Aktivierung/Inaktivierung des Rücklei tungsbusses in Abhängigkeit von den Phasenströmen der Wicklun gen und der in der Speichervorrichtung gespeicherten Energie. Wenn die Energie, die aus dem Stromnetz verfügbar ist, für den Motor in einem besonderen Teil des Phasenerregungsintervalls unzulänglich ist, kann der Regler sofort den Rückleitungsbus aktivieren, um dynamisch Energie aus der Speichervorrichtung auf den Motor zu übertragen, bis die Betriebsbedingungen etwas anderes diktieren. Wenn die aus dem Stromnetz verfügbare Ener gie für den Motor ausreichend ist und der Energiewert der Speichervorrichtung in einem besonderen Zeitpunkt niedrig ist, dann kann der Regler augenblicklich den Rückleitungsbus inak tivieren, um die Speichervorrichtung aufzuladen, bis die Be triebsparameter etwas anderes diktieren.

Demgemäß sorgt das verbesserte Stromrichter- und Reglersystem nach der vorliegenden Erfindung für eine verbesserte Motorlei stung und reduziert die Nachteile der gegenwärtigen Stromrich ter- und Reglersysteme, wie es im folgenden noch näher be schrieben ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Läuferbaugruppe und einer Ständerbaugruppe für einen geschalteten Reluktanzmotor, bei dem das Stromrichter- und Reglersystem nach der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann;

Fig. 2a-d vier Relativpositionen eines Läuferzahns und eines Ständerpols, die während des Be triebes eines geschalteten Reluktanzmotors auftreten;

Fig. 3 ein vereinfachtes Blockschaltbild für ein System mit einem geschalteten Reluktanzmo tor, bei dem das Stromrichter- und Regler system gemäß den Prinzipien der vorliegen den Erfindung benutzt wird,

Fig. 4A und 4B Schaltbilder für zwei Ausführungsformen des Stromrichter- und Steuersystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung,

Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung der dynami schen Steuerung des Rückleitungsbusses und der Phasenwicklungen gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung,

Fig. 6 ein erweitertes Blockschaltbild eines Reg lers gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung,

Fig. 7 Eingangssignale für die Phasensteuerlogik für eine gegenwärtige Phase des Reglers nach Fig. 6,

Fig. 8A und 8B ein Flußdiagramm des Betriebes der Phasen steuerlogik für eine gegenwärtige Phase des Reglers nach Fig. 6,

Fig. 9 einen Phasenstrom, aufgetragen mit der Netzspannung und dem Spannungswert des Speicherkondensators des Stromrichter- und Reglersystems nach der vorliegenden Erfin dung,

Fig. 10 Beispiele von Wellenformabbildungen in der Phasensteuerlogik des Reglers nach Fig. 6,

Fig. 11 ein Diagramm, das die Phasenströme und die Kondensatorspannung während einer Phase des Motorbetriebes veranschaulicht, und

Fig. 12 eine besondere Ausführungsform des Stromrichter- und Reglersystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung.

Im folgenden ist eine illustrative Ausführungsform der Erfin dung beschrieben, wie sie unter Verwendung des verbesserten Stromrichter- und Reglersystems sowie -verfahrens realisiert werden könnte, um eine effizientere und verbesserte Motorlei stung zu erzeugen. Der Übersichtlichkeit halber werden nicht sämtliche Merkmale einer tatsächlichen Realisierung in dieser Beschreibung beschrieben. Es ist jedoch klar, daß bei der Ent wicklung jeder derartigen tatsächlichen Realisierung (wie bei jedem Entwicklungsprojekt) zahlreiche realisierungsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, damit die besonderen Ziele und Unterziele des Entwicklers erreicht werden, wie z. B. die Anpassung an system- und geschäftsbezogene Zwänge, die von einer Realisierung zur anderen variieren werden. Darüber hin aus dürfte klar sein, daß eine solche Entwicklungsanstrengung komplex und zeitraubend sein könnte, trotzdem aber eine Rou tinetätigkeit der Vorrichtungsentwicklung für den einschlägi gen Fachmann sein könnte, der von der vorliegenden Beschrei bung profitiert.

Fig. 1 zeigt einen geschalteten Reluktanzmotor, der insgesamt mit der Bezugszahl 10 bezeichnet ist. Der geschaltete Reluk tanzmotor 10 hat eine Läuferbaugruppe 12 mit mehreren auswärts ausgeprägten Zähnen oder Läuferpolen 14. Der geschaltete Re luktanzmotor 10 hat weiter eine Ständerbaugruppe 16 mit mehre ren Ständerpolen 19 mit zwei Zähnen 21 pro Pol 19. Der Ständer 16 bat eine zentrale Bohrung 24 mit einem Durchmesser, der et was größer als der äußere Durchmesser des Läufers 12 ist. Die Läuferbaugruppe 12 ist in der Ständerbohrung 24 auf einer Läuferwelle 26 installiert, wodurch sich die Läuferbaugruppe 12 in bezug auf die Ständerbaugruppe 16 drehen kann. Mehrere Spulen- oder Wicklungsgruppen 28a-c sind in der Ständer baugruppe 16 installiert, wobei jede Gruppe entgegengesetzte Ständerpole 19 überspannt.

Bei der Ständerbaugruppe 16 wird eine Spaltpolanordnung mit sechs Ständerpolen 19 benutzt, die zwei Zähne 21 pro Pol 19 haben, wie es für den Fachmann zu erkennen ist. Die Ständer baugruppe 16 hat drei Phasen mit zwei entgegengesetzten Polen pro Phase oder einer Wicklungsgruppe pro Phase. Drehmoment wird in dem Motor 10 durch die Tendenz des magnetischen Krei ses entwickelt, eine Konfiguration minimaler Reluktanz anzu nehmen, d. h., damit ein entgegengesetztes Paar Läuferpole 14 in Ausrichtung mit einem erregten Paar Ständerpolen 19 gezogen wird, wodurch die Induktivität der erregten Spulen 28 maxi miert wird. Durch Erregen der Wicklungen in der passenden Se quenz wird der Läufer 12 sich in der einen oder anderen Rich tung kontinuierlich drehen, so daß Drehmoment in der ge eigneten Richtung kontinuierlich entwickelt wird.

Dem Fachmann dürfte klar sein, daß der geschaltete Motor 10 zu Erläuterungszwecken speziell beschrieben wird, es sollte aber auch klar sein, daß alternativ das Stromrichter- und Reglersy stem nach der vorliegenden Erfindung bei Motoren benutzt wer den kann, die andere Konfigurationen und eine andere Zahl von Ständer- und Läuferpolen haben.

Die Fig. 2a-d zeigen vier Positionen eines Läuferpols 31 rela tiv zu einem Ständerpol 33 sowie die entsprechenden Flußmuster 37 für die vier Positionen während des Betriebes eines ge schalteten Reluktanzmotors. Es sei beachtet, daß sich die Mo torkonfiguration nach den Fig. 2a-d von der Motorkonfiguration nach Fig. 1 dadurch unterscheidet, daß der Ständerpol 33 nur einen einzelnen auswärts ausgeprägten Zahn 33 aufweist. Fig. 2a zeigt den Läuferpol 31, der sich dem Ständerzahn 33 nähert, und, wie durch die Pfeile 39 angegeben, die Läuferbaugruppe dreht sich in bezug auf den Ständerzahn 33 im Uhrzeigersinn. Diese Position stellt eine große Trennung und eine niedrige Induktion zwischen dem Läuferpol 31 und dem Ständerzahn 33 dar. Wenn sich der Läuferpol 31 dem Ständerzahn 33 nähert, nimmt die Induktivität zu, und es wird ein positives Drehmo ment erzeugt. Die Anziehungskraft zwischen dem Läuferpol 31 und dem Ständerzahn 33 ist eine Funktion sowohl der Strom stärke als auch der Position des Läuferpols 31 relativ zu dem Ständerzahn 33. Daher wird während dieses Intervalls der Strom, der der Ständerwicklung (nicht dargestellt) zugeführt wird, gesteuert, um das gewünschte Drehmoment zu erzielen. Dieses Drehmoment ist zu der Energie proportional, die auf den Motor übertragen wird, wie die Eigen-EMK. Energie wird auf die Last übertragen, die mit dem Motor verbunden ist, gemäß der Gleichung U. = T τ_* ω, wobei τ das Drehmoment und ω die Winkel geschwindigkeit ist.

Fig. 2b zeigt die Kante 41 des Läuferpols 31 in enger Nähe zu der Kante 43 des Ständerzahns 33. Gemäß der Darstellung in Fig. 2b hat sich das Flußmuster 37 gegenüber dem in Fig. 2a geändert, so daß eine relativ hohe Flußdichte vorhanden ist, die über die Kanten 41 und 43 geht. Fig. 2b zeigt die Position maximalen Drehmoments und ein konzentriertes Flußmuster. An diesem Punkt kann der Wirkungsgrad des geschalteten Reluktanz motors durch Eisenverluste, welche durch die hohe Flußdichte verursacht werden, nachteilig beeinflußt werden. Die Eisenver luste sind eine Funktion sowohl der Änderungsgeschwindigkeit des Flusses als auch der Flußdichte in den Polen des Läufers und des Ständers. Diese wiederum sind eine Funktion des Strom flusses in den Wicklungen. Durch Steuern des Stroms in einer Phasenwicklung (nicht gezeigt) wird die Flußdichte sowohl in dem Ständerzahn 33 als auch in dem Läuferpol 31 gesteuert. Da her kann, wie im folgenden erläutert, das Stromrichter- und Reglersystem nach der vorliegenden Erfindung die Eisenverluste durch dynamisches und vorteilhaftes Steuern des Stroms in der Wicklung minimieren, um die Eisenverluste ohne starkes Redu zieren der Motorleistung zu reduzieren und dadurch den Motorwirkungsgrad zu verbessern.

Fig. 2c zeigt den Läuferpol 31 ausgerichtet mit dem Stän derzahn 33, was in einer maximalen Induktivität und in einer Abwesenheit von Drehmomenterzeugung resultiert. An diesem Punkt kann, wie im folgenden erläutert, das Stromrichter- und Reglersystem nach der vorliegenden Erfindung Energie von der Wicklung (nicht gezeigt) auf eine Speichervorrichtung (nicht gezeigt) wie einen Speicherkondensator dynamisch übertragen, um Energie aus der Wicklung vorteilhafterweise zu speichern. Das Stromrichter- und Steuersystem kann Energie aus der Wick lung schnell auf die Speichervorrichtung übertragen, indem auf einen großen negativen Spannungswert an der Wicklung zur pas senden Zeit umgeschaltet wird, wodurch die Motorleistung ver bessert wird.

Fig. 2d zeigt den Läuferpol 31, der sich von dem Ständerzahn 33 entfernt und sich dem nächsten Ständerzahn (nicht gezeigt) nähert. Auf dieser Stufe nimmt die Induktivität ab, und, wenn Strom in der Ständerwicklung (nicht gezeigt) fließt, wird ein umgekehrtes Drehmoment erzeugt. Üblicherweise ist der Strom fluß zu dieser besonderen Wicklung abgeschaltet worden. Wenn es jedoch einen Stromfluß gibt, kann der Strom benutzt werden, um den Motor zu bremsen. Das Stromrichter- und Reglersystem gemäß der besonderen Ausführungsform, die im folgenden be schrieben ist, steuert die Ströme in den Wicklungen und in dem Speicherkondensator dynamisch und kann den Pol 31 als einen Generator benutzen, um Energie aus dem Speicherkondensator oder auf eine weitere Phase zu übertragen. Tatsächlich können viele verschiedene Ereignisse in dem Motor gleichzeitig ein treten, wenn diese besondere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung benutzt wird, die im folgenden beschrieben ist, weil der Regler unter Verwendung der ersten Gruppe von Steuersigna len die verschiedenen Phasen auf eine koordinierte, jedoch va riable Weise steuern kann. Zum Beispiel, während ein Pol be nutzt wird, um Drehmoment zu erzeugen, kann ein anderer Pol als ein Generator arbeiten. Oder aber es kann ein Pol gleich zeitig Drehmoment erzeugen und Energie übertragen.

In Fig. 3 betreibt ein Stromrichter- und Reglersystem 40 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung einen Motor 10. Ein Regler 42 überwacht verschiedene Eingangssignale, die ver schiedene Motorbetriebsparameter darstellen. Ein Stromrichter 44 versorgt den Regler 42 mit Eingangssignalen, die die Span nung an einem Speicherkondensator 48 darstellen, und mit Si gnalen, die eine Strominformation darstellen, welche Strom stärken in den Wicklungen (nicht dargestellt) beinhaltet. In dieser besonderen Ausführungsform empfängt der Regler 42, wie es dem Fachmann klar sein dürfte, Läuferpositions- und -geschwindigkeitsinformation, die gewonnen werden kann, indem z. B. ein Drehgeber als Sensor benutzt wird. Der Regler wird darüber hinaus mit Referenzeingangssignalen wie Solldreh moment- und -geschwindigkeitsinformation aus einer externen Quelle 50 versorgt.

In dieser besonderen Ausführungsform hat der Regler 42 Schnittstellen 52a-c, die die Eingangssignale aus dem Strom richter 44 und den Motorsensoren des Motors 10 empfangen, um die Eingangsinformation an eine Steuerlogik 54 abzugeben. Die Steuerlogik 54 empfängt ebenfalls Referenzinformation aus der externen Quelle 50. Die Steuerlogik 54 überwacht und verarbei tet kontinuierlich die Eingangsinformation und verfolgt den Status der Wicklungen (nicht dargestellt) des Motors 10. Auf grund dieser Betriebsbedingungen erzeugt die Steuerlogik 54 Steuersignale, die sie an den Stromrichter 44 abgibt. Diese Steuersignale steuern dynamisch die Übertragung von Energie zwischen den Wicklungen (nicht dargestellt) und dem Spei cherkondensator 48 durch dynamisches Umschalten der Span nungswerte an den Wicklungen. Demgemäß kann das Stromrichter- und Steuersystem nach der vorliegenden Erfindung die Phasen ströme in den Wicklungen (nicht dargestellt) des Motors 10 und die Größe der in der Speichervorrichtung 48 gespeicherten Spannung dynamisch steuern.

Fig. 4A zeigt eine Ausführungsform für den Stromrichter 44 nach Fig. 3, der mit einem mehrphasigen, geschalteten Reluk tanzmotor 10 verbunden ist, welcher drei Gruppen von Wicklun gen 58a-c hat. Der Stromrichter 44a schaltet die Energie zwi schen den Wicklungen 58a-c gemäß den Steuersignalen aus dem Regler 42 nach Fig. 3. Die Steuersignale aus dem Regler 42 werden über Leitungen 60a-c an Schalter Q1-Q3 angelegt, welche die Erregung und Entregung der Phasenwicklungen 58a-c einlei ten. Der Stromrichter 44 umfaßt einen Vollwellengleichrichter 62, der Dioden 66A-D aufweist. Der Gleichrichter 62 ist mit Eingangsstromleitungen L1 und L2 verbunden, die an eine Wechselstromquelle (nicht dargestellt) angeschlossen sind. Wenn die Eingangsleitungen L1 und L2 an eine Gleichstromquelle (nicht dargestellt) angeschlossen sind, ist es für den Fach mann klar, daß der Gleichrichter 62 durch eine einzelne Diode ersetzt werden kann, um die Gleichstromquelle (nicht darge stellt) von einem Versorgungsbus L3 zu trennen.

Das gleichgerichtete oder wellige Gleichstromeingangssignal wird an die Wicklungen 58a-c über den Versorgungsbus L3 und einen gemeinsamen Bus L4 während der Zeiten angelegt, in denen ein Rückleitungsbusschalter Q4 ausgeschaltet ist. Die Schalt vorrichtungen Q1-Q3 steuern, wie oben dargelegt, die Zufuhr von Energie zu den Phasenwicklungen 58a-c gemäß den Steuersi gnalen, die durch den Regler 42 geliefert werden. Die Schalter Q1-Q3 sind mit ihren zugeordneten Phasenwicklungen 58a-c ver bunden, so daß jede Schalter/Wicklung-Kombination an den Ver sorgungsbus L3 und den gemeinsamen Bus L4 angeschlossen ist. Wenn der Schalter aktiviert wird, wird ein Stromkreis über die Wicklung geschlossen, um die besondere Phasenwicklung 58a-c mit der Spannungsdifferenz zwischen dem Versorgungsbus L3 und dem gemeinsamen Bus L4 zu erregen. Während einer Phasenerre gungsperiode für eine besondere Phasenwicklung 58a-c kann der Regler 42 den zugeordneten Schalter Q1-Q3 zu irgendeiner Zeit, die von den sich ändernden Betriebsbedingungen abhängig ist, wiederholt aktivieren oder inaktivieren.

Weiter kann während der Phasenerregungsperiode für eine beson dere Phasenwicklung 58a-c der Regler 42 den Rücklei tungsbusschalter Q4, der zwischen einen Rückleitungsbus 64 und den Versorgungsbus L3 geschaltet ist, mit einem auf einer Lei tung 68 gelieferten Steuersignal wiederholt aktivieren und in aktivieren. Wenn der Rückleitungsbusschalter Q4 aktiviert ist, liefert der Rückleitungsbus 64 Energie zu dem Versorgungsbus L3 aus der Speichervorrichtung 48 und für die Wicklungen 58a- c. Wenn der Rückleitungsbusschalter Q4 inaktiviert ist, wird die Speichervorrichtung 48 aus den Wicklungen 58a-c aufgela den. Dioden X1-X3 sind zwischen die zweiten Enden der Wicklun gen 58a-c und den Rückleitungsbus 64 geschaltet. In dieser be sonderen Ausführungsform ist die Speichervorrichtung 48 ein Speicherkondensator 48, der an den Rückleitungsbus 64 und an den gemeinsamen Bus L4 angeschlossen ist. Gemäß den Steuersi gnalen aus dem Regler 42 werden die Schalter Q1-Q4 auf eine koordinierte Art und Weise aktiviert/inaktiviert, um für einen verbesserten Motorbetrieb zu sorgen.

Die Steuersignale auf den Leitungen 60a-c steuern die Ak tivierung/Inaktivierung der Schalter Q1-Q3 für die Pha senwicklungen 58a-c, und das Steuersignal auf der Leitung 68 steuert die Aktivierung/Inaktivierung des Rücklei tungsbusschalters Q4. Der Regler 42 überwacht die Phasenströme mit Leitungen 70a-70c und die Rückleitungsbusspannung mit ei ner Leitung 72. Durch dynamisches Steuern der Schalter Q1-Q4 sorgt der Regler 42 für dynamisches Umschalten der Spannungs werte an den Wicklungen 58a-c. Infolgedessen steuert der Regler 42 die dynamische Übertragung von Energie zwischen den Wicklungen 58a-c und dem Speicherkondensator 48, um die ge wünschten Betriebsbedingungen wie z. B. die Sollphasenströme und die Sollspeicherkondensatorspannung für das Stromrichter- und Reglersystem 40 aufrechtzuerhalten und dadurch für eine verbesserte Motorleistung zu sorgen. Wenn die von der Netzlei tung verfügbare Energie zu irgendeiner Zeit unzulänglich ist, kann der Regler 42 den Rückleitungsbus aktivieren, um Energie aus dem Speicherkondensator 48 auf den Versorgungsbus L3 und infolgedessen auf die Wicklungen 58a-c zu übertragen. Wenn zu irgendeiner Zeit die von der Netzleitung verfügbare Energie für den Motor ausreichend ist und der Energiewert des Spei cherkondensators 48 niedrig ist, dann kann der Regler 42 den Rückleitungsbusschalter Q4 inaktivieren, um den Speicherkon densator 48 aus den Wicklungen 58a-c aufzuladen. Die Energie, die aus den Wicklungen 58a-c auf den Speicherkondensator 48 übertragen wird, kann die Energie sein, die in einer Phasen wicklung 58a-c gespeichert ist, oder kann aus einer Phasen wicklung 58a-c stammen, wenn der Stromrichter 44a als ein Zusatzwechselrichter arbeitet.

Fig. 4B zeigt eine alternative Ausführungsform für den Strom richter 44 nach Fig. 3. Der Stromrichter 44b hat eine ähnliche Konfiguration wie der Stromrichter 44a, mit der Ausnahme, daß eine Diode X4 zwischen den Versorgungsbus L3 und den Rücklei tungsbus 64 geschaltet ist. Die Diode X4 verhindert das über mäßige Vorspannen des Rückleitungsbusschalters Q4 in Sperrich tung während des Netzeinschaltvorganges.

Die Stromrichter 44a und 44b nach den Fig. 4A bzw. 4B werden üblicherweise als "N+1"-Schaltungen bezeichnet, weil die Zahl der Schaltvorrichtungen Q1-Q4, die erforderlich sind, um die Stromversorgung der Phasenwicklungen 58a-c zu steuern, gleich der Zahl N der Motorphasen plus 1 ist. Die "N+1"-Stromrichter nach den Fig. 4A und 4B unterscheiden sich jedoch von den oben beschriebenen "N+1"-Konfigurationen beträchtlich. Das Strom richter- und Steuersystem 40 nach der vorliegenden Erfindung steuert dynamisch den Rückleitungsbusschalter Q4 und die Schaltvorrichtungen Q1-Q3 der Stromrichter 44a und 44b, um den Strom in den Wicklungen 58a-c und dem Spannungswert der Spei chervorrichtung 48 dynamisch zu steuern und dadurch den Wir kungsgrad und den Betrieb der Stromrichter 44a und 44b zu ver bessern.

Bei einem üblichen geschalteten Reluktanzmotor steuert der elektronische Regler die Erregung der Wicklungen durch sequen tielles Umschalten eines unidirektionalen Stroms zwischen den Ständerwicklungen. Das Umschalten erfolgt so, daß die Läufer pole an die Ständerpole, denen die erregten Wicklungen zuge ordnet sind, angezogen werden. Die Anziehungskraft zwischen den Läufer- und Ständerpolen ist eine Funktion sowohl der Stromstärke als auch der Position des Läuferpols relativ zu dem Ständerpol. Auf im Stand der Technik bekannte Weise wird die Stromstärke durch Zerhacken oder Umschalten zwischen ver schiedenen Spannungswerten gesteuert oder moduliert.

Verschiedene Stromrichterschaltungen gestatten nur das Zerhac ken zwischen drei Spannungen, nämlich +DC ("Ein"-Zustand), -DC ("Aus"-Zustand) und -2 Volt aufgrund von Spannungsabfällen an der Diode und dem Transistor ("Halten"-Zustand). C-Entladung- Konfigurationen gestatten auch nur drei Spannungswerte, aber bei dem Zerhacken werden nur zwei Spannungen benutzt, nämlich +DC minus Kondensatorspannung und -2 Volt aufgrund von Spannungsabfällen an der Diode und dem Transistor ("Halten"- Zustand). Die dritte Spannung ist die Kondensatorspannung, auf die erst an dem Ende einer Phasenerregungsperiode zugegriffen wird. Das Stromrichter- und Reglersystem 40 nach der vor liegenden Erfindung kann jedoch dynamisch zwischen vier Span nungswerten oder Versorgungsspannungen umschalten, indem der Rückleitungsbus- und die Phasenerregungsschalter Q1-Q4 dyna misch gesteuert werden.

Bei der dynamischen Steuerung, die durch den Regler 42 er folgt, kann der Stromrichter 44 dieser besonderen Aus führungsform zwischen vier verschiedenen Spannungswerten wäh rend einer Phasenerregungsperiode oder über mehrere Phasener regungsperioden dynamisch umschalten. Während der Modulation eines Phasenstroms trifft der Regler 42 eine logische Ent scheidung, die auf den gegenwärtigen Betriebszuständen des Sy stems basiert. Die Entscheidung kann zu einem dynamischen Schaltvorgang der Schalter Q1-Q4 zu irgendeiner Zeit führen, der eine Übertragung von Energie zwischen einer Phasenwicklung 58a-c und dem Speicherkondensator 48 bewirkt. Energie wird aus der Netzleitung (üblicherweise während desjenigen Teils eines Polvorbeigangs, wenn der Energieverbrauch niedrig ist oder wenn das wellige Signal, das durch den Gleichrichter 62 gelie fert wird, hoch ist, d. h. den Signalwert H hat) aufgenommen, wenn die aus der Netzleitung verfügbare Energie größer als die durch die Motorphase verlangte Energie ist. Umgekehrt wird En ergie aus dem Speicherkondensator 48 auf eine Phasenwicklung 58a-c übertragen, wenn die Energie aus der Netzleitung kleiner als die durch die Phasenwicklung 58a-c verlangte Energie ist, so daß die Phasenwicklung 58a-c Energie schneller empfangen kann, als diese normalerweise durch die Netzspannung geliefert würde.

Die vier Spannungswerte, die der Regler 42 unter Verwendung dieses besonderen Stromrichters 44 für die Wicklungen 58a-c verfügbar machen kann, sind: 1) Die Spannung, die aus dem Gleichrichter 62 verfügbar ist (minus der Spannungsabfall an dem betreffenden Schalter Q1-Q3); 2) die Rückleitungsbusspan nung (minus dem Spannungsabfall an dem Rückleitungsbusschalter Q4 und dem Spannungsabfall an dem betreffenden Schalter Q1- Q3); 3) eine negative Spannung, die in der Größe gleich dem Spannungsabfall an der betreffenden Diode X1-X3 ist, plus dem Spannungsabfall an dem Rückleitungsbusschalter Q4; und 4) eine negative Spannung, die in der Größe gleich der Rückleitungsbusspannung minus der aus dem Gleichrichter 62 verfügbaren Spannung ist.

Der Regler 42 steuert dynamisch die Schalter Q1-Q3 und den Rückleitungsbusschalter Q4 gemäß einer logischen Entscheidung, die bei jedem Multiplexier- oder Moduliervorgang getroffen wird, und auf der Basis der Betriebszustände des Systems 40, um zwischen den vier verfügbaren Spannungen an den Wicklungen 58a-c dynamisch umzuschalten. Dieses dynamische Umschalten führt zu einer dynamischen Steuerung des Spannungswertes an der Speichervorrichtung 48 und der Ströme in den Wicklungen 58a-c. Die dynamische Steuerung erfolgt während eines gesamten Phasenerregungsintervalls oder während mehrerer Phasenerre gungsintervalle, wodurch sich ein verbesserter Motorwirkungs grad und eine verbesserte Motorleistung ergeben. Wenn z. B. für die Phasenwicklung 58a der Regler 42 den Schalter Q1 aktiviert und den Schalter Q4 inaktiviert, ist der Wert der Spannung, die an die erregte Wicklung 58a angelegt wird, die Spannung, die aus dem Gleichrichter 62 verfügbar ist (minus dem Span nungsabfall an dem Schalter Q1). Der Regler leitet diesen Zu stand ein, um die Rückleitungsbusspannung an der Speichervor richtung 48 oder die Stromstärke in der Phasenwicklung 58a zu steuern, indem er den Stromrichter 44 als eine Zu satzwechselrichtervorrichtung betreibt. Das ist üblicherweise der Fall, weil der Wert der Spannung auf der Spei chervorrichtung 48 niedrig ist und weil Energie auf dem Ver sorgungsbus L3 zum Aufladen der Speichervorrichtung 48 verfüg bar ist. Der Regler 42 überwacht die Rückleitungsbusspannung bei jedem Multiplexzyklus, was zur Steuerung der mittleren Rückleitungsbusspannung an der Speichervorrichtung 48 führt, angestrebt wird aber, die Rückleitungsbusspannung sowie die Phasenströme alle Zeit zu steuern. Dieser Betriebszustand kann auch auftreten, wenn eine vorherige Phasenwicklung abschaltet und die Speichervorrichtung 48 auflädt und der Regler 42 dyna misch bestimmt, daß eine Erhöhung der Energie in der Phasen wicklung 58a erwünscht ist.

Wenn der Regler 42 sowohl den Schalter Q1 als auch den Rück leitungsbusschalter Q4 inaktiviert, ist der Wert der Spannung, die an die Wicklung 58a durch den Stromrichter 44 angelegt wird, die negative Spannung, die im Wert gleich der Rücklei tungsbusspannung minus der aus dem Gleichrichter 62 verfügba ren Spannung ist. Der Regler 42 inaktiviert dynamisch die Schalter Q1 und Q4 üblicherweise an dem Ende des Phasenerre gungsintervalls für die Phasenwicklung 58a, wenn Energie in der Phasenwicklung 58a gespeichert ist und die Rückleitungs busspannung in der Speichervorrichtung 48 niedrig ist. Daher wird die Energie aus der Phasenwicklung 58a dynamisch auf die Speichervorrichtung 48 unter der Steuerung des Reglers 42 übertragen. Das führt auch zu einem schnellen Abklingen der gespeicherten Energie in der Wicklung 58a wegen der im allge meinen hohen negativen Spannung, die an die Wicklung 58a ange legt wird. Nebenbei, je höher der Spannungswert der Speicher vorrichtung 48 ist, umso schneller erfolgt das Abklingen der in der Wicklung 58a gespeicherten Energie aufgrund der höheren negativen Spannung an der Wicklung 58a. Darüber hinaus kann der Regler 42 sowohl den Schalter Q1 als auch den Rücklei tungsbusschalter Q4 dynamisch und periodisch während des Phasenerregungsintervalls der Phasenwicklung 58a inaktivieren, um beispielsweise Eisenverluste während gewisser Perioden des Phasenerregungsintervalls zu reduzieren.

Wenn der Regler 42 den Schalter Q1 inaktiviert und den Rück leitungsbusschalter Q4 aktiviert, ist der an die Wicklung 58a durch den Stromrichter 44 angelegte Spannungswert die negative Spannung, die in der Größe gleich dem Spannungsabfall an der Diode X1 plus dem Spannungsabfall an dem Rückleitungsbusschal ter Q4 ist. Daher fließt der Strom in der Phasenwicklung 58a durch die Diode X1 und den Rückleitungsbusschalter Q4, wodurch der Strom in der Phasenwicklung 58a gehalten und etwa -2 V an der Wicklung 58a aufgrund der Spannungsabfälle an der Diode X1 und dem Rückleitungsbusschalter Q4 erzeugt werden. Der Regler 42 steuert dynamisch die Schalter Q1 und Q4 auf diese Weise, wenn die Spannung in der Speichervorrichtung 48 und der Strom in der Phasenwicklung auf einem ausreichenden Wert sind. Auf diese Weise nützt das Stromrichter- und Reglersystem 40 die zwischen den Phasenwicklungen 58a-c verfügbare Energie wirksa mer aus. Das erfolgt oft in der Mitte des Phasenerregungsin tervalls für die Wicklung 58a.

Wenn der Regler 42 sowohl den Schalter Q1 als auch den Rück leitungsbusschalter Q4 aktiviert, ist der Wert der an die Wicklung 58a durch den Stromrichter 44 angelegten Spannung gleich dem der Rückleitungsbusspannung (minus dem Spannungsab fall an dem Rückleitungsbusschalter Q4 und dem Spannungsabfall an dem Schalter Q1). Der Regler 42 leitet diesen Zustand ein, um Strom aus der Speichervorrichtung 48 zu der Phasenwicklung 58a zu ziehen. Der Regler 42 tut das an dem Beginn des Phasenerregungsintervalls für die Phasenwicklung 58a, um den Strom in der Phasenwicklung 58a schnell zu erhöhen. Nebenbei, der Spannungswert der Speichervorrichtung 48 wird erwünsch termaßen auf einem höheren Wert als der Spannungswert des Ver sorgungsbusses L3 gehalten, um für ein schnelles Ansprechen und für einen erhöhten Strom in der Phasenwicklung 58a zu sor gen. Außerdem, wenn die Phasenwicklung 58a eine Menge Energie verbraucht, kann der Regler 42 den Strom in der Phasenwicklung 58a halten, indem er beide Schalter Q1 und Q4 aktiviert.

Die obige Beschreibung beinhaltet die verschiedenen Schalter konfigurationen für eine einzelne Phase 58a. Der Regler 42 steuert dynamisch den Rückleitungsbusschalter Q4 und die Schalter Q1-Q3 für alle Phasenwicklungen 58a-c, wie oben er läutert, um den Strom in den Wicklungen 58a-c und den Span nungswert des Rückleitungsbusses 64 dynamisch zu steuern. Um das zu erreichen, überwacht der Regler 42 dynamisch die Ströme in den Phasenwicklungen 58a-c über Überwachungsleitungen 70a-c und den Spannungswert der Speichervorrichtung 48 über eine Überwachungsleitung 72. Darüber hinaus verfolgt der Regler 42 die Schalterzustände für alle Phasenwicklungen 58a-c und den Rückleitungsbus 64. Auf diese Weise koordiniert der Regler 42 die dynamische Steuerung der Phasenströme und den Spannungs wert der Speichervorrichtung 48 während der gesamten Phasener regungsintervalle der Phasenwicklungen 58a-c, um einen effizi enten und richtigen Motorbetrieb zu gewährleisten.

Fig. 5 zeigt eine allgemeine grafische Darstellung der Ar beitsprinzipien des Stromrichter- und Steuersystems 40 nach Fig. 3 und der Art und Weise, wie das Stromrichter- und Steu ersystem 40 (Fig. 3) auf gewisse Betriebszustände bei der dy namischen Steuerung der Energieübertragung zwischen einer Mo torwicklung 58a-c (Fig. 4A und 4B) und der Speichervorrichtung 48 (Fig. 4A und 4B) während des Vorbeigangs eines Pols, wie es in den Fig. 2a-d dargestellt ist, anspricht. Eine Linie 75 re präsentiert die Energie aus der Netzleitung L1, L2 unter der Annahme eines gegebenen Stroms und einer gegebenen Spannung. Eine Linie 77 repräsentiert die Energie, die durch den Motor verbraucht wird, in bezug auf den Polvorbeigang, welcher der Phase zugeordnet ist, als Eigen-EMK bei einem kontanten Strom, konstanter Spannung und konstanter Geschwindigkeit, was unter Verwendung der Gleichung τ _* ω = V_*I_*2_*π berechnet werden kann, wobei T das Drehmoment ist, ω die Winkelgeschwindigkeit ist, V die Spannung an der Phasenwicklung ist und I der Strom in der Phasenwicklung ist. Diese allgemeine grafische Darstellung repräsentiert einen Läuferpol 31, der an einem Ständerpol ei nes geschalteten Reluktanzmotors vorbeigeht. Weil das Passie ren eines Ständerpols durch einen Läuferpol üblicherweise viel schneller erfolgt als die wellenförmige Stromquelle (wenn die Quelle eine Wechselstromquelle ist), ist die Linie 75 als eine gerade Linie dargestellt. In dem Diagramm repräsentiert der Punkt 76 allgemein den Läuferpol, der sich dem Ständerpol nä hert, aber der Läuferpol und der Ständerpol 33 sind fehlausge richtet (Fig. 2a). Der Punkt 78 repräsentiert allgemein den Zustand, wenn der Läufer- und der Ständerpol miteinander ausgerichtet sind (Fig. 2c), und ein Punkt 80 repräsentiert den Zustand, wenn der Läufer- und der Ständerpol fehlaus gerichtet sind, nachdem der Läuferpol den Ständerpol vollstän dig passiert hat.

Während eines Polvorbeiganges steuert, wenn die Energie verbrauchslinie 77 für den Motor über die Linie 75 der verfüg baren Energie ansteigt, wie es durch einen Bereich 79 darge stellt ist, das Stromrichter- und Steuersystem 40 den Rücklei tungsbus 64 (Fig. 4A und 4B) und die Phasenwicklungen 58a-c (Fig. 4A und 4B), um Energie aus der Speichervorrichtung 48 (Fig. 4A und 4B) auf die Phasenwicklungen 58a-c (Fig. 4A und 4B) zu übertragen, weil die Netzleitung nicht die verlangte Energie für die Phasenwicklungen 58a-c liefern kann. Wenn die Energieverbrauchslinie 77 unter die Linie 75 der verfügbaren Energie taucht, wie es durch Bereiche 81 gezeigt ist, steuert das Stromrichter- und Steuersystem 40 den Rückleitungsbus 64 und die Phasenwicklungen 58a-c (Fig. 4A und 4B), um Energie aus den Phasenwicklungen 58a-c auf die Speichervorrichtung 48 zu übertragen, wenn der Energiewert der Speichervorrichtung 48 niedrig ist. Das erfolgt, weil die aus der Netzleitung verfüg bare Energie ausreichend ist, um den Energiebedarf des Motors in bezug auf die dargestellte Phase zu decken, und die Energie kann auf die Speichervorrichtung 48 übertragen werden (Fig. 4A und 4B), um den Spannungswert des Rückleitungsbusses 64 (Fig. 4A und 4B), die als eine konstante Linie 82 gezeigt ist, dyna misch zu steuern.

Fig. 6 zeigt ein ausführlicheres Funktionsblockschaltbild für eine Ausführungsform des Reglers 42 nach Fig. 3. Der Regler 42 umfaßt einen Hauptsteuerlogikblock 83, der den Ablauf des Be triebes der anderen Funktionsblöcke des Reglers 42 leitet und koordiniert. In dieser besonderen Ausführungsform empfängt die Hauptsteuerlogik 83 Information aus allen anderen Steuerblöc ken, stellt die Steuerparameter ein und erlaubt spezielle Funktionen wie Anfahren, Anhalten, Schrittbetrieb des Motors sowie Betrieb des Motors mit niedriger Leistung. Darüber hin aus kann der Hauptsteuerlogikblock 83 einige der Funktionen von Schnittstellenblöcken 84a-c erfüllen. Der Regler 42 emp fängt verschiedene Eingangssignale, die durch verschiedene Lo gikblöcke benutzt werden, um die Ströme in den Phasenwicklun gen 58a-c (Fig. 4A und 4B) und die Spannung auf der Speicher vorrichtung 48 (Fig. 4A und 4B) dynamisch zu steuern.

Eine Positionsschnittstelle 84a empfängt Positionssignale, welche die Läuferposition identifizieren, aus einem Positions sensor (nicht gezeigt). Dem einschlägigen Fachmann dürfte klar sein, daß verschiedene Typen von Positionsgebern oder äquiva lenten Vorrichtungen benutzt werden können. Die Po sitionsschnittstelle 84a entnimmt eine Läuferpositionsinforma tion und eine Motorgeschwindigkeitsinformation aus den Positionssignalen, die sie über eine Leitung 85 empfängt. Al ternativ kann die Hauptsteuerlogik 83 die Positions- und Geschwindigkeitsinformation entnehmen. Die Geschwindigkeitsinformation aus der Positionsschnittstelle 84a wird durch einen Komparator 86 empfangen. Der Komparator 86 stellt fest, ob die Motorgeschwindigkeit oberhalb oder unter halb eines Referenz- oder Sollmotorgeschwindigkeitssignals ist. In dieser besonderen Ausführungsform wird das Soll geschwindigkeitssignal durch den Regler 42 über eine Leitung 90 aus einer externen Vorrichtung (nicht dargestellt) empfan gen.

Eine Phasenstromschnittstelle 84b empfängt Phasenstromsignale, die die betreffenden Ströme der Phasenwicklungen 58a-c (Fig. 4A und 4B) darstellen, über die Leitungen 70a-c und erzeugt eine Phasenstrominformation, die den Strom in jeder Phasen wicklung 58a-c angibt. In dieser besonderen Ausführungsform erzeugt die Phasenstromschnittstelle 84b eine Spannung, die zu dem Strom in jeder Schaltvorrichtung Q1-Q3 (Fig. 4A und 4B) proportional ist.

Ein Stromsteuerlogikblock 88 erzeugt ein Signal, das den Steu erstrom (I_C) repräsentiert, auf der Basis eines Steu eralgorithmus, der durch die Hauptsteuerlogik 83 bereit gestellt wird, und auf der Basis von Motorgeschwindigkeit, Re ferenzgeschwindigkeit und Motorstrom. In dieser besonderen Ausführungsform empfängt der Stromsteuerlogikblock 88 das Aus gangssignal des Komparators 86, die Geschwindigkeitsinforma tion aus der Schnittstelle 84a und die Phasenstrominformation aus der Phasenstromschnittstelle 84b. Der Stromsteuerblock 88 analysiert diese Information und bestimmt einen Sollstromwert für jede Phasenwicklung 58a-c (Fig. 4A und 4B) des Motors. Der Sollstromwert wird in Abhängigkeit von den Eingangssignalen an der Stromsteuerlogik 88 und der Betriebsart für den Regler 42 aktualisiert. Es wird ein Vergleich zwischen dem Sollstromwert und der Phasenstrominformation, die aus der Schnittstelle 84b empfangen wird, angestellt, um festzustellen, ob der Stromwert in der Phase oberhalb oder unterhalb des Sollstromwertes ist. Phasensteuerlogikblöcke 92a-c benutzen den Sollstromwert zum Steuern des Stroms in jeder Phasenwicklung 58a-c auf eine koordinierte Weise.

Ein Taktsteuerlogikblock 94 empfängt die Geschwindigkeits- und die Positionsinformation aus der Geschwindigkeitsschnittstelle 84a, die Phasenstrominformation aus der Phasenstromschnitt stelle 84b und die Stromsteuerinformation aus dem Stromsteuer block 88. Der Taktsteuerlogikblock 94 analysiert diese Ein gangssignale und gibt Phasen- und Rückleitungsbustaktsteuersi gnale an die Phasensteuerlogikblöcke 92a-c ab. In dieser be sonderen Ausführungsform erzeugt die Taktsteuerlogik 94 Pha sen- und Rückleitungsbustaktsignale (P1, P2, P3 und Rb), die durch jeden der Phasensteuerblöcke 92a-c empfangen werden, so daß die Phasensteuerblöcke 92a-c die dynamische Steuerung ih rer zugeordneten Phasenwicklungen 58a-c koordinieren können, um für eine verbesserte Motorleistung zu sorgen. Dem Fachmann dürfte klar sein, daß zusätzliche Phasen- und Taktsignale in Abhängigkeit von dem Motoraufbau und der Zahl der Motorphasen erzeugt werden können. Zum Beispiel, bei manchen Ausführungs formen kann die Taktsteuerlogik 94 Rückleitungsbustaktsignale Rb1, Rb2 und Rb3 für die Phasensteuerblöcke 92a-c erzeugen. Die Phasensteuersignale P1-P3 definieren Perioden, während welchen eine zugeordnete Phasenwicklung 58a-c erregt werden sollte, und das Signal Rb bestimmt Perioden, während welchen der Rückleitungsbus 64 (Fig. 4A und 4B) benutzt werden sollte. Gemäß der dynamischen Art der vorliegenden Erfindung können die betreffenden Phasenwicklungen mehr als einmal während der betreffenden Phasenerregungsperioden, die durch die betreffen den Phasensteuersignale P1-P3 festgelegt werden, erregt und entregt werden. Darüber hinaus kann der Rückleitungsbus mehr als einmal während derjenigen Perioden, die durch das Signal Rb festgelegt werden, aktiviert/inaktiviert werden.

Die Taktsteuerlogik 94 steuert auch die Dauer und die Folge der Phasen- und Rückleitungsbustaktsteuersignale P1, P2, P3 und Rb, wie es in Fig. 7 gezeigt ist. In Fig. 7 ist die Im pulsbreite der Phasen- und Taktsteuersignale als von einem Mi nimalwert aus variabel gezeigt. Demgemäß ist die Dauer der Phasenerregungsperiode für eine Phasenwicklung nicht festge legt, sondern gemäß den erfaßten Motorbetriebsbedingungen und Parametern variabel. Ebenso ist die Dauer, während der der Rückleitungsbus verfügbar ist (wie durch das Steuersignal Rb festgelegt) variabel. Die Phasen- und Taktsteuerparameter wer den in Abhängigkeit von der Motorgeschwindigkeit, der Steuerstrominformation und dem Hauptsteuerblock 83 festgelegt. Das ergibt eine breite Variation der Phasenwinkelverzögerung.

Zusätzlich zu den Signalen P1-P3 und Rb empfangen die Phasen steuerblöcke 92a-c verschiedene Eingangssignale zum dynami schen Steuern des Spannungswertes der Speichervorrichtung 48 (Fig. 4A und 4B) und der Ströme der Phasenwicklungen 58a-c (Fig. 4A und 4 B). Die Phasensteuerblöcke 92a-c empfangen die Phasenstrominformation aus der Phasenstromschnittstelle 84b, die Steuerstrominformation aus dem Stromsteuerblock 88 und die Kondensatorspannungsinformation aus einer Kondensatorspan nungsschnittstelle 84c.

Die Kondensatorspannungsschnittstelle 84c empfängt Signale, die den Spannungswert auf der Speichervorrichtung 48 (Fig. 4A und 4B) darstellen, über die Leitung 72 in den Fig. 4A und 4B. In dieser besonderen Ausführungsform liest die Kondensator spannungsschnittstelle 84c ein Signal, das zu der Spannung auf der Speichervorrichtung 48 (Fig. 4A und 4B) proportional ist.

Die Kondensatorspannungsschnittstelle 84c erzeugt die Kondensatorspannungsinformation für die Phasensteuerlogik blöcke 92a-c. Auf diese verschiedenen Eingangssignale hin er zeugen die Phasensteuerblöcke 92a-c Stromrichtersteuersignale an den Schaltvorrichtungen Q1-Q3 und an dem Rückleitungsbus schalter Q44.

Die Phasensteuerblöcke 92a-c überwachen die verschiedenen Ein gangssignale und reagieren auf das Ändern der Eingangssignale durch dynamisches Ändern der Stromrichtersteuersignale. Auf diese Weise steuern die Phasensteuerblöcke 92a-c dynamisch die Schaltvorrichtungen Q1-Q3 (Fig. 4A und 4B) und den Rücklei tungsbusschalter Q4 mit den Stromrichtersteuersignalen. Infol gedessen steuern die Phasensteuerblöcke 92a-c dynamisch die Phasenströme in den Phasenwicklungen 58a-c und den Spannungs wert der Speichervorrichtung 48.

Die Fig. 8A und 8B zeigen ein Flußdiagramm für einen einzelnen Phasensteuerblock n, der eine Phasenwicklung n mit einem Stromrichtersteuersignal SW_n und den Rückleitungsbusschalter Q4 mit einem Stromrichtersteuersignal SRb steuert. In dieser besonderen Ausführungsform spricht der Phasensteuerblock n auf einen der Phasensteuerblöcke 92a-c (Fig. 6) an, der eine der Phasenwicklungen 58a-c (Fig. 4A und 4B) steuert. Der Phasen steuerblock n überwacht die Phasensignale P_n-1, P_n und P_n+1 aus der Taktsteuerlogik 94. In einem Schritt 100 wird, wenn das Phasensignal P_n für den Phasensteuerblock n Aus ist, durch den Phasensteuerblock n die Schaltvorrichtung Q_n mit dem Steuersignal SW_n für den Phasensteuerblock n in einem Schritt 104 inaktiviert, was zu einem Schritt 106 weiterführt. In dem Schritt 106 bestimmt der Phasensteuerblock n, ob ein Signal Pn_last Ein ist. Nachdem das Signal P_n abgeschaltet worden ist, wird das Signal Pn_last abgeschaltet, um zu signalisieren, daß der letzte Rückleitungsbusbetrieb, wenigstens solange, bis das Signal P_n wieder eingeschaltet wird, durch den Phasensteuer block n ausgeführt worden ist. Wenn nicht, kehrt der Phasensteuerblock n zu dem Schritt 100 zurück, nachdem irgend welche Schalteraktivierung/-inaktivierung-Verzögerungen statt gefunden haben, wie es durch einen Block 107 dargestellt ist. Wenn ja, stellt der Phasensteuerblock n in einem Schritt 108 fest, ob der Spannungswert V_c der Speichervorrichtung 48 (Fig. 4A und 4B) kleiner als V_limit ist, welches der maximale er wünschte Spannungswert auf der Speichervorrichtung 48 ist.

Wenn V_c kleiner als V_limit ist, dann inaktiviert der Pha sensteuerblock den Rückleitungsbusschalter Q4 mit dem Signal SRb in einem Schritt 110, und das Signal Pn_last wird in einem Schritt 112 abgeschaltet. Wenn V_c größer oder gleich V_limit ist, aktiviert der Phasensteuerblock n den Rückleitungsbus schalter Q4 in einem Schritt 114 durch Einschalten des Signals SRb, wodurch verhindert wird, daß zusätzliche Energie zu der Speichervorrichtung 48 übertragen wird. Der Phasensteuerblock n geht dann zu einem Schritt 100, nachdem irgendeine Verzöge rung 107 stattgefunden hat.

Wenn in dem Schritt 100 das Phasensignal P_n für den Pha sensteuerblock n Ein ist, prüft der Phasensteuerblock n den Status des Phasensignals P_n und des vorherigen Phasensignals P_n-1 in einem Schritt 102. Wenn die Phasensignale P_n und P_n-1 in dem Schritt 102 beide Ein sind, geht der Phasensteuerblock n weiter zu einem Schritt 116 zu Phasenerregungsbestimmungen. Wenn die Phasensignale P_n und P_n-1 in dem Schritt 102 nicht beide Ein sind, stellt der Phasensteuerblock n fest, ob das Phasensignal P_n und das nächste Phasensignal P_n+1 in einem Schritt 118 beide Ein sind. Wenn das Phasensignal P_n und das nächste Phasensignal P_n+1 beide Ein sind, wird der Rückleitungsbusschalter Q4 in einem Schritt 120 mit dem Steu ersignal SRb aktiviert, um den Versorgungsbus L3 (Fig. 4A und 4B) mit Energie aus der Speichervorrichtung 48 (Fig. 4A und 4B) zu versorgen, und der Phasensteuerblock n geht dann zu ei nem Schritt 116 zu Phasenerregungsbestimmungen.

Wenn das Phasensignal P_n und das nächste Phasensignal P_n+1 nicht beide Ein sind, dann ist nur das Phasensignal P_n Ein, und der Phasensteuerblock n überwacht das Signal Rb, welches festlegt, ob der Rückleitungsbus durch die Phasenwicklung n benutzt werden sollte, in einem Schritt 122. Wenn der Rücklei tungsbus nicht benutzt werden sollte, prüft der Phasensteuer block n in einem Schritt 124, ob der Spannungswert V_c der Speichervorrichtung 48 (Fig. 4A und 4B) kleiner als V_limit ist. Wenn V_c größer als oder gleich V_limit ist, aktiviert der Phasensteuerblock n den Rückleitungsbusschalter Q4 mit dem Si gnal SRb (konträr zu dem Signal Rb) in einem Schritt 126, um den Spannungswert der Speichervorrichtung 48 (Fig. 4A und 4B) zu reduzieren oder aufrechtzuerhalten. Der Phasensteuerblock n geht zu einem Schritt 116, um mit Phasenerregungsbestimmungen zu beginnen. Wenn V_c kleiner als oder gleich V_limit ist, geht der Phasensteuerblock n einfach zu dem Schritt 116, um festzu stellen, ob die Schaltvorrichtung Q_n für die gegenwärtige Phase n Ein ist, indem er das Signal SW_n überprüft.

In dem Schritt 116 führt der Phasensteuerblock n Pha senerregungsbestimmungen durch Überprüfen des Signals SW_n durch, um festzustellen, ob die Phasenschaltvorrichtung Q_n Ein ist. Wenn ja, stellt der Phasensteuerblock n in einem Schritt 150 fest, ob der Phasenstrom I_p größer als der Steuerstrom I_c ist. Wenn der Phasenstrom I_p größer als der Sollsteuerstrom I_c ist, inaktiviert der Phasensteuerblock n die Phasenschaltvor richtung Q_n mit SW_n in einem Schritt 134, um den Phasenstrom I_p zu reduzieren, setzt das Signal Pn_last auf Ein in einem Schritt 137 und geht nach irgendwelchen Verzögerungen 107 zu dem Schritt 100. Wenn der Phasenstrom I_p kleiner als der oder gleich dem Sollphasenstrom I_c ist, setzt der Phasensteuerblock n das Signal Pn_last in einem Schritt 137 auf Ein und kehrt zu dem Schritt 100 nach irgendwelchen Verzögerungen 107 zurück.

Wenn in dem Schritt 116 die Phasenschaltvorrichtung Q_n Aus ist, stellt der Phasensteuerblock n in einem Schritt 152 fest, ob der Phasenstrom I_p kleiner als der Steuerstrom I_c minus dem Zerhackungshysteresestrom I_h ist. Wenn ja, aktiviert die Pha sensteuerlogik die Phasenschaltvorrichtung Q_n mit dem Signal SW_n in einem Schritt 142, um die Phasenwicklung n zu erregen und den Strom I_p zu erhöhen. Der Phasensteuerblock n setzt dann das Signal Pn_last in einem Schritt 137 auf Ein und geht zu dem Schritt 100 nach irgendwelchen Verzögerungen 107. Wenn der Phasenstrom I_p größer als der oder gleich dem Sollphasen strom I_c minus dem Zerhackungshysteresestrom I_h ist, setzt der Phasensteuerblock n einfach das Signal Pn_last in dem Schritt 137 auf Ein und kehrt zu dem Schritt 100 nach irgendwelchen Verzögerungen 107 zurück.

Wenn in dem Schritt 122 das Signal Rb Ein ist, stellt der Pha sensteuerblock n danach fest, ob die Schaltvorrichtung Q_n für die gegenwärtige Phase (n) Ein ist, indem er das Signal SW_n in dem Schritt 128 überprüft. Wenn SW Ein ist, wird die Phasen wicklung n erregt, und der Phasensteuerblock n geht zu einem Schritt 129. In dem Schritt 129 stellt der Phasensteuerblock n fest, ob I_p größer als I_c ist. Wenn ja, geht der Phasensteuer block n zu einem Schritt 134, um die Schaltvorrichtung Q_n mit dem Signal SW_n abzuschalten, wodurch der Strom I_p reduziert wird. Der Phasensteuerblock n geht dann zu dem Schritt 137 und setzt das Signal Pn_last auf Ein und geht zurück zu dem Schritt 100 nach irgendwelchen Verzögerungen 107. Wenn I_p kleiner als oder gleich I_c ist, prüft der Phasensteuerblock n die Spannung auf der Speichervorrichtung 48 (Fig. 4A und 4B) in einem Schritt 130. In dem Schritt 130 stellt der Phasensteuerblock n fest, ob der Spannungswert V_c der Speichervorrichtung 48 (Fig. 4A und 4B) kleiner als die minimale Sollkondensatorspannung V_cc ist. Wenn ja, ist der Spannungswert auf der Speichervor richtung 48 niedrig. Demgemäß schaltet der Phasensteuerblock n den Rückleitungsbusschalter Q4 in einem Schritt 132 mit dem Signal SRb aus, um die Speichervorrichtung 48 (Fig. 4A und 4B) aufzuladen. Danach geht der Phasensteuerblock n zu dem Schritt 137, um das Signal Pn_last einzuschalten, und zurück zu dem Schritt 100 nach irgendwelchen Verzögerungen 107.

Wenn in dem Schritt 130 der Phasensteuerblock n feststellt, daß V_c größer als die oder gleich der minimalen Sollkondensa torspannung V_cc ist, geht der Phasensteuerblock n zu einem Schritt 136. In dem Schritt 136 stellt der Phasenregler fest, ob I_p kleiner als der Sollstrom in der Phase I_c minus einem Stromdeltafaktor I_d ist. Wenn ja, schaltet der Phasensteuerlo gikblock n den Rückleitungsbusschalter Q4 mit dem Signal SRb in einem Schritt 138 ein, um den Versorgungsbus L3 (Fig. 4A und 4B) unter Verwendung der Speichervorrichtung 48 mit zu sätzlicher Energie zu versorgen, weil die Speichervorrichtung 48 ausreichend Spannung hat und der Phasenstrom I_p relativ niedrig ist. Der Phasensteuerblock n geht dann zu einem Schritt 137 und setzt die Flagvariable Pn_last auf Ein und kehrt zu dem Schritt 100 nach irgendwelchen Verzögerungen 107 zurück. Wenn in dem Schritt 136 der Phasenstrom I_p größer als der oder gleich dem Steuerstrom I_c minus dem Stromdeltafaktor I_d ist, dann setzt der Phasensteuerblock n die Variable Pn_last in dem Schritt 137 auf Ein und kehrt nach irgendwelchen Verzö gerungen 107 zu dem Schritt 100 zurück.

Wenn der Phasensteuerblock in dem Schritt 128 feststellt, daß die Phasenschaltvorrichtung Q_n Aus ist, indem er das Signal SW_n überprüft, geht der Phasensteuerlogikblock n weiter zu ei nem Schritt 140 und stellt fest, ob der Phasenstrom I_p kleiner als der Sollphasenstrom I_c minus einem Zerhackungshysterese strom I_h ist. Wenn ja, schaltet der Phasensteuerblock n die Schaltvorrichtung Q_n mit dem Signal SW_n in einem Schritt 142 ein, wodurch die Phasenwicklung n erregt und mehr Strom über die Phasenwicklung n aufgenommen wird.

Wenn in dem Schritt 140 der Phasensteuerblock n feststellt, daß der Phasenstrom I_p größer als der oder gleich dem Sollpha senstrom I_c minus dem Zerhackungshysteresestrom I_h ist, geht der Phasensteuerblock n weiter zu einem Schritt 144 und stellt fest, ob V_c größer als V_limit ist. Wenn V_c größer als oder gleich V_limit ist, aktiviert der Prozeßsteuerblock n den Rück leitungsbusschalter Q₄ mit dem Signal SRb in einem Schritt 145, um die Spannung V_c zu reduzieren. Der Prozeßsteuerblock n schaltet dann das Signal Pn_last in dem Schritt 137 ein und geht nach irgendwelchen Verzögerungen 107 weiter zu dem Schritt 100. Wenn in dem Schritt 144 V_c kleiner als V_limit ist, geht der Phasensteuerblock n weiter zu einem Schritt 146 und stellt fest, ob der Phasenstrom I_p größer als der Sollpha senstrom I_c plus dem Zerhackungshysteresestrom I_h ist. Daneben ist bei dieser besonderen Ausführungsform der Strom I_h an dem Schritt 146 beteiligt, um festzustellen, ob der Phasenstrom I_p relativ hoch ist, es kann aber ein anderer Wert für I_h in dem Schritt 146 eingesetzt werden. Wenn ja, ist der Phasenstrom I_p ausreichend hoch, und der Phasensteuerblock n geht weiter zu einem Schritt 148, um den Rückleitungsbusschalter Q₄ mit dem Signal SRb in dem Schritt 148 einzuschalten, um den Phasen strom I_p zu verringern und den Kondensator 48 (Fig. 4A und 4B) aufzuladen. Der Phasensteuerblock n setzt dann das Signal Pn_last in einem Schritt 137 auf Ein und geht nach irgendwelchen Verzögerungen 107 weiter zu dem Schritt 100. Wenn der Phasen strom I_p kleiner als der oder gleich dem Steuerstrom I_c plus dem Stromwert I_h ist, geht der Phasensteuerblock n einfach weiter zu dem Schritt 137, um das Signal Pn_last zu setzen, und dann nach irgendwelchen Verzögerungen 107 zu dem Schritt 100.

Demgemäß steuert das Stromrichter- und Steuersystem nach der vorliegenden Erfindung dynamisch die Phasenströme der Phasen wicklungen 58a-c (4A und 4B) und den Spannungswert der Spei chervorrichtung 48 (Fig. 4A und 4B) auf eine koordinierte Weise unter Verwendung der Phasensteuerlogikblöcke, wobei je der Block gemäß den Fig. 8A und 8B arbeitet. Diese koordi nierte dynamische Steuerung führt zu einer Vielfalt von Be triebsarten für den Motor, was eine verbesserte Motorleistung ergibt.

Eine Betriebsart tritt auf, wenn eine Phasenwicklung (hier zu Erläuterungszwecken die mit 58b bezeichnete) aktiviert wird, während die vorherige Phasenwicklung (hier die mit 58a be zeichnete) noch aktiviert ist (Fig. 4A und 4B). Die Spannung, die an beiden Phasen anliegt, wird auf einem hohen Wert sein, weil die vorherige Phasenwicklung 58a in dieser besonderen Be triebsart als ein Zusatzwechselrichter gearbeitet hat, um den Spannungswert an der Rückleitungsbusspeichervorrichtung 48 (Fig. 4A und 4B), bei der es sich um einen Speicherkondensator handelt, aufzuladen oder zu steuern. Die Phasenwicklung 58b erreicht ihren Sollstrom und hält diesen Strom aufrecht, und die Speichervorrichtung 48 (Fig. 4A und 4B) wird entladen, in dem der Rückleitungsbus 64 (Fig. 4A und 4B) auf eine etwas niedrigere Spannung aktiviert wird, während Energie den Pha senwicklungen 58a und 58b geliefert wird, die beide aktiviert sind. Die vorherige Phasenwicklung 58a wird dann inaktiviert, ebenso wie der Rückleitungsbus 64 (Fig. 4A und 4B). Zu dieser Zeit wird Energie, die zu dem Strom in der vorherigen Phasen wicklung 58a (Fig. 4A und 4B) proportional ist, auf den Spei cherkondensator 48 (Fig. 4A und 4B) übertragen, und die Pha senwicklung 58b wird Energie von dem Versorgungsbus L3 (Fig. 4A und 4B) und nicht aus dem Speicherkondensator 48 (Fig. 4A und 4B), der aufgeladen wird, empfangen. Die von der vorheri gen Phasenwicklung 58a an den Speicherkondensator 48 (Fig. 4A und 4B) abgegebene Energie wird, zum Teil, durch den Span nungswert des Speicherkondensators 48 (Fig. 4A und 4B) be stimmt.

In dieser besonderen Ausführungsform wird die Phasenwicklung 58b anschließend so gesteuert, daß, wenn der Strom in der Pha senwicklung 58b sehr niedrig ist, Energie über den Rücklei tungsbus 64 (Fig. 4A und 4B) aus dem Speicherkondensator 48 (Fig. 4A und 4B) auf die Phasenwicklung 58b übertragen wird. Wenn der Strom in der Phasenwicklung 58b etwas niedrig ist, wird Energie von dem Versorgungsbus L3 (Fig. 4A und 4B) auf die Phasenwicklung 58b übertragen. Wenn der Strom in der Pha senwicklung 58b hoch ist und die Kondensatorspannung niedrig ist, wird Energie über den Rückleitungsbus 64 (Fig. 4A und 4B) auf den Speicherkondensator 48 (Fig. 4A und 4B) übertragen. Schließlich, wenn der Strom in der Phasenwicklung 58b hoch und die Speicherkondensatorspannung ebenfalls hoch ist, dann wird die Energie (oder der Strom) in der Phasenwicklung 58b auf rechterhalten, um in Motordrehung umgewandelt zu werden.

Der Betrieb des Stromrichter- und Steuersystems nach der vor liegenden Erfindung beinhaltet mehrere zusätzliche Be triebsarten, die zu verbesserter Motorleistung führen. Diese zusätzlichen Betriebsarten beinhalten:

1. Betriebsarten, in denen die Rückleitungsbusspannung hoch gehalten wird und/oder dem Strom in den Phasenwicklungen 58a-c (Fig. 4A und 4B) nicht gestattet wird, unter einen gewissen Wert zu gehen. Das Hochhalten der Rückleitungsbusspannung un terstützt ein schnelles Verstärken des Phasenstroms, wenn der Versorgungsbus einen niedrigen Energiewert hat, und verbessert die Abklingzeit für die in einer Phasenwicklung gespeicherte Energie. Sogenanntes "Floating the bubble" tritt jederzeit auf, wenn ein gewisser Minimalstrom in den Phasenwicklungen aufgrund eines Mangels an Entmagnetisierungszeit aufrechter halten wird, ungeachtet des Zustands von V_c. Der Strom wird in der Phasenwicklung aufrechterhalten, um das Eisen teilweise zu sättigen, wodurch eine niedrigere Motorinduktivität erzeugt wird.
2. Eine Betriebsart, bei der die Rückleitungsbusspannung nicht auf eine hohe Spannung gesteuert wird.
3. Eine Betriebsart, bei der eine Phasenwicklung zu einer Zeit aktiviert wird, wenn ihre Induktivität und das Drehmoment niedrig sind. Das erfolgt hauptsächlich, um in dieser Phasen wicklung Energie zu speichern, damit diese später auf den Speicherkondensator übertragen werden kann.
4. Eine Betriebsart, bei der nur eine Phase gleichzeitig Ein ist, aber die Rückleitungsbusspannung noch wie oben beschrie ben gesteuert wird.
5. Eine Betriebsart, bei der nur eine Phase gleichzeitig Ein ist und der Speicherkondensator an dem Ende der Akti vierungszeit für eine bestimmte Phasenwicklung aufgeladen und während der Aktivierung der nächsten Phasenwicklung entladen wird. Die Rückleitungsbusspannung wird niedrig gehalten, und die Dauer der Aktivierungszeit kann für minimal es Rauschen kurz sein.
6. Eine Betriebsart, die eine Bremsfunktion beinhaltet, welche realisiert werden kann, indem Energie nicht gestattet wird, den Speicherkondensator aufzuladen, und indem ein Minimalstrom für alle Phasenwicklungen gewährleistet wird. Darüber hinaus wird der Takt der Phasenströme gesteuert, um ein umgekehrtes Drehmoment zu erzeugen.
7. Eine Betriebsart, bei der der Strom in einer Phase zu dem Speicherkondensator über eine Zeitspanne geleitet wird, die nicht gerade an dem Ende der normalen Aktivierungszeit für die Phase liegt.

Durch dynamisches Steuern der Aktivierung/Inaktivierung der Phasenwicklungen und der Aktivierung/Inaktivierung des Rück leitungsbusses ist somit das Stromrichter- und Steuersystem nach der vorliegenden Erfindung flexibel, indem es eine Viel falt von Betriebsarten bereitstellt, um für einen effizienten Motorbetrieb in einer Vielfalt von Fällen und Zuständen zu sorgen. Darüber hinaus sind aufgrund der Flexibilität und der dynamischen Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung zusätz liche Betriebsarten erzielbar.

Fig. 9 zeigt allgemein Schwingungsabbilder für das Strom richter- und Steuersystem gemäß den Prinzipien der vor liegenden Erfindung, das eine Wechselstromquelle hat. Die Ein gangsversorgungsspannung V_I ist als eine gleichgerichtete Spannung mit etwa 300 V gezeigt. Aufgrund der dynamischen Steuerung der Phasenströme und des Rückleitungsbusses, die ge mäß der vorliegenden Erfindung erfolgt, kann das Stromrichter- und Reglersystem einen Motor in einem Breitenbereich von Wech sel- und Gleichspannungen einschließlich relativ niedrigen Spannungen betreiben. Die Rückleitungsbusspannung V_c (d. h. die Spannung, die in dem Speicherkondensator gespeichert ist) ist als dynamisch gesteuerte Spannung mit etwa 750 V gezeigt. Die Rückleitungsbusspannung V_c wird vorzugsweise oberhalb der Ein gangsspannung V_I gehalten, und der Spannungswert des Rücklei tungsbusses wird ungeachtet der Eingangsspannung V_I gesteuert. Der Phasenstrom I_p für eine Phasenwicklung ist in Relation zu der Rückleitungsbusspannung V_c und der Eingangsspannung V_I ge zeigt. Wenn die augenblickliche Wechselspannung an der Netz leitung nahe bei null ist, ist so wenig Energie von dem Ver sorgungsbus L3 (Fig. 4A und 4B) verfügbar, daß Energie vor teilhafterweise auf den Versorgungsbus L3 (Fig. 4A und 4B) von dem Rückleitungsbus 64 (Fig. 4A und 4B) übertragen werden kann.

Fig. 10 zeigt Beispiele von Steuersignalen P2, P3 und Rb aus dem Taktsteuerblock 94 (Fig. 6) zusammen mit beispielhaften Schwingungsabbildern, welche die Rückleitungsbusspannung V_c auf der Speichervorrichtung 48 (Fig. 4A und 4B) und den Pha senstrom I_p2 in der Phasenwicklung 58b (Fig. 4A und 4B) wäh rend des Phasenerregungsintervalls für die Phasenwicklung 58b (Fig. 4A und 4B) entsprechend dem Steuersignal P2 zeigen. In dieser besonderen Ausführungsform kann das Phasenerregungsin tervall für die Phasenwicklungen 58a-c (Fig. 4A und 4B) allge mein in vier Betriebszeitspannen unterteilt werden, welche die dynamischen Steuereigenschaften der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.

In einem ersten Arbeitspunkt, der mit T1 bezeichnet ist, be wirkt der Phasensteuerlogikblock 92b (Fig. 6) normalerweise, daß Strom durch die Phasenwicklung 58b (Fig. 4A und 4B) aus der Speichervorrichtung 48 (Fig. 4A und 4B) aufgenommen wird, um den Strom in der Phasenwicklung zu steuern und dadurch ge wisse Merkmale wie folgt bereitzustellen:

1. I_p2 kann auf einen höheren Wert gesteuert werden, als nor malerweise benötigt würde, um den Motor zu betreiben. Dieser höhere Strom kann dann anschließend in die Speichervorrichtung 48 (Fig. 4A und 4B) geleitet werden, um eine gesteuerte Span nung auf der Speichervorrichtung 48 (Fig. 4A und 4B) aufrecht zuerhalten. Bei 20548 00070 552 001000280000000200012000285912043700040 0002019620808 00004 20429hoher Motorgeschwindigkeit kann das die Haupt maßnahme zum Erzielen einer Zusatzfunktion zum Steuern der Kondensatorspannung V_c sein.
2. Die Dauer der Steuersignale P1-P3 kann durch die Takt steuerlogik 94 (Fig. 6) gesteuert werden, um einen besonderen Strom I_p2 ohne Zerhackung während der betreffenden Phasenerre gung zu erzielen. Das ergibt einen besseren Motorwirkungsgrad.
3. I_p2 kann auf einen niedrigeren Strom gesteuert werden, als er normalerweise benötigt würde, um den Motor zu betreiben. Das ergibt eine niedrigere Stromanforderung für die Rb-Schalt vorrichtung. Ein niedriger I_c kann während dieser Betriebsart bei niedrigen Motorgeschwindigkeiten erforderlich sein, wenn der Motor stark belastet ist.

Ein zweiter Arbeitspunkt T2 tritt auf, wenn das Steuersignal Rb abgeschaltet ist und die Majorität der Energie in der vor herigen Phase 58a (Fig. 4A und 4B) in die Speichervorrichtung 48 (Fig. 4A und 4B) entleert wird, wie es durch den Anstieg der Kondensatorspannung V_c gezeigt ist. In einem dritten Ar beitspunkt T3 werden die Phasenschaltvorrichtung Q2, gesteuert durch das Signal SW₂ (Fig. 8A und 8B), und die Rückleitungs busschaltvorrichtung Q4, gesteuert durch das Signal SRb (Fig. 8A und 8B), derart betätigt, daß sie den Strom in der Phasen wicklung 58b (Fig. 4A und 4B) steuern und daß eine Zusatzwechselrichterwirkung erzeugt wird, durch die die Span nung V_c auf der Speichervorrichtung 48 (Fig. 4A und 4B) ge steuert wird. Schließlich kann in einem vierten Arbeitspunkt T4 der Strom I_p2 gesteuert werden, um gewisse Merkmale folgen dermaßen bereitzustellen:

1. I_p2 kann auf einen niedrigeren Strom gesteuert werden, als er normalerweise benötigt würde, um den Motor zu betreiben. Das sorgt für einen niedrigeren Strombedarf für die Rücklei tungsbusschaltvorrichtung Q4.
2. I_p2 kann auf einen viel niedrigeren Strom gesteuert werden, als er normalerweise benötigt würde, um den Motor zu betrei ben. Die Rückleitungsbusschaltvorrichtung Q4 würde normaler weise zu dieser Zeit eingeschaltet sein, und der Strom in der Phasenwicklung 58b (Fig. 4A und 4B) würde langsam abnehmen, wodurch für einen ruhigeren Betrieb des Motors gesorgt wird.
3. I_p2 kann auf einen höheren Wert gesteuert werden, als er normalerweise benötigt würde, um den Motor zu betreiben. Die ser höhere Strom kann dann in die Speichervorrichtung 48 (Fig. 4A und 4B) geleitet werden, um eine gesteuerte Spannung V_c aufrechtzuerhalten. Die Taktsteuerlogik 94 (Fig. 6) kann die Entregung der Phasenwicklung 58b verzögern, um für eine ge wisse Regeneration der Motordrehenergie zu sorgen, die zu der Speichervorrichtung 48 (Fig. 4A und 4B) in den Arbeitspunkten T2 oder T3 für andere Phasenwicklungen 58a und c (Fig. 4A und 4B) geleitet werden soll.

Fig. 11 zeigt Beispiele von Schwingungsabbildern für die Rück leitungsbusspannung V_c relativ zu überlappenden Phasenströmen I_p1, I_p2 und I_p3, um die dynamische Steuerung der Phasenströme I_p1, I_p2 und I_p3 und der Rückleitungsbusspannung V_c zu veran schaulichen. Die Phasenströme I_p1-I_p3 sind die Stromprofile jeweils für die drei Motorphasenwicklungen 58a-c (Fig. 4A und 4B). Während des Phasenerregungsintervalls der Phasenwicklung 58b (gezeigt mit den Arbeitspunkten T1-T4, wie oben für Fig. 10 erläutert) überlappen sich die Phasenströme I_p1-I_p3. Gemäß der Darstellung mit Bezug auf die Kurve V_c wird in dem Ar beitspunkt T1 der Phasenwicklung 58b (Fig. 4A und 4B) die Rückleitungsbusspannung V_c am Anfang reduziert, wenn die La dung des Speicherkondensators 48 (Fig. 4A und 4B) auf den Ver sorgungsbus L3 (Fig. 4A und 4B) übertragen wird. Das erfolgt, um den Phasenstrom I_p2 schnell auf einen bestimmten Wert zu erhöhen. Während des nächsten Arbeitspunktes T2 wird ein Teil des Phasenstroms I_p1 benutzt, um den Speicherkondensator 48 (Fig. 4A und 4B) wieder aufzuladen.

Während der Arbeitsperiode T3 werden die Phasenwicklungen 58a- c (Fig. 4A und 4B) und der Rückleitungsbus 64 dynamisch be trieben, um den Phasenstrom I_p2 in der Phasenwicklung 58b (Fig. 4A und 4B) dynamisch zu steuern und die Spannung V_c auf dem Speicherkondensator 48 (Fig. 4A und 4B) zu steuern. Wenn der Phasenstrom I_p2 zerhackt wird, schwankt die Spannung V_c als eine Funktion der Motor-Eigen-EMK und der Speicherkonden satorspannung V_c. Allgemein wird in bezug auf die Phasenwick lung 58b während einer Phasenerregungsperiode und während ei ner stattfindenden Strommodulation (Fig. 4A und 4B), wenn I_p2 aufgrund von unzulänglicher Energie oder unzulänglicher ver fügbarer Spannung von der Netzleitung her zu niedrig wird, En ergie aus dem Speicherkondensator 48 (Fig. 4A und 4B) entnom men. Wenn der Strom aus der Netzleitung ohne weiteres verfüg bar ist und die gespeicherte Energie des Speicherkondensators 48 (Fig. 4A und 4B) niedrig ist, wird Energie auf den Spei cherkondensator 48 (Fig. 4A und 4B) übertragen. Wenn sowohl der Phasenstrom als auch der Wert der in dem Kondensator ge speicherten Energie hoch sind, wird die Phasenenergie in der Phasenwicklung 58b zurückgehalten. Es ist klar, daß nicht sämtliche verfügbare Phasenenergie in Motordrehung umgewandelt wird. Vielmehr ist ein Teil der verfügbaren Energie für wei tere Zusatzwechselrichteroperationen verwendbar.

Schließlich erniedrigt während einer Betriebsperiode T4 der schnell ansteigende Phasenstrom I_p3 der nächsten Pha senwicklung 58c (Fig. 4A und 4B), die zu erregen ist, wieder die Speicherkondensatorspannung V_c, wodurch der Phasenstrom I_p3 schnell auf den Sollwert für die Phasenwicklung 58c erhöht wird.

Die Schwingungsabbilder in Fig. 11 dienen zu Erläute rungszwecken, um typische Betriebsarten zu erklären, die das Stromrichter- und Reglersystem nach der vorliegenden Erfindung an einer einzelnen Phasenwicklung 58b ausführt. Zu irgendeiner bestimmten Zeit kann jedoch das Stromrichter- und Reglersystem dynamisch die Speicherkondensatorspannung V_c und die Phasen ströme I_p1-I_p3 steuern, was durch den Regler 42 (Fig. 6) be stimmt wird.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist, daß durch richtiges Steuern der Phasenschaltvorrichtungen Q1-Q3 (Fig. 4A und 4B) und des Rückleitungsbusschalters Q₄ (Fig. 4A und 4B) der Spei cherkondensator 48 (Fig. 4A und 4B) ein kleiner, relativ bil liger Kondensator sein kann. Der Betrieb des Rückleitungsbus ses 64 (Fig. 4A und 4B) an einer Spannung, die wesentlich hö her als die Gleichspannung an dem Versorgungsbus L3 ist, er möglicht die Verwendung eines relativ kleinen Speicherkonden sators. Das Übertragen von Energie bei dieser relativ hohen Spannung auf den Versorgungsbus L3 aus dem Speicherkondensator und auf die gewünschte Phasenwicklung sorgt für einen schnel leren Aufbau des Phasenstroms I_p, als es bei herkömmlichen Stromrichterschaltungen einschließlich der gegenwärtigen (N+1)-Schaltungskonfigurationen der Fall ist. Ebenso sorgt das Betreiben des Rückleitungsbusses 64 (Fig. 4A und 4B) mit der relativ hohen Spannung für ein schnelleres Abklingen des Stroms in den Phasenwicklungen 58a-c (Fig. 4A und 4B) an dem Ende des Phasenerregungsintervalls, als es gegenwärtig möglich ist.

Fig. 12 zeigt eine Ausführungsform für das Stromrichter- und Reglersystem 40 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfin dung. Zum Realisieren der verschiedenen Betriebsarten des Mo tors 10, die oben beschrieben worden sind, enthält das Strom richter- und Steuersystem 40 einen Regler 42, der den Strom richter 44 steuert, indem er Steuersignale liefert, die den Signalen SW1, SW2, SW3 und SRb entsprechen, um die Schaltvor richtungen Q1-Q4 zu aktivieren und/oder zu inaktivieren. In dieser besonderen Ausführungsform sind Schaltertreiber 166 Ausgangstreiber, die den Schaltvorrichtungen Q1-Q4 einen Steu erstrom gemäß den Steuersignalen SW1, SW2, SW3 und SRb lie fern, die sie aus Phasenprozessoren 168a-c empfangen.

Zum Bilden dieser Steuersignale benutzt der Regler 42 Sensoren 170 zum Überwachen von verschiedenen Motorbetriebsparametern.

Eine Verarbeitungsschaltung 164 des Reglers 42 verarbeitet die Sensorausgangssignale und die Spannung des Speicherkondensa tors 48 und bildet die Schaltersignale SW1-SW3 und SRb zum Be tätigen der Schaltertreiber 166, um die Schalter Q1-Q4 zu steuern. In dieser besonderen Ausführungsform enthält die Verarbeitungsschaltungsanordnung 164 einen Steuerprozessor 180 in Form eines Mikroprozessors oder einer anwendungsspezifi schen integrierten Schaltung (ASIC) sowie einzelne Phasenpro zessoren 168a-c in Form von einzelnen Mikroprozessoren oder einzelnen ASICs. Alternativ könnte eine einzelne ASIC oder ein einzelner Prozessor in der Verarbeitungsschaltungsanordnung 164 benutzt werden. In dieser Ausführungsform sind drei Pha senprozessoren 168a-c vorhanden, weil der Motor 10 ein drei phasiger Motor ist. Darüber hinaus empfängt die Verarbeitungs schaltungsanordnung 164 ein Taktsignal aus einer Takt/Takt- Teilerschaltung 182, die ein Grundtaktsignal sowie aus dem Grundtaktsignal abgeleitete Taktsignale erzeugt.

Die Sensoren 170 überwachen verschiedene Motorbetriebspa rameter. Ein Drehgeber 170a überwacht die Läuferwellenposition durch Liefern von Positionssignalen, welche die Läuferwellen position relativ zu einem definierten Bezugsort angeben. Wenn der Motor 10 läuft, erfaßt der Drehgeber 170a die augenblick liche Läuferwellenposition und überträgt die Positionssignale zu dem Drehgeberleser 172. Die Auflösung, die durch die um 90° phasenverschobenen Signale erzielt wird, beträgt beispiels weise 0,72° Rotordrehung pro Übergang der um 90° phasenver schobenen Signale. Der Leser 172 empfängt außerdem Taktsignale aus dem Taktgeber 182. Bei dem Verarbeiten der Positionssi gnale aus dem Drehgeber 170a erzeugt der Leser 172 Inkre mentierungssignale auf einer Leitung 185 bei jedem Übergang des Positionssignals aus dem Drehgeber 170a, ein Richtungssi gnal auf einer Leitung 187 und ein Indexsignal auf einer Lei tung 189.

Ein Geschwindigkeitssensor 170b umfaßt einen Tachometer 171, der die Motorgeschwindigkeit mißt, indem er das In krementierungssignal auf der Leitung 185 aus dem Drehge berleser 172 und ein Taktsignal aus dem Taktgeber 182 benutzt. Eine Geschwindigkeitsreferenzeinheit 174 liefert ein Referenz geschwindigkeitssignal, das durch den Benutzer als die Sollge schwindigkeit geliefert wird. Das Takteingangssignal an dem Tachometer 171 inkrementiert einen Zähler (nicht gezeigt) in nerhalb des Tachometers 171. Die Eingangstaktsignale, die ge zählt werden, sind diejenigen, die zwischen jedem Übergang des durch den Leser 172 gelieferten Inkrementierungssignals auf treten. Der Inhalt des Zählers repräsentiert somit die Länge der Zeit, die für jedes Inkrement der Wellendrehung benötigt wird. Der Steuerprozessor 180 befragt den Tachometer 171, da mit dem Steuerprozessor 180 Motorgeschwindigkeitsdaten aus dem Inhalt der Zähler geliefert werden. Mit dieser Information be rechnet der Steuerprozessor 180 die Motorgeschwindigkeit. Der Steuerprozessor 180 empfängt außerdem das Ausgangssignal aus der Geschwindigkeitsreferenzeinheit, um festzustellen, ob der Motor oberhalb oder unterhalb der Sollgeschwindigkeit arbei tet.

Der Stromsensor 170c liefert Phasenstromsignale als eine Span nung, die zu dem Stromfluß in jeder Schaltvorrichtung Q1-Q3 proportional ist. Ein Steuerstromsignal aus dem Steuerprozes sor 180 wird über ein Stromspeicherregister 192 zu dem Strom sensor 170c geleitet. Das binäre Steuerstromsignal, das den Sollstromwert darstellt, wird sowohl zu dem Stromsensor 170c als auch zu jedem Phasenprozessor 168a-c geleitet. Innere Kon densatoren (nicht dargestellt) werden auf eine Spannung auf geladen, die zu dem Strom I_p in einer Phasenwicklung 58a-c während ihres Phasenerregungsintervalls proportional ist. Diese Kondensatoren entladen sich mit einer Geschwindigkeit, die zu der Änderung des Stroms in der Phasenwicklung 58a-c während der Phasenentregung proportional ist. Infolgedessen sind die Kondensatorladespannungen proportional zu dem Strom in jeder Motorphase. Diese Spannung wird in einen Digital- oder Binärwert umgewandelt und mit einem Referenzwert vergli chen, der dem Sensor 170c durch den Steuerprozessor 180 gelie fert wird. Andere Referenzspannungen, die den Sollstromwert in jeder Phase darstellen, werden dem Stromsensor 170c außerdem über eine Leitung 194 geliefert.

In dieser besonderen Ausführungsform sind die Spannungen, die durch den Stromsensor 170c erzeugt werden, die Pha senstromsignale, welche die Ströme in den Phasenwicklungen 58a-c darstellen. Die Phasenstromsignale werden mit diesen an deren Werten verglichen, um eine Anzeige darüber zu liefern, ob die erfaßten Ströme oberhalb oder unterhalb der Sollphasen stromwerte sind. Das Ergebnis steht wieder an jedem Phasenpro zessor 168a-c zur Verfügung. Darüber hinaus gibt ein Span nungssensor. 170d ein Spannungssignal, das den Spannungswert des Speicherkondensators 48 (Fig. 4A und 4B) darstellt, an die Phasenprozessoren 168a-c ab.

Der Steuerprozessor 180 empfängt ein Taktsignal aus dem Takt geber 182, Geschwindigkeitsinformation aus dem Ge schwindigkeitssensor 170b, die Index-, Inkrementierungs- und Richtungssignale aus dem Drehgeberleser 172, das Ge schwindigkeitsreferenzsignal aus der Einheit 174 und ir gendwelche Kommunikationen aus den Phasenprozessoren 168a-c. Der Steuerprozessor 180 verarbeitet diese Eingangssignale und liefert Steuerdaten, die sich auf die Phasen- und Rücklei tungsbustakt- und -stromsteuerung beziehen. Der Steuerprozes sor 180 enthält Datensteuerleitungen 184 zum Weiterleiten der Daten innerhalb der Verarbeitungsschaltung 164. Die Verarbei tungsschaltung 164 enthält außerdem ein erstes und ein zweites Laderegister 186a bzw. 186b sowie ein erstes und ein zweites Schieberegister 188a bzw. 188b, über die Steuerdaten aus dem Steuerprozessor 180 zu den Phasenprozessoren 168a-c geleitet werden. Phasentaktdaten werden über die Register 186a und 188a geleitet, und Bustaktdaten werden über die Register 186b und 188b geleitet.

Unter Verwendung der Datensteuerleitungen 184 leitet der Steu erprozessor 180 Phasentaktinformation zu dem Laderegister 186a. Das Indexsignal auf der Leitung 189 aus dem Drehgeberle ser 172 bewirkt, daß die Phasentaktinformation in das Schiebe register 188a geladen wird, und das Inkrementierungssignal auf der Leitung 185 aus dem Leser 172 verschiebt die Phasentaktin formation innerhalb des Schieberegisters 188a. Die Phasen taktinformation wird über Phasentaktleitungen 196 zu den Pha senprozessoren 168a-c geleitet. Ebenso leitet der Steuerpro zessor 180 die Rückleitungsbusinformationssignale in das Lade register 186b unter Verwendung der Datensteuerleitungen 184, und das Indexsignal bewirkt, daß die Rückleitungsbusinforma tion in das Schieberegister 188b geladen wird. Das Inkremen tierungssignal aus dem Drehgeberleser 172 verschiebt die Rück leitungsbusinformation innerhalb des Schieberegisters 188b. Die Rückleitungsbusinformation geht weiter über die Rücklei tungsbusinformationsleitungen 198 zu den Phasenprozessoren 168a-c. Die Rückleitungsbusinformation kann ein einzelnes Rückleitungsbussteuersignal Rb sein oder es kann sich um drei Steuerbussignale Rb1-Rb3 für jede Phasenwicklung 58a-c (Fig. 4A und 4B) handeln, die über n Rückleitungsbusinformationslei tungen 196 übertragen werden.

Darüber hinaus lädt der Steuerprozessor 180 das Strom speicherregister 192 mit dem Steuerstrom unter Verwendung der Datensteuerleitungen 184. Die Phasenprozessoren 168a-c überwa chen die Phasen- und Rückleitungsbustaktsignale aus den Schie beregistern 188a und 188b, Strominformation aus dem Stromsen sor 170c, das Spannungssignal aus dem Spannungssensor 170d, den Steuerstrom in dem Stromspeicherregister, jedwede Kommuni kationen aus dem Steuerprozessor 180 und jedwede Kommunikation aus den anderen Phasenprozessoren 168a-c, um die Aktivie rung/Inaktivierung der Phasenwicklungen 58a-c (Fig. 4A und 4B) und die Aktivierung/Inaktivierung des Rückleitungsbusses 64 (Fig. 4A und 4B) dynamisch zu steuern. In dieser besonderen Ausführungsform verarbeitet jeder Phasenprozessor 168a-c die obigen Informationssignale, um die Schaltersignale SW1-SW3 und SRb zu erzeugen, die an die Schaltertreiber 166 angelegt wer den, um die Schaltvorrichtungen Q1-Q4 zu aktivieren/zu inakti vieren.

Die Prinzipien der vorliegenden Erfindung, die anhand der obi gen Beispiele offenbart und erläutert worden sind, können un ter Verwendung von verschiedenen Stromrichterschaltungen und -anordnungen realisiert werden. Zum Beispiel, die Ausführungs form nach Fig. 12 ist mit einem Steuerprozessor 180 und Pha senprozessoren 168a-c ausgeführt, aber der Regler nach der vorliegenden Erfindung kann mit einem einzelnen Prozessor aus geführt werden. Darüber hinaus kann der Regler nach der vor liegenden Erfindung auf vielfältigste Art und Weise ausgebil det werden. Der einschlägige Fachmann wird ohne weiteres erkennen, daß verschiedene andere Modifikationen und Änderun gen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne sich strikt an den exemplarischen Fall zu halten, der hier dargestellt und beschrieben worden ist, ohne den Schutz bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, der durch die folgenden Ansprüche festgelegt wird.

Claims

1. Stromrichter- und Steuersystem für einen Motor mit in duktiver Last, gekennzeichnet durch:
einen Stromrichter (44), der einen Versorgungsbus (L3) hat, der mit der induktiven Last (58a-c) elektrisch ge koppelt ist, wobei der Versorgungsbus (L3) die induktive Last (58a-c) mit Energie versorgt, wobei der Stromrichter (44) einen Rückleitungsbus (64) hat, der mit der indukti ven Last (58a-c) elektrisch gekoppelt ist, und wobei der Rückleitungsbus (64) mit einer Speichervorrichtung (48) zum Speichern von Energie elektrisch gekoppelt ist; und
einen Regler (42) zum Steuern der induktiven Last (58a-c) und des Rückleitungsbusses (64), wobei der Regler (42) die Energie in der induktiven Last (58a-c) überwacht und die in der Speichervorrichtung (48) gespeicherte Energie überwacht und wobei der Regler (42) die in der Speicher vorrichtung (48) gespeicherte Energie und die in der in duktiven Last (58a-c) gespeicherte Energie dynamisch steuert.

2. Stromrichter und Steuersystem nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß der Regler (42) die in der Spei chervorrichtung (48) gespeicherte Energie und die in der induktiven Last (58a-c) gespeicherte Energie dynamisch steuert, indem er sowohl 1) den Rückleitungsbus (64) und 2) die Erregung der induktiven Last (58a-c) dynamisch steuert, um zwischen Spannungswerten an der induktiven Last (58a-c) dynamisch umzuschalten.

3. Stromrichter- und Steuersystem nach Anspruch 2, da durch gekennzeichnet, daß der Regler (42) die in der Speichervorrichtung (48) gespeicherte Energie und die in der induktiven Last (58a-c) gespeicherte Energie dyna misch steuert, indem er dynamisch 1) Energie aus der Speichervorrichtung (48) über den Rückleitungsbus (64) auf die induktive Last (58a-c) überträgt, wenn der Strom der induktiven Last (58a-c) unter einem vorbestimmten Wert ist, und 2) Energie aus der induktiven Last (58a-c) auf die Speichervorrichtung (48) überträgt, wenn a) die in der Speichervorrichtung (48) gespeicherte Energie un ter einem zweiten vorbestimmten Wert ist und b) die Ener gie der induktiven Last (58a-c) über einem dritten vorbe stimmten Wert ist.

4. Stromrichter- und Steuersystem nach einem der Ansprü che 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (10) ein geschalteter Reluktanzmotor ist und daß die induktive Last (58a-c) eine Wicklung des Motors (10) ist.

5. Stromrichter- und Steuersystem nach einem der Ansprü che 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (10) mehrere Wicklungen (58a-c) aufweist, wobei jede Wicklung ein erstes Ende, ein zweites Ende und einen Erregungs schalter (Q1-Q3) hat und einen Strom durch den Versor gungsbus (L3) gemäß einem Steuersignal geliefert bekommt, das durch den Erregungsschalter (Q1-Q3) für jede Wicklung (58a-c) empfangen wird.

6. Stromrichter- und Steuersystem nach einem der Ansprü che 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichervor richtung (48) ein Kondensator ist.

7. Stromrichter- und Steuersystem nach Anspruch 6, da durch gekennzeichnet, daß der Kondensator (48) ein Kon densator relativ geringer Größe ist.

8. Stromrichter- und Steuersystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (42) die in der Speichervorrichtung (48) gespeicherte Energie dynamisch auf einen Spannungswert steuert, der höher als der des Versorgungsbusses (L3) ist.

9. Stromrichter- und Steuersystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (42) die in der Speichervorrichtung (48) gespeicherte Energie dynamisch auf einen Spannungswert steuert, der niedriger als ein vorbestimmter Wert ist.

10. Stromrichter- und Steuersystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (42) die in der Speichervorrichtung (48) gespeicherte Energie durch Be treiben des Stromrichters (44a) als Zusatzwechselrichter dynamisch steuert.

11. Stromrichter- und Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzmotor mit N Wicklungen (58a-c), wobei jede Wick lung ein erstes Ende, ein zweites Ende und einen Erre gungsschalter (Q1-Q4) hat, gekennzeichnet durch:
einen Stromrichter (44), der einen Versorgungsbus (L3) hat, welcher mit dem ersten Ende jeder der N Wicklungen (58a-c) elektrisch gekoppelt ist, und einen gemeinsamen Bus (L4), der mit dem zweiten Ende jeder der N Wicklungen (58a-c) elektrisch gekoppelt ist, wobei der Versorgungs bus (L3) den Wicklungen (58a-c) Phasenenergien gemäß ei ner ersten Gruppe von Steuersignalen zuführt, die durch die Erregungsschalter (Q1-Q3) für die Wicklungen empfan gen werden, wobei der Stromrichter (44) einen Rücklei tungsbus (64) hat, der mit den Wicklungen (58a-c) und mit dem gemeinsamen Bus (L4) elektrisch gekoppelt ist, und wobei der Rückleitungsbus (64) eine Rückleitungsspeicher vorrichtung (48) zum Speichern von Energie und einen Rückleitungsbusschalter (Q4) hat; und
einen Regler (42) zum Steuern der Erregungsschalter (Q1- Q3) und des Rückleitungsschalters (Q4), wobei der Regler (42) die Phasenenergie für eine Wicklung überwacht und die in der Speichervorrichtung (48) gespeicherte Energie überwacht, wobei der Regler (42) die in der Speichervor richtung (48) gespeicherte Energie und die Phasenenergie der Wicklung dynamisch steuert, indem er dynamisch 1) den Rückleitungsbusschalter (Q4) mit einem zweiten Steuersignal und 2) die Erregungsschalter (Q1-Q3) gemäß der ersten Gruppe von Steuersignalen steuert.

12. Stromrichter- und Steuersystem nach Anspruch 11, da durch gekennzeichnet, daß der Regler (42) die in der Speichervorrichtung (48) gespeicherte Energie und die Phasenenergie für die Wicklung dynamisch steuert, indem er zwischen Spannungswerten an der Wicklung unter Verwen dung der ersten Gruppe von Steuersignaien und des zweiten Steuersignals dynamisch umschaltet.

13. Stromrichter- und Steuersystem nach Anspruch 11, da durch gekennzeichnet, daß der Regler (42) die in der Speichervorrichtung (48) gespeicherte Energie und die Phasenenergie für die Wicklung dynamisch steuert, indem er dynamisch 1) Energie aus der Speichervorrichtung (48) über den Rückleitungsbus (64) auf die Wicklung überträgt, wenn die Phasenenergie der Wicklung unter einem vorbe stimmten Wert ist, und 2) Energie aus der Wicklung auf die Speichervorrichtung (48) überträgt, wenn a) die in der Speichervorrichtung (48) gespeicherte Energie unter einem zweiten vorbestimmten Wert ist und b) die Phasen energie der Wicklung über einem dritten vorbestimmten Wert ist.

14. Stromrichter- und Steuersystem nach einem der Ansprü che 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicher vorrichtung (48) ein Kondensator ist.

15. Stromrichter- und Steuersystem nach Anspruch 14, da durch gekennzeichnet, daß der Kondensator (48) ein Kon densator relativ geringer Größe ist.

16. Stromrichter- und Steuersystem nach einem der Ansprü che 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (42) die in der Speichervorrichtung (48) gespeicherte En ergie dynamisch auf einen Spannungswert steuert, der hö her als der des Versorgungsbusses (L3) ist.

17. Stromrichter- und Steuersystem nach einem der Ansprü che 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (42) die in der Speichervorrichtung (48) gespeicherte En ergie dynamisch auf einen Spannungswert steuert, der niedriger als ein vorbestimmter Wert ist.

18. Stromrichter- und Steuersystem nach einem der Ansprü che 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (42) die in der Speichervorrichtung (48) gespeicherte En ergie dynamisch steuert, indem er den Stromrichter (44) als einen Zusatzwechselrichter betreibt.

19. Stromrichter- und Steuersystem nach einem der Ansprü che 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (42) die Phasenenergie einer Wicklung ohne Impulsbreiten modulation des Erregungsschalters der Wicklung dynamisch steuert, indem er den Erregungsschalter in Abhängigkeit von der Phasenenergie und dem Spannungswert der Speicher vorrichtung (48) dynamisch steuert.

20. Stromrichter- und Steuersystem nach einem der Ansprü che 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (42) die Phasenenergie einer Wicklung oberhalb eines Min destenergiewertes durch Hervorrufen einer Bremsfunktion dynamisch steuert.

21. Stromrichter- und Steuersystem nach einem der Ansprü che 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (42) einen Erregungsschalter für eine Wicklung dynamisch aktiviert, die ein niedriges Drehmoment und eine niedrige Induktivität hat, um in der Wicklung für die Speichervor richtung (48) Energie zu speichern.

22. Stromrichter- und Steuerverfahren für einen Motor mit einer induktiven Last, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Bereitstellen eines Stromrichters, der einen Versorgungs bus hat, welcher mit einem ersten Ende der induktiven Last elektrisch gekoppelt ist, und einen gemeinsamen Bus, der mit einem zweiten Ende der induktiven Last elektrisch gekoppelt ist, wobei der Versorgungsbus der induktiven Last Energie gemäß einem Steuersignal liefert, das durch einen Erregungsschalter empfangen wird, wobei der Strom richter einen Rückleitungsbus hat, der eine Speichervor richtung zum Speichern von Energie und einen Rücklei tungsbusschalter, der ein zweites Steuersignal empfängt, aufweist;
Überwachen der Energie in der induktiven Last und der En ergie, die in der Speichervorrichtung gespeichert ist; und
dynamisches Steuern der in der Speichervorrichtung ge speicherten Energie und des Stroms in der induktiven Last durch dynamisches Steuern 1) des Rückleitungsbusschalters mit dem zweiten Steuersignal und 2) des Erregungsschal ters gemäß dem Steuersignal.

23. Stromrichter- und Steuerverfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des dynamischen Steuerns der Energie in der Speichervorrichtung und der Energie in der induktiven Last den weiteren Schritt bein haltet:
dynamisches Umschalten zwischen Spannungswerten an der induktiven Last unter Verwendung des ersten und des zwei ten Steuersignals.

24. Stromrichter- und Steuerverfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des dynamischen Steuerns der in der Speichervorrichtung gespeicherten En ergie und der Energie in der induktiven Last den weiteren Schritt beinhaltet:
dynamisches übertragen von Energie auf die induktive Last aus der Speichervorrichtung, wenn die Energie der induk tiven Last unter einem vorbestimmten Wert ist; und
dynamisches Übertragen von Energie auf die Speichervor richtung aus der induktiven Last, wenn a) die in der Speichervorrichtung gespeicherte Energie unter einem zweiten vorbestimmten Wert ist und b) die Energie der in duktiven Last über einem dritten vorbestimmten Wert ist.

25. Stromrichter- und Steuerverfahren nach einem der An sprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Bereitstellens den weiteren Schritt beinhal tet:
Benutzen eines geschalteten Reluktanzmotors als Motor und einer Wicklung des Motors als induktive Last.

26. Stromrichter- und Steuerverfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Benutzens den weiteren Schritt beinhaltet:
Benutzen von mehreren Wicklungen, wobei jede Wicklung ein erstes Ende, ein zweites Ende, einen Erregungsschalter und Energie hat, die durch den Versorgungsbus gemäß dem Steuersignal geliefert wird, das durch den Erregungs schalter für jede Wicklung empfangen wird.

27. Stromrichter- und Steuerverfahren nach einem der An sprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Bereitstellens den weiteren Schritt beinhal tet:
Benutzen eines Kondensators als Speichervorrichtung.

28. Stromrichter- und Steuerverfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Benutzens den weiteren Schritt beinhaltet:
Benutzen eines Kondensators relativ geringer Größe als Speichervorrichtung.

29. Stromrichter- und Steuerverfahren nach einem der An sprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des dynamischen Steuerns den weiteren Schritt be inhaltet:
dynamisches Steuern der in der Speichervorrichtung ge speicherten Energie auf einen Spannungswert, der höher als der des Versorgungsbusses ist.

30. Stromrichter- und Steuerverfahren nach einem der An sprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des dynamischen Steuerns den weiteren Schritt be inhaltet:
dynamisches Steuern der in der Speichervorrichtung ge speicherten Energie auf einen Spannungswert, der niedri ger als ein vorbestimmter Wert ist.

31. Stromrichter- und Steuerverfahren nach einem der An sprüche 23 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des dynamischen Steuerns den weiteren Schritt be inhaltet:
dynamisches Steuern der in der Speichervorrichtung ge speicherten Energie durch Betreiben des Stromrichters als Verstärker.

32. Stromrichter- und Steuerverfahren nach einem der An sprüche 23 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des dynamischen Steuerns den weiteren Schritt be inhaltet:
dynamisches Steuern der Energie der induktiven Last ohne Impulsbreitenmodulation des Erregungsschalters durch Steuern des Erregungsschalters in Abhängigkeit von der Energie und dem Spannungswert der Speichervorrichtung.

33. Stromrichter- und Steuerverfahren für einen geschal teten Reluktanzmotor mit N Wicklungen, wobei jede Wick lung ein erstes Ende, ein zweites Ende und einen Erre gungsschalter hat, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Bereitstellen eines Stromrichters, der einen Versorgungs bus hat, welcher mit dem ersten Ende jeder der N Wicklun gen elektrisch gekoppelt ist, und einen gemeinsamen Bus, der mit dem zweiten Ende jeder Wicklung elektrisch gekoppelt ist, wobei der Versorgungsbus Phasenenergien den Wicklungen gemäß einer ersten Gruppe von Steuersigna ien zuführt, die durch die Erregungsschalter für die Wicklungen empfangen werden, wobei der Stromrichter einen Rückleitungsbus hat, wobei der Rückleitungsbus eine Rück leitungsspeichervorrichtung zum Speichern von Energie und einen Rückleitungsbusschalter, der ein zweites Steuersi gnal empfängt, aufweist;
überwachen der Phasenenergie einer Wicklung und der in der Rückleitungsspeichervorrichtung gespeicherten Ener gie; und
dynamisches Steuern der in der Speichervorrichtung ge speicherten Energie und der Phasenenergie der Wicklung durch dynamisches Steuern 1) des Rückleitungsbusschalters mit dem zweiten Steuersignal und 2) der Erregungsschalter gemäß der ersten Gruppe von Steuersignaien.

34. Stromrichter- und Steuerverfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des dynamischen Steuerns die weiteren Schritte beinhaltet:
dynamisches Übertragen von Energie auf eine Wicklung aus der Speichervorrichtung, wenn die Phasenenergie der Wick lung unter einem vorbestimmten Wert ist; und
dynamisches Übertragen von Energie auf die Speichervor richtung aus der Wicklung, wenn a) die in der Speicher vorrichtung gespeicherte Energie unter einem zweiten vor bestimmten Wert ist und b) die Phasenenergie der Wicklung über einem dritten vorbestimmten Wert ist.

35. Stromrichter- und Steuerverfahren nach Anspruch 33 oder 34, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Be reitstellens den weiteren Schritt beinhaltet:
Bereitstellen eines Kondensators als Speichervorrichtung.

36. Stromrichter- und Steuerverfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Benutzens den weiteren Schritt beinhaltet:
Benutzen eines Kondensators relativ geringer Größe als Speichervorrichtung.

37. Stromrichter- und Steuerverfahren nach einem der An sprüche 33 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des dynamischen Steuerns den weiteren Schritt be inhaltet:
dynamisches Steuern der in der Speichervorrichtung ge speicherten Energie auf einen Spannungswert, der höher als der des Versorgungsbusses ist.

38. Stromrichter- und Steuerverfahren nach einem der An sprüche 33 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des dynamischen Steuerns den weiteren Schritt be inhaltet:
dynamisches Steuern der in der Speichervorrichtung ge speicherten Energie auf einen Spannungswert, der niedri ger als ein vorbestimmter Wert ist.

39. Stromrichter- und Steuerverfahren nach einem der An sprüche 33 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des dynamischen Steuerns den weiteren Schritt be inhaltet:
dynamisches Steuern der in der Speichervorrichtung ge speicherten Energie durch Betreiben des Stromrichters als einen Zusatzwechselrichter.