DE19943542A1 - Verfahren und Anordnung zur Regelung des Stroms in einer geschalteten Reluktanzmaschine - Google Patents

Abstract

Gegenstand der Erfindung sind ein Verfahren und eine Anordnung zur Regelung der Ströme in den Statorwicklungen (3) einer geschalteten Reluktanzmaschine. Die Ausgangsgröße eines Stromreglers (15) wird auf ihren Wert in Bezug auf 50% oder mehr des Ausgangsbereichs überwacht und mit zwei multipliziert einem Pulsweitenmodulator zugeführt, der die Halbleiterschalter für das Ein- und Ausschalten der Statorwicklung (3) betätigt. Bei über 50% Ausgangsgröße werden die Halbleiterschalter in einer Betriebsart "Strom erhöhen" und bei unter 50% Ausgangsgröße in einer Betriebsart "Strom verringern" geschaltet. Der Zweck ist die Vermeidung von Unstetigkeiten beim Übergang zwischen den Betriebsarten (Fig. 1).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur Regelung des Stroms in einer geschalteten Reluktanzma­ schine, deren Statorwicklungen je Phase jeweils in der Diagona­ len einer parallel zu einem Kondensator geschalteten Brücken­ schaltung angeordnet ist, die in einer Brückenhälfte zwischen einem Pol einer mit dem Kondensator verbundenen Gleichspan­ nungsquelle und der Statorwicklung ein kontaktloses Schaltele­ ment und zwischen der Statorwicklung und dem anderen Pol der Gleichspannungsquelle eine Freilaufdiode und in der anderen Brückenhälfte eine zwischen dem einen Pol der Gleichspannungs­ quelle und der Statorwicklung angeordnete Freilaufdiode und zwischen der Statorwicklung und dem anderen Pol der Gleichspan­ nungsquelle ein kontaktloses Schaltelement aufweist.

Eine Anordnung der vorstehend beschriebenen Art ist bekannt. (EP 0 397 514). Bei dieser Anordnung werden zur Erhöhung des Stroms in der jeweiligen Phasenwicklung beide Schaltelemente geschlossen. Zur Abnahme des Stroms werden beide Schaltelemente geöffnet. Zur weitgehenden Aufrechterhaltung des Wicklungs­ stroms wird ein Schaltelement geschlossen und das andere geöff­ net. Durch das Schließen eines Schaltelements und das Öffnen des anderen fließt der Strom aus der Phasenwicklung über das geschlossene Schaltelement und die Freilaufdiode. Der Kondensa­ tor wird dabei nicht aufgeladen, so daß die Brummspannung we­ sentlich reduziert wird.

Aus der DE 40 36 565 C1 ist eine Schaltungsanordnung für einen geschalteten Reluktanzmotor bekannt, dessen Phasenwicklungen jeweils in einer Brückenschaltung mit dem vorstehend beschrie­ benen Aufbau angeordnet sind. Die Brückenschaltung ist parallel zu einem Glättungskondensator angeordnet. In Reihe mit einem der kontaktlosen Schalter, bei denen es sich um IGBT's handelt, ist ein Meßwiderstand gelegt, an dem der Strom-Istwert erfasst wird. Der Wicklungsstrom wird durch eine Steuerelektronik in Abhängigkeit von der Rotorposition ein- und ausgeschaltet. Die beim schnellen Ein- und Ausschalten der Wicklung auftretenden schnellen Änderungen der magnetischen Induktion im Stator werden durch Beeinflussung des Spulenstroms verlangsamt, um eine geringe Geräuschentwicklung im Reluktanzmotor zu erzielen.

Bekannt ist auch eine Schaltungsanordnung zur Steuerung eines geschalteten Reluktanzmotors, dessen Phasenwicklungen auf die oben beschriebene Art in Brückenschaltungen angeordnet sind. Eine Steuerung erzeugt die Signale für das Ein- und Ausschalten der kontaktlosen Schalter. Die Schalter werden zugleich eingeschaltet. Ausschaltsignale werden zu unterschiedlichen Zeiten an die Schalter gegeben (WO 90/16 111 A1).

Um das Motorengeräusch gering zu halten, ist es zweckmäßig, die Geschwindigkeit des Stromauf- und -abbaus zu beeinflussen. Der Stromauf- und Abbau kann durch pulsweitenmoduliertes Steuern der kontaktlosen Schalter erfolgen, bei denen es sich üblicherweise um Halbleiterschalter handelt, deren Schaltver­ luste klein gehalten werden sollen. Für den gesteuerten Stro­ manstieg können die Schalter so betrieben werden, daß der eine geschlossen ist und der andere abwechselnd ein- und ausgeschal­ tet wird, bis der Strom-Sollwert erreicht ist. Zur Konstanthal­ tung des mittleren Wicklungsstroms wird ein Schalter geschlos­ sen gehalten, während der andere fortlaufend kurzzeitig ge­ schlossen und länger andauernd geöffnet wird. Um den Strom in der Phasenwicklung gesteuert abzubauen, wird ein Schalter ständig geöffnet gehalten, während der andere fortlaufend kurz­ zeitig geöffnet und länger andauernd geschlossen wird. Diese Art des Schalterbetriebs läßt sich in "Strom gesteuert auf­ bauen, Strom halten", und "Strom gesteuert abbauen" eintei­ len. Da das Tastverhältnis der Steuerimpulse beim Stromaufbau und Stromabbau verschieden ist, muß der Stromregler zwischen zwei Bereichen wechseln. In der Betriebsart "Strom erhöhen" gibt der Stromregler ein Ausgangssignal ab, das von einem Maxi­ malwert zu Beginn des Anschaltens der Phasenwicklung im Verlauf des Stromanstiegs bis zum Wert null zurückgeht, bei dem der Zu­ stand des Stromhaltens erreicht ist. In der Betriebsart "Strom verringern" steigt das Ausgangssignal des Stromreglers vom Wert null zu Beginn des Abbaus im Laufe der Stromabnahme bis auf einen Maximalwert an. Der Wechsel zwischen zwei Betriebszu­ ständen führt zu einer Unstetigkeit im Regelverhalten, wodurch sich Schwierigkeiten bei der Regelung ergeben.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zum gesteuerten bzw. geregelten Stromauf- und -abbau in der Wicklung einer ein- oder mehrphasigen, geschalte­ ten Reluktanzmaschine anzugeben, bei denen der Übergang zwischen den Betriebszuständen des Stromaufbaus, Stromhaltens und Stromabbaus ohne Unstetigkeit stattfindet.

Das Problem wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Regelabweichung zwischen dem Istwert des Stroms in der Wicklung und einem Stromsollwert mit einem Stromregler gebildet wird, daß die Aus­ gangsgröße des Stromreglers einerseits mit dem Grenzwert von fünfzig oder mehr Prozent des für die Herstellung und Aufrecht­ erhaltung des Stroms in der jeweiligen Statorwicklung auf vor­ gegebene Sollwerte eingestellten Ausgangsbereichs des Stromreg­ lers verglichen und anderseits mit dem Faktor zwei multipli­ ziert wird, daß die mit zwei multiplizierte Ausgangsgröße, von der bei Überschreitung von hundert Prozent der Ausgangsgröße hundert Prozent abgezogen werden, als Eingangsgröße einem Puls­ weitenmodulator zugeführt wird, der eine Impulsfolge erzeugt, deren Tastverhältnis von der Höhe seiner Eingangsgröße bestimmt wird, daß bei einer Ausgangsgröße des Stromreglers von fünfzig oder mehr Prozent des Ausgangsbereichs die Schaltelemente in einer ersten Betriebsart und bei einer Ausgangsgröße von weniger als fünfzig Prozent des Ausgangsbereichs in einer zweiten Betriebsart betätigt werden und daß in einem vom Tast­ verhältnis der Impulsfolge des Pulsdauermodulators bestimmten Wechsel in der ersten Betriebsart beide Schaltelemente leitend sind oder ein Schaltelement leitend und das andere nichtleitend ist und in der zweiten Betriebsart beide Schaltelemente nicht­ leitend sind oder ein Schaltelement leitend und das andere nichtleitend ist. In der ersten Betriebsart ist die jeweilige Phasenwicklung abwechselnd mit beiden Polen oder mit einem Pol der Gleichspannungsquelle verbunden. In der zweiten Betriebsart ist die jeweilige Phasenwicklung abwechselnd von beiden Polen der Gleichspannungsquelle getrennt oder nur mit einem Pol verbunden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Betriebsart aus der Größe des Ausgangssignals des Stromreglers bestimmt. Liegt der Wert der Ausgangsgröße bei 50% und mehr des Ausgangs­ bereichs, dann wird automatisch eine Betriebsart für die Schal­ ter ausgewählt, mit der der Strom auf den Sollwert erhöht wird. Diese Betriebsart wird beibehalten, bis der Strom wieder auf 0 abgebaut werden soll. Im letzteren Fall wird die andere Be­ triebsart eingestellt, bei der die Schalter in einer anderen Schaltfolge den Strom vermindern. Da der Stromregler nicht mehr auf verschiedene Betriebsarten umgeschaltet werden muß, treten keine unstetigen Ausgleichsvorgänge auf, d. h. der Strom in der Phasenwicklung kann ohne Unstetigkeit verringert werden. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß sich eine Kennlinie des Reglers ergibt, die bei beiden Betriebsarten den gesamten Ausgangsbereich aufweist.

In aufeinanderfolgenden Perioden der Impulsfolge des Pulswei­ tenmodulators wechselt jeder Schalter in die Funktionsweise des anderen Schalters in der vorausgegangenen Periode. Hierdurch werden die Stromwärmeverluste gleichmäßig auf beide Schalter aufgeteilt.

Eine Anordnung zur Regelung des Stroms in einer geschalteten Reluktanzmaschine, deren Statorwicklungen je Phase jeweils in der Diagonalen einer parallel zu einem Kondensator geschalteten Brückenschaltung angeordnet sind, die in einer Brückenhälfte zwischen einem Pol einer mit dem Kondensator verbundenen Gleichspannungsquelle und der Statorwicklung ein kontaktloses Schaltelement und zwischen der Statorwicklung und dem anderen Pol der Gleichspannungsquelle eine Freilaufdiode und in der an­ deren Brückenhälfte eine zwischen dem einen Pol der Gleichspan­ nungsquelle und der Statorwicklung angeordnete Freilaufdiode sowie zwischen der Statorwicklung und dem anderen Pol der Gleichspannungsquelle ein kontaktloses Schaltelement aufweist, besteht erfindungsgemäß darin, daß ein von einem Strom-Sollwert und vom Strom-Istwert beaufschlagter Stromregler vorgesehen ist, dessen Ausgangsgröße in einem Vergleicher mit dem Grenz­ wert von fünfzig oder mehr Prozent des für die Herstellung und Aufrechterhaltung des Stroms in der jeweiligen Statorwicklung auf vorgegebene Sollwerte eingestellten Ausgangsbereichs des Stromreglers verglichen wird, daß die Ausgangsgröße bei einem Wert von gleich oder weniger als fünfzig Prozent des Ausgangs­ bereichs des Stromreglers mit zwei multipliziert und bei einem Wert von mehr als fünfzig Prozent nach Abzug der fünfzig Pro­ zent mit zwei multipliziert und nach der Multiplikation als Eingangsgröße einem Pulsweitenmodulator zugeführt wird, der eine Impulsfolge erzeugt, deren Tastverhältnis dem doppelten Wert der Ausgangsgröße des Stromreglers proportional ist, wobei die Impulsfolge einer Steuerlogik beaufschlagt, die Schaltungs­ bausteine aufweist, durch die bei vorhandenem oder überschrit­ tenem Grenzwert die Schaltelemente in einer ersten Betriebsart und bei unterschrittenem Grenzwert in einer zweiten Betriebsart gesteuert werden und wobei in einem vom Tastverhältnis der Impulsfolge des Pulsweitenmodulators bestimmten Wechsel in der ersten Betriebsart beide Schaltelemente leitend sind und oder eines leitend und das andere nichtleitend ist und in der zweiten Betriebsart beide Schaltelemente nichtleitend sind oder eines nichtleitend und das andere leitend geschaltet ist.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist keine externe Ansteue­ rung des Stromreglers für die Einstellung der einen oder ande­ ren Betriebsart notwendig. In der einen Betriebsart, in der durch die Betätigung der Schalter ein Wechsel zwischen der lei­ tenden Verbindung mit den beiden Gleichspannungspolen und der Verbindung nur zu einem Pol stattfindet, steigt der Phasenstrom gesteuert bis zum Sollwert an und bleibt auf diesem, bis der Sollwert stetig vermindert wird, wodurch automatisch in die zweite Betriebsart übergegangen wird, in der abwechselnd die Schalter nichtleitend sind und danach nur jeweils einer leitend ist, während der andere entsprechend nichtleitend ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind der Stromregler, der Vergleicher und die Multiplikationseinrichtung durch ein Pro­ gramm in einem Mikroprozessor realisiert, der die digitalisier­ ten Strom-Soll- und Strom-Istwerte verarbeitet, wobei ein Bit in der Datenwortlänge des Mikroprozessors dem Überwachungser­ gebnis und die anderen Bit dem Wert der Ausgangsgröße des Stromreglers zugeordnet sind. Mit dieser Anordnung wird eine digitale Regelung mit hoher Genauigkeit erreicht. Die Daten­ wortlänge ist insbesondere 16 Bit.

Vorzugsweise ist eine Anordnung in der Steuerlogik vorgesehen, durch die in aufeinanderfolgenden Perioden der Impulsfolge des Pulsweitenmodulators die Funktionen der beiden Schalter gegen­ über der vorausgegangenen Periode bezüglich des leitenden und nichtleitenden Schaltzustands umgekehrt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in einer Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrie­ ben, aus dem sich weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Anordnung zur Regelung des Stroms in der Wick­ lung einer Phase einer Reluktanzmaschine im Block­ schaltbild,

Fig. 2 ein Diagramm des Tastverhältnisses eines Pulsweitenmodulators in der in Fig. 1 dargestellten Anordnung in Abhängigkeit von der Ausgangsgröße eines Stromreglers,

Fig. 3 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs von Steuersigna­ len und des Stroms in der Wicklung einer Phase der Anordnung gemäß Fig. 1.

Eine Anordnung zur Regelung des Stroms in der Wicklung eines einphasigen bzw. in der Wicklung jeder Phase eines mehrphasigen Reluktanzmotors enthält eine Steuerung 1, der von einem Winkel­ sensor 2, der mit dem nicht dargestellten Rotor des Reluktanz­ motors verbunden ist, Signale über die Drehstellung des Rotors zugeführt werden. In Fig. 1 ist die Wicklung 3 einer Phase des nicht dargestellten Stators des Reluktanzmotors gezeigt. Die Wicklung 3 kann die Reihen- oder Parallelschaltung der beiden, auf zwei Statorpolen angeordneten Wicklung einer Phase sein. Die Wicklung 3 ist in der Diagonalen einer Brückenschaltung 4 angeordnet, deren eine Hälfte ein kontaktloses Schaltelement 5 und eine Freilaufdiode 6 aufweist. Das Schaltelement 5, z. B. ein IGBT oder MOSFET, ist zwischen dem positiven Pol 7 einer Gleichspannungsquelle und einem Ende der Wicklung 3 angeordnet. Zwischen dem gleichen Ende der Wicklung 3 und dem negativen Pol 8 der Gleichspannungsquelle ist die Freilaufdiode 6 angeordnet. In Reihe mit der Wicklung 3 liegt ein Stromsensor 9.

Die andere Hälfte der Brückenschaltung 4 weist eine Freilauf­ diode 10 und ein kontaktloses Schaltelement 11 auf. Als Strom­ sensor 9 kann ein Stromwandler, Hall-Sensor oder ein Widerstand vorgesehen sein, der in Reihe mit der Wicklung 3 in der Diago­ nalen der Brückenschaltung 4 liegt. Die Freilaufdiode 10 ist mit der Kathode an den positiven Pol 7 und mit Anode an das an­ dere Ende der Wicklung 3 bzw. den Stromsensor 9 angeschlossen. Das kontaktlose Schaltelement 11, das den gleichen Aufbau wie das Schaltelement 5 hat, ist zwischen dem anderen Ende der Wicklung 3 bzw. dem Stromsensor 9 und dem negativen Pol 8 ange­ ordnet. Für die Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Anord­ nung ist die Verbindung der Wicklung 3 mit den beiden Brücken­ hälften wesentlich. Die Strommessung kann auf verschiedene Weise erfolgen. Deshalb ist oben u. a. angegeben, daß die Frei­ laufdiode 10 und das Schaltelement 11 mit dem Ende der Wicklung 3 verbunden sind. Darunter ist auch zu verstehen, daß ein Stromsensor in Reihe mit der Wicklung 3 angeordnet ist.

Zum Öffnen und Schließen der Schaltelemente 5, 11, die im fol­ genden als Schalter bezeichnet werden, sind jeweils Ansteuer­ schaltungen 12, 13, vorgesehen, die z. B. für IGBT's und MOSFETs an sich bekannt sind. Die Ansteuerschaltungen 12, 13 sind mit der Steuerung 1 und einer Logikschaltung 14 verbunden.

Ein Stromregler 15 ist mit einem Eingang an den Stromsensor 9, der die Istwerte des Phasenstroms mißt, und einem Eingang an einen Geber für den Sollwert des Phasenstroms angeschlossen. Der Stromregler 15 bildet die Regelabweichung und erzeugt eine verstärkte Ausgangsgröße. Wenn als Stromregler ein Operations­ verstärker verwendet wird, ist die Ausgangsgröße ein elektri­ sches Signal, z. B. ein Strom oder eine Spannung. Der Stromreg­ ler hat wenigstens P-Verhalten, kann aber auch PI- oder PID- Verhalten haben. Der Stromregler 15 ist ausgangsseitig mit einem Vergleicher 16 bzw. einer Überwachungsanordnung verbun­ den, die ihre Eingangsgröße mit einem Grenzwert vergleicht. Dieser Grenzwert beträgt 50% oder mehr des Ausgangsbereichs des Stromreglers, d. h. desjenigen Bereichs der für die Her­ stellung und Aufrechterhaltung des Stroms in der Wicklung 3 auf die Sollwerte eingestellt bzw. eingerichtet ist. Eine mit dem Ausgang des Stromreglers 15 verbundene Überwachungsanordnung 16 bzw. ein Vergleicher stellt fest, ob die Ausgangsgröße des Stromreglers 15 größer oder gleich 50% des Ausgangsbereichs des Stromreglers 9 ist. Mit dem Ausgang des Stromreglers 15 ist eine Multiplizieranordnung 17 verbunden, der ein Pulweiten­ modulator 18 nachgeschaltet ist. Die Multiplizieranordnung 17 arbeitet nach der Methode: 2x (Tastverhältnis Mod. 50%). Wenn also die Ausgangsgröße des Stromreglers 15 gleich oder kleiner als 50% des Ausgangsbereichs des Stromreglers 15 ist, wird die Ausgangsgröße mit dem Faktor 2 in der Multiplizieranordnung 17 multipliziert. Ist die Ausgangsgröße des Stromreglers 15 größer als 50% des Ausgangsbereichs, dann wird von der Ausgangsgröße der Wert von 50% subtrahiert. Anschließend wird die erhaltene Differenz mit zwei multipliziert. Die Multiplizieranordnung 17 kann auch alternativ nach der Methode: (Tastverhältnis × 2) Mod. 100% arbeiten. In diesem Fall wird die Ausgangsgröße des Stromreglers 15 mit zwei multipliziert. Überschreitet die mit 2 multiplizierte Ausgangsgröße des Stromreglers 15 100%, werden davon 100% abgezogen und das Ergebnis dem Pulsweitenmodulator 18 zugeführt. Beide angegebene Methoden sind äquivalent. Der Pulsweitenmodulator 18 erzeugt eine Impulsfolge, deren Tast­ verhältnis durch die Ausgangsgröße der Multiplizieranordnung 17 bestimmt wird. Mit dem Ausgang des Pulsweitenmodulators 18 ist die Logikschaltung 14 verbunden, die auch an die Überwachungs­ anordnung 16 angeschlossen ist.

Die Logikschaltung 14 enthält z. B. nicht dargestellte Torschal­ tungen, Invertierglieder und einen Signalgeber. Diese Bauele­ mente werden in Abhängigkeit vom Steuersignal, das die Überwa­ chungsanordnung 16 erzeugt, betätigt. An die Pole 7, 8 der Gleichspannungsquelle ist ein Zwischenkreiskondensator 19 ange­ schlossen. Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung ist in bezug auf die Stromregelung für jede Phase des Reluktanzmotors vor­ handen.

Im Betrieb des Reluktanzmotors erzeugt die Steuerung 1 ein Freigabesignal. Das Freigabesignal ist in Fig. 3, in der Sig­ nale der Fig. 1 gezeigten Schaltung in ihrem zeitlichen Verlauf dargestellt sind, mit 20 bezeichnet. In Fig. 3 sind die Ampli­ tuden der Signale in Ordinatenrichtung und die Zeitrichtung in Abszissenrichtung dargestellt. Das Freigabesignal 20 wird bei einer entsprechenden Rotorstellung durch ein Signal des Dreh­ stellungssensor 2 bei einem vorgegebenen Drehmomentsollwert ausgelöst, der in die Steuerung 1 eingegeben wird. Die Wicklung 3 einer Phase wird wie folgt mit Strom beaufschlagt:
Mit dem Signal 20 werden die Ansteuerschaltungen 12, 13 freige­ geben, die jedoch erst von Signalen aus der Logikschaltung 14 durchlässig gesteuert werden können. Zu Beginn der Stromzufuhr in die Wicklung 3 ist der Istwert des Stroms 0 und der Strom­ sollwert demgegenüber groß. Die Steuerung 1 beaufschlagt den Stromregler 15 mit einem Stromsollwert, der in Fig. 3 mit 21 bezeichnet ist. Es entsteht am Ausgang des Stromreglers 15 eine mit x bezeichnete Ausgangsgröße, die einen Betrag hat, der gleich oder größer als 50% desjenigen Ausgangsbereichs des Stromreglers ist, der für die Herstellung und Aufrechter­ haltung des Stroms durch die Soll- und Istwerte am Stromregler eingestellt wurde bzw. im Stromregler 15 vorhanden ist. Diese Relation der Ausgangsgröße in Bezug auf die 50% des Bereichs wird vom Vergleicher 16 erkannt, der ein sog. Modesignal er­ zeugt, das in Fig. 1 mit 22 bezeichnet ist.

In der Multiplizieranordnung 17 wird die Ausgangsgröße des Stromreglers 15 verdoppelt, wenn die Ausgangsgröße kleiner als 50% des Ausgangsbereichs ist. Ist die Ausgangsgröße des Strom­ reglers größer oder gleich 50% des Ausgangsbereichs, dann werden von der Ausgangsgröße 50% des Ausgangsbereichs subtrahiert. Die Differenz wird anschließend verdoppelt. Der Pulsweitenmodulator 18 erzeugt eine Impulsfolge mit dem der Ausgangsgröße zugeordneten Tastverhältnis. Die Fig. 2 zeigt die Kennlinie des Stromreglers 15, wie sie am Ausgang der Multipli­ zieranordnung 17, d. h. nach der Verdopplung, vorhanden ist. Dargestellt ist das Tastverhältnis des Pulsweitenmodulators 18 in % in Ordinatenrichtung in Abhängigkeit von der Ausgangsgröße in % in Abszissenrichtung.

Aufgrund der Ausgangsgröße des Stromreglers 15 zu Beginn der Strombeaufschlagung der Wicklung 3 gibt der Pulsweitenmodulator 18 eine Impulsfolge ab, deren Tastverhältnis 50% ist. Diese Im­ pulsfolge wird von der Steuerlogik 14 aufbereitet und z. B. über die Ansteuerschaltung 13 bei vorhandenem Ansteuersignal aus der Steuerung 1 dem Schalter 11 zugeführt. Mit dem ersten Impuls der in Fig. 3 mit 23 bezeichneten, vom Pulsweitenmodulator 18 erzeugten Impulsfolge zum Zeitpunkt t₁ wird von der Steuerlogik 14 über die Ansteuerschaltung 12 der Schalter 5 leitend gesteuert. Dieses Ansteuersignal, das von der Steuerlogik 14 abgegeben wird, ist in Fig. 3 mit 24 bezeichnet.

Zum Zeitpunkt t₁ steigt der Strom, der in Fig. 3 mit 25 be­ zeichnet ist, in der Wicklung 3 an, bis zum Zeitpunkt t₂ der erste Impuls der Impulsfolge 23 beendet ist. Da in diesem Fall der Schalter 5 noch leitend ist, nimmt der Strom in der Wick­ lung 3 wieder bis zum Zeitpunkt t₃ ab, an dem der Pulsweiten­ modulator 18 einen zweiten Impuls erzeugt, der aber, da der Strom in der Wicklung 3 eine gewisse Größe erreicht hat, auf­ grund einer kleineren Ausgangsgröße und damit eines kleineren Tastverhältnisses kürzer als der erste Impuls ist. Die Steuer­ logik 14 erzeugt für den Schalter 11 ein in Fig. 3 mit 26 be­ zeichnetes Ansteuersignal, dessen erster Impuls zum Zeit­ punkt t₁ beginnt und zum Zeitpunkt t₂ endet. Das abwechselnde Ein- und Ausschalten des Schalters 11 bei eingeschaltetem Schalter 5 stellt eine erste Betriebsart der in Fig. 1 gezeig­ ten Schaltung dar. Diese Betriebsart, die mit "Strom erhöhen" bzw. "Strom konstant halten" bezeichnet werden kann, setzt sich unter Abnahme des Tastverhältnisses fort, bis der Strom in der Wicklung 3 den Sollwert erreicht hat. Zum Zeitpunkt t₄ endet mit dem 2. Impuls des Pulsweitenmodulators der 1. Impuls des Ansteuersignals 24. Der nächstfolgende Impuls des Ansteu­ ersignals 24 beginnt zum Zeitpunkt t₅. Der Sollwert des Stroms möge zum Zeitpunkt t₆ erreicht sein, an dem der 2. Impuls des Ansteuersignals 26 endet. Ab dem Zeitpunkt t₆ bleibt das Tast­ verhältnis gleich, bis ein Signal für den Beginn der Abnahme des Stroms in der Wicklung 3 erzeugt wird. Der 2. Impuls des Ansteuersignals 24 dauert bis zum Zeitpunkt t₇. Es ist aus Fig. 3 zu ersehen, daß die Einschaltdauer der Schaltelemente 5, 11, d. h. die Dauern der Impulse der Ansteuersignale 24 und 26 je­ weils zwei aufeinanderfolgende Impulse der Impulsfolge des Pulsweitenmodulators 18 und die Lücke zwischen den beiden Im­ pulsen umfassen. Zu Beginn und Ende der Impulse der Ansteuer­ signale 24, 26 überlappen sich die Impulse jeweils um einen Im­ puls der Impulsfolge des Pulsweitenmodulators 18. Zum Zeit­ punkt t₈ wird der Sollwert des Stroms 25 erniedrigt, wodurch die Abnahme des Stroms in der Wicklung 3 beginnt. Die Ausgangs­ größe des Stromreglers 15 geht daher zurück und befindet sich unterhalb von 50% des Ausgangsbereichs des Stromreglers 15. Dies stellt die Überwachungsschaltung 16 fest und beendet das Mode-Signal 22. Daher wird die Steuerlogik 14 auf die zweite Betriebsart umgeschaltet.

In der zweiten Betriebsart, die als "Strom verringern" be­ zeichnet werden kann, werden nach dem Zeitpunkt t₅ zunächst beide Schaltelemente 5, 11 nichtleitend gesteuert, wodurch der über die Wicklung 3 fließende Strom über die Dioden 6 und 10 den Kondensator 19 auflädt und eine stark abfallende Flanke hat. Mit dem nächstfolgenden Impuls der Impulsfolge des Puls­ weitenmodulators 18 zum Zeitpunkt t₉ wird ein gleich langer Im­ puls des Ansteuersignals 24 erzeugt, der den Schalter 5 leitend steuert, während der Schalter 11 nicht leitend ist. Der Strom fließt nun über den Schalter 5, die Wicklung 3 und die Frei­ laufdiode, wodurch sich ein langsamer Stromabfall ergibt.

Zum Zeitpunkt t₁₀ wird der Schalter 5 nichtleitend gesteuert, wodurch der Strom der Wicklung 3 wieder wie zwischen den Zeit­ punkten t₅ und t₉ den Kondensator 19 auflädt.

Zum Zeitpunkt t₁₁ wird der Schalter 11 für die Dauer eines Im­ pulses der Impulsfolge des Pulsweitenmodulators 18 leitend ge­ steuert, so daß der Strom über die Wicklung 3, den Schalter 11 und die Freilaufdiode 6 fließt und dabei langsam abfällt.

Die Schalter 5, 11 werden jeweils für die Dauer eines Impulses der Impulsfolge leitend gesteuert, wobei zwischen zwei Impulsen der Ansteuersignale 24, 26 eine Lücke von einer Low-Zeit des Pulsweitenmodulators liegt. Die Impulse der Ansteuersignale 24, 26 sind um eine Impulsperiode der Impulsfolge des Pulsweitenmo­ dulators 18 phasenverschoben.

Das abwechselnde Öffnen und Schließen des Schalter 11 bei ge­ öffneten Schalter 5 wiederholt sich bis der Strom in der Wick­ lung 3 abgeklungen ist. Mit der in Fig. 1 dargestellten Anord­ nung wird der Wicklungsstrom somit beim Anstieg und Abfall in einer Weise gesteuert, daß die Geräuschentwicklung des Reluk­ tanzmotors gering gehalten wird. Eine Umschaltung des Stromreg­ lers 15 auf zwei Kennlinienbereiche ist nicht mehr notwendig, d. h. es tritt keine Unstetigkeit im Regelverhalten auf. Der Regelbereich des Stromreglers kann voll ausgenutzt werden.

In den aufeinanderfolgenden Perioden der Impulsfolge des Puls­ weitenmodulators 18 der Reluktanzmaschine wechseln sich die Schalter 5 und 11 in ihrer Funktion ab, so daß die Schaltver­ luste auf die beiden Schalter aufgeteilt werden.

Die Wirkungsweise in der ersten Betriebsart entspricht derjeni­ gen, in der ein Schaltelement ständig eingeschaltet ist und das andere in den Impulsen der Impulsfolge des Pulsweitenmodulators eingeschaltet und während der Low-Zeiten der Impulsfolge, d. h. in den Lücken zwischen zwei Impulsen, ausgeschaltet ist. Die Wirkungsweise in der zweiten Betriebsart entspricht derjenigen, in der ein Schaltelement ständig ausgeschaltet und das andere während der Impulsen des Pulsweitenmodulators eingeschaltet und während der Lücke zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen, d. h. während der sog. "Low-Zeit" ausgeschaltet ist.

Claims (5)

1. Verfahren zur Regelung des Stroms in einer geschalteten Reluktanzmaschine, deren Statorwicklungen je Phase jeweils in der Diagonalen einer parallel zu einem Kondensator ge­ schalteten Brückenschaltung angeordnet sind, die in einer Brückenhälfte zwischen einem Pol einer mit dem Kondensator verbundenen Gleichspannungsquelle und der Statorwicklung je Phase ein kontaktloses Schaltelement und zwischen der Statorwicklung und dem anderen Pol der Gleichspannungs­ quelle eine Freilaufdiode und in der anderen Brückenhälfte eine zwischen dem einen Pol der Gleichspannungsquelle und der Statorwicklung je Phase angeordnete Freilaufdiode und zwischen der Statorwicklung und dem anderen Pol der Gleichspannungsquelle ein kontaktloses Schaltelement auf­ weist, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelabweichung zwischen dem Istwert des Stroms in der Statorwicklung und einem Strom-Sollwert mit einem Stromregler gebildet wird, daß die Ausgangsgröße des Stromreglers einerseits mit dem Grenzwert von fünfzig oder mehr Prozent des für die Her­ stellung und Aufrechterhaltung des Stroms in der jeweili­ gen Statorwicklung auf vorgegebene Sollwerte eingestellten Ausgangsbereichs des Stromreglers verglichen und ander­ seits mit dem Faktor multipliziert wird, daß die mit zwei multiplizierte Ausgangsgröße, von der bei Überschreitung von hundert Prozent der Ausgangsgröße hundert Prozent ab­ gezogen werden, als Eingangsgröße einem Pulsweitenmodu­ lator zugeführt wird, der ein Impulsfolge erzeugt, deren Tastverhältnis von der Höhe seine Eingangsgröße bestimmt wird, daß bei einer Ausgangsgröße des Stromreglers von fünfzig oder mehr Prozent des Ausgangsbereichs die Schalt­ elemente in einer ersten Betriebsart und bei einer Aus­ gangsgröße von weniger als fünfzig Prozent des Ausgangsbe­ reichs in einer zweiten Betriebsart betätigt werden und dass in einem vom Tastverhältnis der Impulsfolge des Puls­ dauermodulators bestimmten Wechsel in der ersten Betriebs­ art beide Schaltelemente leitend sind oder ein Schalt­ element leitend und eines nichtleitend ist und in der zweiten Betriebsart beide Schaltelemente nichtleitend sind oder ein Schaltelement leitend und das andere nichtleitend ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in aufeinanderfolgenden Perioden der Impulsfolge des Pulswei­ tenmodulators in den beiden Betriebsarten jeweils der Schaltzustand zwischen den beiden Schaltelementen von leitend zu nichtleitend bzw. nichtleitend zu leitend ge­ wechselt wird.

3. Anordnung zur Regelung des Stroms in einer geschalteten Reluktanzmaschine, deren Statorwicklung (3) je Phase je­ weils in der Diagonalen einer parallel zu einem Kondensa­ tor (19) geschalteten Brückenschaltung (4) angeordnet sind, die in einer Brückenhälfte zwischen einem Pol (7) einer mit dem Kondensator (19) verbundenen Gleichspan­ nungsquelle und der Statorwicklung (3) ein kontaktloses Schaltelement (5) und zwischen der Statorwicklung (3) und dem anderen Pol (8) der Gleichspannungsquelle eine Frei­ laufdiode (6) und in der anderen Brückenhälfte eine zwischen dem einen Pol (7) der Gleichspannungsquelle und der Statorwicklung (3) angeordnete Freilaufdiode (10) und zwischen der Statorwicklung (3) und dem anderen Pol (8) der Gleichspannungsquelle ein kontaktloses Schaltelement (11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein von einem Strom-Sollwert und dem Istwert des Stroms in der Stator­ wicklung (3) beaufschlagter Stromregler (15) vorgesehen ist, dessen Ausgangsgröße in einem Vergleicher (16) einer­ seits mit dem Grenzwert von fünfzig oder mehr Prozent des für die Herstellung und Aufrechterhaltung des Stroms in der jeweiligen Statorwicklung auf vorgegebene Sollwerte eingestellten Ausgangsbereichs des Stromreglers verglichen wird, daß die Ausgangsgröße des Stromreglers (15) bei einem Wert von gleich oder weniger als fünfzig Prozent mit zwei multipliziert und bei einem Wert von mehr als fünfzig Prozent nach Abzug der fünfzig Prozent mit zwei multipli­ ziert und nach der Multiplikation als Eingangsgröße einem Pulsweitenmodulator (18) zugeführt wird, der eine Impuls­ folge erzeugt, deren Tastverhältnis dem doppelten Wert der Ausgangsgröße des Stromreglers (15) proportional ist, daß die Impulsfolge einer Steuerlogik (14) beaufschlagt, die Schaltungsbausteine aufweist, durch die bei vorhandenem oder überschrittenem Grenzwert die Schaltelemente (5, 11) in einer ersten Betriebsart und bei unterschrittenem Grenzwert in einer zweiten Betriebsart gesteuert werden und daß in einem vom Tastverhältnis der Impulsfolge des Pulsweitenmodulators (18) bestimmten Wechsel in der ersten Betriebsart beide Schaltelemente (5, 11) leitend sind oder eines leitend und das andere nichtleitend ist und in der zweiten Betriebsart beide Schaltelemente (5, 11) nicht­ leitend sind oder eines nichtleitend und das andere leitend geschaltet ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromregler (15) und der Vergleicher (16) sowie eine Mul­ tiplikation-Seinrichtung (17) durch ein Programm in einem Mikroprozessor realisiert sind, der die digitalisierten Stromsoll- und -istwerte verarbeitet, und daß ein Bit in der Datenwortlänge des Mikroprozessors dem Überwachungser­ gebnis und die anderen Bit dem Wert der Ausgangsgröße des Stromreglers zugeordnet sind.

5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Steuerlogik (14) in aufeinanderfolgenden Peri­ oden der Impulsfolge des Pulsweitenmodulators (18) in den beiden Betriebsarten jeweils der Schaltzustand zwischen den beiden Schaltelementen (5, 11) von leitend zu nicht­ leitend bzw. nichtleitenden zu leitend gewechselt wird.