DE69420589T2

DE69420589T2 - Geschalteter reluktanz-starter/generator regelsystem mit der möglichkeit des regenerativen betriebs und elektrisches system zu dessen anwendung

Info

Publication number: DE69420589T2
Application number: DE69420589T
Authority: DE
Inventors: Caio Ferreira; William Heglund
Original assignee: Sundstrand Corp
Current assignee: Sundstrand Corp
Priority date: 1994-09-29
Filing date: 1994-12-15
Publication date: 1999-12-23
Anticipated expiration: 2014-12-16
Also published as: US5493195A; WO1996010286A1; EP0783791B1; EP0783791A1; DE69420589D1; JP2002527035A; EP0783791A4

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft Steuersysteme für geschaltete Reluktanzanlasser/-generatoren und insbesondere ein Steuersystem für einen geschalteten Reluktanzanlasser/- generator, der seinen Betrieb bei regenerativen Lasten gestattet.

Hintergrund der Erfindung

Die ständigen Fortschritte in der Leistungselektronik bei Steueralgorithmen ermöglichen die Entwicklung von neuen elektrischen Lösungen für viele Systeme, die in der Vergangenheit von mechanischen oder hydraulischen Technologien abhängig waren. Jedoch stellen sich, wenn diese neuen Systeme entwickelt und mit anderen Systemen zusammen eingesetzt werden, neue Anforderungen und Probleme, die es zu lösen gilt. Wird eines dieser neuen Systeme in eine Luftfahrtanwendung integriert, so betrifft ein Teil der zu lösenden Probleme das System zur Erzeugung von elektrischer Energie (EPGS, d. h. "electrical power generating system"), dem eingespeiste Leistung entnommen wird. Die Charakteristika der neuen Untersysteme bezüglich Speisung und Rückkopplung von Leistung könnten, wenn diese nicht entsprechend berücksichtigt werden, Auswirkungen auf andere Systeme haben, die ebenfalls an das EPGS angeschlossen sind.
Ein solches System, das in Luftfahrtanwendungen eingesetzt wird, ist ein elektrisches Antriebssystem. Dieses System umfaßt typischerweise einen Elektromotor und einen Motorantrieb, der dazu dient, eine externe Steuerfläche, wie bei spielsweise eine Lande- oder Bremsklappe (Spoiler), zu verstellen, die externen Kräften, wie etwa Wind, ausgesetzt ist. Dieses System zeigt in bestimmten Betriebszeiträumen die Charakteristika einer regenerativen Last und erzeugt dann elektrische Leistung, die zu dem Verteiler-Bus zurückgeführt wird. Diese Überschuß-Leistung kann zu einem Überspannungs- Zustand führen, der möglicherweise andere Systeme, die mit dem Verteiler-Bus verbunden sind, beschädigt.
Der am weitesten verbreitete Ansatz die Leistung zu handhaben, die durch eine regenerative Last erzeugt wird, besteht darin, die rückgekoppelte Leistung auf kontrollierte Art und Weise in einem Widerstandselement zu dissipieren, das sich irgendwo in dem Verteiler-Bus befindet, wie dies in der US-A- 47 39 240 erörtert ist. Obwohl dies funktioniert, lassen sowohl die Anforderungen an das dissipierende Element selbst hinsichtlich Gewicht und Kühlung, seinen Kontroller und die Leistungsschalter, die verwendet werden, um die Dissipation zu steuern, als auch das Erfordernis für das Vorhandensein eines Fehlertoleranzbereiches diesen Ansatz nicht wünschenswert erscheinen. Der Grund, weshalb dieser Ansatz nicht wünschenswert ist, liegt darin, daß bei einer Luftfahrtanwendung jegliches zusätzliche Ausrüstungsgewicht direkt zu einem gesteigerten Treibstoffverbrauch, zu einer verringerten Reichweite und zu gesteigerten Betriebskosten führt. Für Hersteller von Flugzeugen und Konstrukteure von elektrischen Systemen ist es daher ein vordringliches Anliegen daß das EPGS ein geringes Gewicht hat, fehlertolerant ist und in der Lage ist, die Spannung auf dem Verteiler-Bus selbst bei Vorhandensein von regenerativen Lasten innerhalb annehmbarer Größen zu halten.
Um dem Problem von Gewicht und Zuverlässigkeit zu begegnen, werden viele neuere Systeme zum Erzeugen von elektrischer Energie gebaut, in denen geschaltete Reluktanzmaschinen eingesetzt werden, welche zusätzlich dazu, daß sie elektrische Energie hoher Güte für den Verteiler-Bus im Generatorbetrieb- Modus bereitstellen, auch die Funktion des zur Verfügungsstellens eines Anlaß-Drehmomentes für die Maschine aufweisen, so daß dann ein getrennter Anlasser nicht mehr erforderlich ist und eine erhebliche Gewichtseinsparung erzielt wird. Ein derartiges System ist in der US-A-51 66 591 offenbart. Obwohl diese Maschinen in der Lage sind, sowohl in einem Anlasser- als auch in einem Generatorbetrieb-Modus zu arbeiten (bidirektionale mechanische/elektrische Energieumwandlung), stellt die Steuerung dieser Maschine bis heute keine adäquate Lösung für das Problem regenerativer Leistungen bereit. Während die meisten Steueralgorithmen eine adäquate Regelung der Busspannung im Generatorbetrieb gestatten, ermöglicht kein Steueralgorithmus eine Regelung der Busspannung, wenn eine regenerative Last anliegt, deren Größe derart ist, daß von der geschalteten Reluktanzmaschine ein negativer Fluß von elektrischer Energie benötigt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist nunmehr, diese Probleme zu lösen, indem ein System zum Erzeugen von elektrischer Energie bereitgestellt wird, bei dem eine hochgradig zuverlässige geschaltete Reluktanzmaschine und eine Steuerung dafür eingesetzt werden, welche die Spannung auf dem Verteiler- Bus bei Vorliegen von sowohl dissipativen als auch regenerativen Lasten innerhalb annehmbarer Größen hält, selbst in einem Betriebszustand, bei dem die Leistung, welche dem Verteiler-Bus zurückgeführt wird, größer ist, als diejenige, die die dissipativen Lasten verbrauchen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein neues und verbessertes System zum Erzeugen von elektrischer Energie bereitzustellen. Genauer gesagt ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues und verbessertes System zum Erzeugen von elektrischer Energie bereitzustellen, welches auf dem Prinzip einer geschalteten Reluktanzmaschine beruht, und eine Steuerung dafür zu schaffen, die bei Anliegen von regenerativen Lasten die Regelung einer Ausgangsspannung ermöglicht, was einen negativen Netto-Fluß von elektrischer Energie durch die geschaltete Reluktanzmaschine erfordern kann, um die Bus-Spannung innerhalb annehmbarer Größen zu halten. Weiter ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei der Steuerung die Möglichkeit vorzusehen, die geschaltete Reluktanzmaschine in einem Anlasser-Betriebsmodus zu betreiben, wobei das Drehmoment gesteuert wird, um ein Anlassen der Maschine zu ermöglichen.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt das System zum Erzeugen von elektrischer Energie zum Umwandeln von mechanischer Energie eines Primärantriebs in elektrische Energie, die zum Verbrauch über einen Gleichstrom-Bus an Verbrauchereinheiten verteilt wird, eine geschaltete Reluktanzmaschine, die einen zum Antrieb mittels einer Welle mit dem Primärantrieb verbundenen Rotor und einen Stator aufweist, der eine Anzahl von vorstehenden Stator-Polen hat, auf die Phasen-Wicklungen gewickelt sind. Der Rotor hat ebenfalls eine Anzahl von vorstehenden Rotor-Polen. Das System zum Erzeugen von elektrischer Energie umfaßt weiter einen Inverter, der einen Gleichstrom-Eingang/Ausgang hat, der mit dem DC-Bus verbunden ist, und wenigstens einen ersten und einen zweiten Schalter, die auf Schaltsteuersignale hin ansprechen, um eine jede der Phasen-Wicklungen des Stators mit dem Gleichstrom- Bus zu verbinden. Der Inverter kann wenigstens eine erste und eine zweite Diode umfassen, um eine jede der Phasen- Wicklungen über Kreuz an den Gleichstrom-Bus zu legen, um einen Stromfluß zurück zu ermöglichen, wenn die Schalter geöffnet sind. Eine Steuervorrichtung, die eine Anzahl von Steuer- Ein- und Ausgängen hat, ist mit dem Inverter verbunden und überwacht und steuert das Systemverhalten.
Bei der Verwirklichung der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 1 überwacht die Steuervorrichtung fortlaufend den Strom, der in den Phasen-Wicklungen fließt, und das Spannungsniveau auf dem Gleichstrom-Bus. Die Steuervorrichtung berechnet dann ein veränderbares Steuersignal für maximalen Phasenstrom und ein veränderbares Steuersignal für minimalen Phasenstrom. Die Steuervorrichtung moduliert die Schaltsteuersignale, um den Phasenstrom in einem Bereich zu halten, der durch das veränderbare Steuersignal für maximalen Phasenstrom und das veränderbare Steuersignal für minimalen Phasenstrom festgelegt ist, um auf diese Weise den Spannungspegel auf dem Gleichstrom-Bus auf einem gewünschten Niveau zu halten. Beim Berechnen eines positiven Steuersignals für maximalen Phasen- Strom erzeugt die Steuervorrichtung Schaltsteuersignale, um wenigstens den ersten und den zweiten Schalter für eine jede der Phasen-Wicklungen bei einem ersten festen Winkel vor Fluchten des Rotor-Poles mit dem zur Phasen-Wicklung gehörenden Stator-Pol zu schließen, und erzeugt weiter Schaltsteuersignale, um wenigstens den ersten und den zweiten Schalter bei einem festen Winkel nach Fluchten des Rotor-Poles mit dem Stator-Pol, der zu der Phasen-Wicklung gehört, zu öffnen. Auf diese Weise erzeugt die geschaltete Reluktanzmaschine ausreichend elektrische Energie, um die Spannung auf dem Gleichstrom-Bus bei Anliegen der dissipativen Netto-Last auf einem gewünschten Niveau zu halten. Beim Berechnen eines negativen Steuersignals für maximalen Phasenstrom erzeugt die Steuervorrichtung Schaltsteuersignale, um wenigstens den ersten und den zweiten Schalter für eine jede der Phasenwicklungen bei einem dritten festen Winkel vor Fluchten des Rotor-Poles mit dem Stator-Pol, der zu der Phasen-Wicklung gehört, zu schließen, und sie erzeugt weiter die Schaltsteuersignale, um wenigstens den zweiten Schalter bei einem vierten festen Winkel vor Fluchten des Rotor-Poles mit dem Stator-Pol, der zu der Phasen-Wicklung gehört, zu öffnen. Auf diese Weise dissipiert die geschaltete Reluktanzmaschine ausreichend elektrische Energie, um den Spannungspegel auf dem Gleichstrom-Bus bei Anliegen einer regenerativen Netto-Last auf einem gewünschten Niveau zu halten.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Während der Beschreibungstext mit Patentansprüchen abschließt, aus denen genau hervorgeht und die im einzelnen beanspruchen, was als die vorliegende Erfindung erachtet wird, kann ein Fachmann der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Heranziehen der beiliegenden Zeichnungen Aufbau, Vorteile und weitere Merkmale der Erfindung ohne weiteres entnehmen.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung für die die vorliegende Erfindung besonders geeignet ist,
Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch eine geschaltete Reluktanzmaschine, die bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann,
Fig. 3 ein Schaltbild für eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 4 ein Schaltbild für eine Phase bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 5 ein Blockschaltbild für ein Steuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 6 ein Blockschaltbild für eine Vorrichtung zur Spannungssteuerung der vorliegenden Erfindung,
Fig. 7a eine Darstellung eines Lastprofiles, das die einstellbare Stromsteuerung bei ansteigender Systemlast veranschaulicht,
Fig. 7b eine Darstellung eines Lastprofiles, das die einstellbare Stromsteuerung bei abnehmender Systemlast veranschaulicht,
Fig. 7c eine Darstellung eines Lastprofiles, das die einstellbare Stromsteuerung bei ansteigender regenerativer Netto-Systemlast veranschaulicht,
Fig. 8a eine Darstellung eines Steuersignales, das die Systemsteuerung für Generatorbetrieb bei Vorliegen einer großen, dissipativen Netto-Last veranschaulicht,
Fig. 8b eine Darstellung eines Steuersignales, das die Systemsteuerung für Generatorbetrieb bei Vorliegen einer mittleren dissipativen Netto-Last veranschaulicht,
Fig. 8c eine Darstellung eines Steuersignales, das die Systemsteuerung für Generatorbetrieb bei Vorliegen einer geringen dissipativen Netto-Last veranschaulicht,
Fig. 8d eine Darstellung eines Steuersignales, das die Systemsteuerung für Generatorbetrieb bei Vorliegen einer geringen regenerativen Netto-Last veranschaulicht,
Fig. 9 ein Schaltbild für eine Phase bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die bei einer regenerativen Netto-Systemlast betrieben wird.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Ein Ausführungsbeispiel für das System zum Erzeugen von elektrischer Energie gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt, wie in Fig. 1 dargestellt, eine geschaltete Reluktanzmaschine 10, die einen (nicht dargestellten) Rotor hat, der zum Antrieb mittels einer Welle 12 mit einem Turbinenmotor 14 verbunden ist. Die Welle 12 kann vorzugsweise eine direkte Kopplung mit dem Motor 14 vorsehen, oder es kann eine Kopplung über ein geeignetes Zahnrad- oder Ausgleichsgetriebe, je nach Belieben, vorgesehen werden. Zusätzlich kann die Welle 12 als Bestandteil des Motors ausgebildet sein, und die geschaltete Reluktanzmaschine 10 kann ebenfalls in den Motor integriert sein. Die Maschine 10 ist durch eine Mehrzahl von Phasen- Anschlußleitungen 16a, 16b, 16c mit einem Inverter 18 elektrisch verbunden, der über einen Gleichstrom-Eingang/Ausgang 124 an einen Gleichstrom-Verteiler-Bus 20 elektrisch gekoppelt ist. Eine Steuervorrichtung 22 überwacht diesen Gleichstrom-Verteiler-Bus 20 an einem Regel-Punkt 24 und stellt Steuersignale 26 für den Inverter 18 bereit. Stromsensormittel 28 werden verwendet, um den Stromfluß in den Phasen- Anschlußleitungen 16a, 16b, 16c zu überwachen, und Positionsgeber 30 wird vorgesehen, um Rotorstellung und Rotorgeschwindigkeit zu erfassen. Wie für den Fachmann offensichtlich, können Stellung und Geschwindigkeit des Rotors sowohl mit elektronischen Mitteln als auch über einen Funktionsdrehmelder erfaßt werden. Vorrichtungen zur Systemkommunikation nach außen, die Steuereingänge 32 und Status-Ausgänge 34 umfassen, werden von der Steuervorrichtung ebenfalls bereitgestellt.
Das System ist vorzugsweise ein Hochspannungs-Gleichstrom- System, obwohl die hier beschriebenen Konzepte genauso gut auf ein Gleichstrom-Verbindungs-System für variable Geschwindigkeit bei konstanter Frequenz (VSCF-System, d. h. variable speed constant frequency system) anwendbar sind. Vorzugsweise ist das hier beschriebene System zum Erzeugen von elektri scher Energie ein 270 Volt Gleichstrom-System mit einer Leistungs-Charakteristik, wie sie durch entsprechende Industrie- Standards festgelegt sind, wie beispielsweise MIL-STD-704E und andere. Die Steuervorrichtung für dieses System gestattet den Fluß von elektrischer Energie in zwei Richtungen, um diese Leistungs-Charakteristik sowohl bei Anliegen von netto dissipativen als auch von netto regenerativen Lasten aufrecht zu erhalten.
Der Aufbau der geschalteten Reluktanzmaschine, der mittels des Schnittes der Fig. 2 veranschaulicht ist, umfaßt eine erste Mehrzahl vorstehender Stator-Pole 36 und eine zweite Mehrzahl vorstehender Rotor-Pole 38. Vorteilhafterweise wird ein 6/4-Aufbau eingesetzt, der sechs Stator-Pole 36 und vier Rotor-Pole 38 hat. Wie der Fachmann erkennt, könnte auch ein unterschiedlicher Aufbau mit entsprechenden Änderungen an Inverter 18 und an der Steuervorrichtung 22 eingesetzt werden, ohne daß dabei der Rahmen der Erfindung verlassen würde. Sowohl der Rotor 40 als auch der Stator 42 sind aus (nicht dargestellten) dünnen, hochfesten Eisen-Transformatorblechen gefertigt, um Eisen-Verluste minimal zu halten. Es hat sich gezeigt, daß Vanadium-Eisen-Kobalt (2V49FeCo) geeignete Charakteristika hat. Die Stator-Wicklungen 44 bestehen aus Litz- Leitern, um die Wirbelstromverluste zu minimieren, die von der maximalen Betriebs-Grundfrequenz abhängen, jedoch könnten auch massive Kupfer-Leiter oder hohle, mittels Flüssigkeit gekühlte Leiter verwendet werden. Die (nicht dargestellten) Transformatorbleche sind sorgfältig angelassen, um die gewünschten magnetischen und mechanischen Eigenschaften zu erhalten. Die Gleichstrom-Magnetisierung, die Wechselstrom- Eisenverluste und die mechanischen Festigkeitseigenschaften spielen für die Auslegung der Maschine 10 eine fundamentale Rolle und müssen bei der thermischen, mechanischen und elektromagnetischen Analyse in Betracht gezogen werden. Bei geringeren Drehzahlen ist die Ausgangsleistung durch die Maschinencharakteristika begrenzt. Bei hoher Drehzahl bestimmen Reibung und Luftreibungsverluste als dominierende Faktoren den Maschinen-Wirkungsgrad. Wie erwartet, werden höhere Wirkungsgrade bei höheren Leistungspegeln erzielt.
Der Inverter 18 nach Fig. 1 ist auch in der Lage, Leistung von dem Gleichstrom-Verteiler-Bus 20 aufzunehmen, um ein Anlassen der Maschine durchzuführen, wie dies Stand der Technik ist, zusätzlich zum Bereitstellen einer Spannungs-Regulierung auf dem Gleichstrom-Verteiler-Bus 20 während dem Generator- Betriebsmodus, so daß durch weitere Integration eine größere Einsparung von Systemgewicht realisiert wird. Der Aufbau des Inverters (der Aufbau der Brücke) umfaßt, wie in der Fig. 3 dargestellt, Schaltmittel, wie die beiden Schalter 46, 48 und Kommutator-Mittel, wie die beiden Dioden 50, 52 für jede Stator-Polphasen-Wicklung 44. Jede Phase des Inverters 18 ist gleich, und deshalb wird hier lediglich eine Phase detailliert beschrieben. Die Phasen-Wicklung 44 der geschalteten Reluktanzmaschine ist mit den beiden Schaltern 46, 48 in Reihe geschaltet. Werden die Schalter 46, 48 in den leitfähigen Zustand versetzt oder geschlossen, so fließt Strom aus dem Gleichstrom-Verteiler-Bus 20, um die Wicklung 44 zu speisen. Wenn die Schalter 46, 48 in den nichtleitenden Zustand versetzt oder geöffnet werden, so wird der Strom gezwungen, durch die über Kreuz geschalteten Dioden 50, 52 zu fließen, weil sich die Richtung und der Betrag des Stromflusses durch die Windung 44 nicht sofort ändern kann.
Vorzugsweise sind die Schalter 46, 48 isolierte Gate-Bipolar- Transistoren (IGBTs), obwohl andere Leistungsschaltvorrichtungen, wie MOS-gesteuerte Tyristoren (MCT), statische Induktions-Transistoren (SITs) usw. genauso gut eingesetzt werden könnten. Normalerweise sind diese Schalter für eine Nennlast von 600 V und 300 A ausgelegt und deshalb sind zwei IGBTs 46a, 46b und 48a, 48b (siehe Fig. 4) für die Hochleistungs- Anwendungen der vorliegenden Erfindung parallel eingesetzt. Die Dioden werden bei 600 V und 85 A belastet, und aus diesem Grund werden drei Dioden 50a, 50b, 50c und 52a, 52b, 52c parallel eingesetzt. Ein Mittel zur Stromerfassung, wie ein Strom-Sensor 54, mit einer Bandbreite, die sich vom Gleichstrom-Bereich auf über 50 kHz hinaus erstreckt, ist in jeder Phase enthalten, um der Steuervorrichtung 22 (siehe Fig. 1) eine Information über den augenblicklichen Phasenstrom bereitzustellen. Eine Koppel-Kondensator-Bank 56, die vorzugsweise aus keramischen Vielschicht-Kondensatoren (MLC-Kondensatoren) besteht, wird verwendet, um den extremen Anforderungen bezüglich Betriebsbedingungen in der Umwelt gerecht zu werden. Die Vorrichtung ist in der Lage, große dI/dt-Werte zu beherrschen, die beim Ein- und Ausschalten der IGBTs 46a, 46b und 48a, 48b auftreten, was geschalteten Reluktanzsystemen aufgrund der niedrigen, nicht ausgeglichenen Impedanzen in der Maschine inhärent ist.
Unter Bezug auf Fig. 5 ermöglicht die Steuervorrichtung 22 eine Steuerung der Vorrichtung zum Erzeugen von elektrischer Energie und einen Schutz für alle Betriebsmodi, einschließlich Anlasser-Betrieb und Erzeugen von Gleichstrom. Im Generatorbetrieb-Modus verarbeitet in der Steuervorrichtung 22 ein Spannungssteuermodul 66 das interne Spannungs- Anforderungssignal 64 und ein Spannungs-Rückkopplungssignal 98 (welches von Spannungs-Sensor-Mitteln 58 erzeugt wird). Das Spannungssteuermodul 66 überträgt ein Steuersignal 68 für maximalen Phasenstrom IHI, ein Steuersignal 70 für minimalen Phasenstrom ILO, ein Einschalt-Steuersignal 72 und ein Ausschalt-Steuersignal 74 zu einem Kommutator-Steuermodul 76. Dieses Strom- und Kommutator-Steuermodul 76 verarbeitet diese Signale 68, 70, 72 und 74 ebenso wie das Phasenstrom- Rückkopplungssignal 78, (welches von den Stromsensor-Mitteln 28 der Fig. 1 erzeugt wird), und das Winkelstellungs- Rückkopplungssignal 80, welches durch die Mittel 30 zum Erfassen der Stellung des Rotors erzeugt wird. Das Modul 76 generiert dann Schaltbefehle 82 und überträgt sie zu dem Inverter 18. Der Inverter 18 konfiguriert dann die (nicht darge stellten) Schalter, um die Phasenspannung an die Leitungen 16 mit den (nicht dargestellten) Phasen-Wicklungen der geschalteten Reluktanzmaschine 10 zu legen.
In dem Generatorbetrieb-Modus ist es die Aufgabe der Steuerung, den erforderlichen Strom effizient zu erzeugen, um die Bus-Spannung innerhalb der Größen aufrechtzuerhalten, die der Spezifikation für die bereitzustellende Leistung entspricht. Der Algorithmus zur Spannungssteuerung ist bei einer Last, die sich von resistiv über null bis auf regenerativ verändern kann, in der Lage, die Spannung innerhalb dieser Größen während Last- und Drehzahländerungen zu halten. Wenn die geschaltete Reluktanzmaschine 10 Strom erzeugt, kann die Gegen- EMK (back emf) dazu führen, daß der Phasen-Strom über den angeforderten Wert IHI ansteigt, sogar wenn die beiden Leistungsschalter 46, 48 (siehe Fig. 3) ausgeschaltet sind. Dieser Umstand erschwert einen Ansatz, der von einem durchschnittlichen Drehmoment pro elektrischen Zyklus ausgeht, (average torque per electrical cycle approach), welcher beim Entwickeln von Algorithmen für den Anlasser-Betriebsmodus, die dem Stand der Technik entsprechen, zur Anwendung kommt. Kommt lediglich eine Winkelsteuerung zum Einsatz, ist der Ausgangs-Strom für sehr kleine Änderungen der Einschalt- Winkel und Ausschalt-Winkel sehr empfindlich und es ergibt sich eine schlechte Spannungssteuerung. Die vorliegende Erfindung legt jedoch die Einschalt- und Ausschaltwinkel fest und verwendet den angeforderten Strom, um den ausgegebenen Strom zu regeln. Dieser Ansatz ermöglicht eine einfache Realisierung, hohe Effizienz bei einer annehmbaren Veränderung der Maschinen-Übertragungsfunktion innerhalb des Drehzahl- und Lastbereichs des Systems.
Wie in Fig. 6 dargestellt, wird eine Proportional- 86 und Integral- 88 (P-I) Regelung basierend auf dem Spannungs-Fehler 90 durchgeführt, der sich ausbildet, wenn die rückgekoppelte Spannung 98 von der angeforderten Spannung 64 als Folge von Änderungen der Last an dem Gleichstrom-Verteiler-Bus abweicht, um ein Steuersignal für Strom 100 zu erzeugen. Dieses Signal 100 wird mit dem Ausgang 102 eines Proportional- Gliedes 92, dem der rückgekoppelte Laststrom 94 zugeführt wird, und mit dem Ausgang 104 eines Proportional-Gliedes 96, dem die rückgekoppelte Spannung 98 zugeführt wird, addiert. Der Ausgang dieses Addier-Gliedes 106 erzeugt das Steuersignal 68 für maximalen Phasenstrom IHI, welches die obere Grenze für Strom für die Regelung im Generatorbetrieb-Modus bildet. Das (nicht dargestellte) Steuersignal für minimalen Phasenstrom ILO steht in einem festen Verhältnis zu dem Steuersignal 68 für maximalen Phasenstrom IHI und legt die untere Grenze für Strom bei Steuerung im Generatorbetrieb fest. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die Systemlasten mit einer hohen Eingangs-Kapazität versorgt, wird für die Proportional-Terme der Glieder KPI 92 und KDV 96 der Wert null verwendet.
Diese Steuerung erzeugt Stromsteuersignale, deren Betrag sich ändern kann, um die Spannung auf dem Gleichstrom-Bus zu regeln. Wird an das System mehr dissipative Last angelegt, so nimmt der Betrag von IHI zu, um zu ermöglichen, daß mehr elektrische Energie erzeugt wird, um die Gleichstrom-Bus- Spannung angesichts der größeren Last auf einem gewünschten Pegel zu halten. Fig. 7a zeigt diese Systemantwort für eine anwachsende Netto-Last, wie sie durch die geschaltete Reluktanzmaschine bereitgestellt wird. Die Kurve 108 stellt die Systemlast dar, welche zum Zeitpunkt t&sub1; ansteigt. Die Gleichstrom-Bus-Spannung sinkt ab, die der Ausgangs-Spannung des mit der Maschine gekoppelten Gleichstrom-Verteiler-Busses entspricht und die durch die Kurve 110 dargestellt ist, als Folge der zum Zeitpunkt t&sub1; angehängten Last. Wird das Absinken von dem Spannungssteuermodul 66 (siehe Fig. 5) erfaßt, so wird das Stromsteuersignal, welchem die Kurve 112 entspricht, vergrößert, was die Grenze für maximalen Strom IHI und folglich den von der Maschine erzeugten Gesamtstrom steigert, um so ein Wiederherstellen der Gleichstrom-Bus-Spannung zu bewirken. Dies wird zu Zeitpunkten t&sub2; und t&sub3; wiederholt, bei denen sich die dissipative Netto-Systemlast noch weiter vergrößert.
Für den Fall, daß aus dem System etwas dissipative Last entfernt wird, oder dem System etwas regenerative Last zugeführt wird, überschreitet das Niveau der Energieerzeugung den Bedarf. Werden von der Steuervorrichtung keine Maßnahmen ergriffen, so steigt dann die Spannung auf dem Gleichstrom-Bus an und beschädigt unter Umständen einen Teil der Vorrichtungen, die mit dem Gleichstrom-Bus verbunden sind. Um diese geringere Netto-Last zu kompensieren, wird der Betrag von IHI verringert, um die Größe der elektrischen Energie, die mit der geschalteten Reluktanzmaschine erzeugt werden kann, zu reduzieren. Auf diese Weise bleibt die Spannung auf dem Gleichstrom-Bus trotz einer geringeren Netto-Last auf einem gewünschten Pegel. Fig. 7b zeigt das Verhalten der Systemantwort bei Abnehmen der Gesamtlast, welche mit der geschalteten Reluktanzmaschine versorgt wird. Die Kurve 108 stellt die anliegende Systemlast dar, die zum Zeitpunkt t&sub4; verringert wird. Wie aus dem Verlauf der Kurve 110 für die Gleichstrom- Bus-Spannung, welche die Ausgangs-Spannung des Gleichstrom- Verteiler-Busses bildet, der mit der Maschine verbunden ist, ersichtlich ist, nimmt die Spannung als eine Folge des Entfernens von Last zum Zeitpunkt t&sub4; zu. Wird diese Zunahme mittels des Spannungssteuermoduls 66 (siehe Fig. 5) erfaßt, so wird das Stromsteuersignal, das durch die Kurve 112 dargestellt ist, abgesenkt, was die Grenze für maximalen Strom IHI und folglich den mittels der Maschine erzeugten Gesamtstrom verringert, um so ein Wiederherstellen der Bus-Spannung zu ermöglichen. Dieses Szenario wiederholt sich zu Zeiten t&sub5; und t&sub6;, bei denen die dissipative Netto-Systemlast noch weiter verringert wird.
Wenn jedoch der Betrag der regenerativen Last den Betrag der dissipativen Last, die mit dem Gleichstrom-Bus verbunden ist, überschreitet, so kann durch eine einfache Verringerung der ausgegebenen erzeugten elektrischen Leistung die positive Netto-Erzeugung von Leistung mittels der regenerativen Last nicht mehr kompensiert werden. Um die Gleichstrom-Bus- Spannung auf dem gewünschten Niveau zu halten, muß daher die geschaltete Reluktanzmaschine Leistung aus dem Gleichstrom- Bus aufnehmen. Fig. 7c zeigt die Systemantwort unter einer solchen Betriebsbedingung. Die Kurve 108 stellt die anliegende Systemlast dar, die sich zum Zeitpunkt t&sub7; (aufgrund einer Abnahme der dissipativen Last oder einer Zunahme der regenerativen Last) verringert. Wie aus der Kurve 110 für die Gleichstrom-Bus-Spannung hervorgeht, welche der Ausgangs- Spannung für den Gleichstrom-Verteiler-Bus entspricht, der mit der Maschine verbunden ist, nimmt die Spannung als Folge des Entfernens von dissipativer Last (oder des Zuführens von regenerativer Last) zum Zeitpunkt t&sub7; zu. Wird diese Zunahme von dem Spannungssteuermodul 66 (siehe Fig. 5) erfaßt, so wird das Steuersignal für Strom, das der Kurve 112 entspricht, verringert, was den Schwellwert für maximalen Strom IHI und folglich die gesamte von der Maschine erzeugte Strommenge verringert, um ein Wiederherstellen der Gleichsstrom- Bus-Spannung zu ermöglichen. Zum Zeitpunkt t&sub8; übersteigt der Betrag der regenerativen Last den Betrag der dissipativen Last, was mittels der Kurve 108 angedeutet ist, die negativ wird (um auf diese Weise einen positiven Netto-Fluß von Energie aus der anliegenden Last anzudeuten). Wie mittels der Kurve 110 für die Gleichstrom-Bus-Spannung gezeigt, nimmt die Spannung als Folge des Zufügens von regenerativer Last zum Zeitpunkt t&sub8; zu. Wird diese Zunahme von dem Spannungssteuermodul 66 (siehe Fig. 5) erfaßt, so fällt die Kurve 112 für das Stromsteuersignal ab und wird negativ. Dies verringert umgehend die Grenze für maximalen Strom IHI und verändert auch dessen Vorzeichen. Dieser Vorzeichenwechsel bedeutet, daß mittels der geschalteten Reluktanzmaschine ein negativer Stromfluß erzeugt werden muß, um ein Wiederherstellen der Gleichstrom-Bus-Spannung zu ermöglichen.
Wie oben dargestellt, ist bei einem positiven Betrag IHI der Einschalt-Winkel bei der vorliegenden Erfindung auf einen Wert vor Fluchten eines Rotor-Poles und einem Stator-Pol festgelegt, und ein Regeln der Gleichstrom-Bus-Spannung wird dadurch erzielt, daß eine Bandbreite für eine Stromsteuerung verändert wird. Vorzugsweise wird der Einschalt-Winkel auf etwa 40 elektrische Grade vor Fluchten des Stator-Poles mit dem Rotor-Pol (siehe Fig. 2) festgelegt. Der Ausschalt-Winkel wird ebenfalls bei der vorliegenden Erfindung auf einen Wert festgelegt, der sich nach dem Fluchten einstellt, wenn das Steuersignal für maximalen Phasenstrom positiv ist. Vorzugsweise ist dieser Winkel auf einen Wert von etwa 120 elektrischen Graden nach dem Fluchten festgelegt. Indem die Einschalt- und Ausschalt-Winkel festgelegt werden und der Phasenstrom als Funktion der Gleichstrom-Bus-Spannung innerhalb eines einstellbaren Bereiches gesteuert wird, fällt die Erfordernis für einen Funktionsdrhemelder für hohe Drehzahl und mit hoher Auflösung, der dazu dient, die Einschalt- und Ausschalt-Winkel genau zu überwachen, weg, ohne daß sich dabei eine Verschlechterung der Güte der Leistungs-Regelung einstellt.
Fig. 8a zeigt die Steuerung mit festem Winkel und einstellbarer Bandbreite für Strom gemäß der vorliegenden Erfindung für eine bestimmte Drehzahl und eine große dissipative Systemlast (IHI positiv). Nimmt die Induktivität zu, weil die Rotor- und Stator-Pole miteinander fluchten, wie dies mittels der Kurve 118 dargestellt ist, so werden die beiden Leistungs-Schalter 46, 48 (siehe Fig. 3) zu einer Zeit t&sub1;&sub0; bei einem festen Winkel von etwa 40 elektrischen Graden vor Fluchten, wie mittels der Kurve 116 dargestellt, eingeschaltet, und es ergibt sich in den Phasen-Wicklungen 44 (siehe Fig. 3) ein Stromfluß, der der Kurve 114 entspricht. Wenn die Pole zum Zeitpunkt t&sub1;&sub1; fluchten und dann beginnen, sich aus dieser Stellung wegzubewegen, so fängt die Induktivität 118 an, abzunehmen, und die Gegen EMK (back emf) unterstützt die angelegte Bus-Spannung beim Verringern des Phasenstromes 114. Wenn der Phasenstrom 114 den Schwellwert 120 für maximalen Phasenstrom IHI zum Zeitpunkt t&sub1;&sub2; erreicht, so werden die Schalter 46, 48, (siehe Fig. 3) ausgeschaltet (siehe Kurve bei Bezugszeichen 116), die Gegen-EMK (back emf) wirkt der Bus-Spannung entgegen und der Strom ist gezwungen, gleichgerichtet durch die Dioden 50, 52 (siehe Fig. 3) zurück zum Gleichstrom-Bus 20 (siehe Fig. 3) zu fließen. Klingt der Phasenstrom 114 unterhalb den Schwellwert 122 für minimalen Phasenstrom ILO ab, wie dies in Fig. 8a für den Zeitpunkt t&sub1;&sub3; angedeutet ist, so werden beide Schalter wieder eingeschaltet, um den Phasenstrom 114 innerhalb des Bereiches, der durch die beiden Schwellwerte 120, 122 festgelegt ist, konstant zu halten. Zum Zeitpunkt t&sub1;&sub4; haben jedoch die Rotor- und Stator-Pole den bestimmten Ausschalt-Winkel nach ihrem Fluchten erreicht, beide Schalter werden geöffnet und der Phasen-Strom 114 klingt schnell ab.
Fig. 8b erläutert dasselbe Steuerverfahren bei einer Betriebsbedingung, in der eine geringere dissipative Netto-Last bei derselben Drehzahl anliegt (weniger dissipative Last oder zusätzliche regenerative Last). In diesem Fall sind die Leistungs-Schalter 46, 48 (siehe Fig. 3) bei demselben bestimmten Winkel vor Fluchten geschlossen und nach demselben bestimmten Winkel nach dem Fluchten geöffnet, so wie bei dem Betriebszustand mit einer größeren anliegenden Last, jedoch wurden die Grenzen der Steuersignale 120 für maximalen Phasenstrom IHI und 122 für minimalen Phasenstrom ILO mit der kleineren anliegenden Netto-Last verringert. Als Folge dessen müssen die Schalter 46, 48 (siehe Fig. 3) häufiger aus- und wieder angeschaltet (moduliert) werden, wie mittels der Kurve 116 angedeutet, um den Phasenstrom 114 in einem Bereich zu halten, der durch die abgesenkten Schwellwerte (Grenzwerte) 120, 122 definiert ist, um die Gleichstrom-Bus-Spannung auf einem gewünschten Pegel zu halten. Wie in Fig. 8c angedeutet setzt sich diese Betriebsweise fort, wenn die anliegende dissipative Netto-Last bei einer bestimmten Drehzahl noch weiter verringert wird (entweder, weil weniger dissipative Last anliegt, oder, weil eine größere regenerative Last angelegt wurde).
Wird die dissipative Last auf null verringert, so bewirkt das zusätzliche Anlegen von regenerativer Last einen Betriebszustand mit negativer Last, (in dem durch die Last Energie erzeugt wird), und ein Steuersignal für negativen Phasenstrom - IHI. Auf dieses negative Vorzeichen hin wechselt die Steuervorrichtung die Steuermodi, um eine geregelte Dissipation von Leistung aus dem Gleichstrom-Bus zu ermöglichen, um die Bus- Spannung angesichts des Betriebszustands mit negativer Last zu halten. Weil die geschaltete Reluktanzmaschine und der Inverter so konstruiert sind, daß sie mechanische Leistung aus dem Primärantrieb in elektrische Leistung für die maximale dissipative elektrische Nennleistung umwandeln, ist es auch möglich, die maximale elektrische Überschuß-Nennleistung der regenerativen Lasten in mechanische Energie umzuwandeln, wobei ein Kommutator-Prinzip für Quasi-Motorbetrieb zur Anwendung kommt. Diese Umwandlung von elektrischer Leistung in mechanische Leistung verringert das aus dem Primärantrieb benötigte Drehmoment und, wenn dem System noch mehr regenerative Last zugeführt wird, kann die Energieumwandlung tatsächlich den Primärantrieb unterstützen. Um die Umwandlung von wiedergewonnener elektrischer Leistung in mechanische Leistung zu steuern, ist es jedoch wünschenswert, daß zwischen der Steuervariable bzw. den Steuervariablen und der umgewandelten Leistung ein linearer Zusammenhang besteht. Der einfachste Ansatz dafür, eine solche Beziehung zu erhalten, besteht darin, die Steuer-Winkel festzulegen und den Betrag der Leistung, die von elektrischer Leistung in mechanische Leistung umgewandelt wird, zu steuern, indem das Steuersignal für Strom geregelt wird. Dieser Ansatz zum Steuern unterscheidet sich von einem richtigen Antriebs-Schaltschema, bei dem es Aufgabe der Steuerung ist, eine lineare Beziehung zwischen der Steuer-Variable bzw. den Steuer-Variablen und dem Drehmoment zu erhalten, indem die Steuer-Winkel als Funktion von Drehzahl, Bus-Spannung und dem Steuersignal für Strom variiert werden.
Fig. 8d erläutert dieses Kommutator-Prinzip für Dissipation von regenerativer Leistung, welches die Steuervorrichtung anwendet, wenn erst einmal ein Steuersignal für negativen Phasenstrom IHI berechnet wurde. Dieses Steuersignal für negativen Phasenstrom wird durch die Steuervorrichtung als ein betragsmäßiger Schwellwert gebildet, der für Steuerzwecke im zweiten Quadranten vorliegt. Nimmt die Induktivität zu, weil die Rotor- und Stator-Pole beginnen, miteinander zu fluchten, wie dies mittels der Kurve 118 angedeutet ist, so werden die beiden Leistungs-Schalter 46, 48 (siehe Fig. 3) zum Zeitpunkt t&sub1;&sub5; bei einem bestimmten Winkel von etwa 200 elektrischen Graden vor dem Fluchten eingeschaltet, wie mittels der Kurve 116 angedeutet, und es bildet sich in den Phasen-Wicklungen 44 (siehe Fig. 3), entsprechend der Kurve 114, ein Strom aus. Erreicht der Phasenstrom 114 zur Zeit t&sub1;&sub6; den Schwellwert für maximalen Phasenstrom IHI, so wird der Schalter 48 geöffnet (siehe Kurve 116). Auf diese Weise wird es, wie in Fig. 9 dargestellt, dem Strom, der in der Phasen-Wicklung 44 fließt, ermöglicht, über die Diode 50 und den Schalter 46 abzuklingen. Klingt der Strom zu der Grenze für minimalen Phasenstrom LLO ab, wie dies in Fig. 8d für den Zeitpunkt t&sub1;&sub7; angedeutet ist, so wird der Schalter 48 wieder eingeschaltet, um zu ermöglichen, daß Strom aus dem Gleichstrom-Bus fließt. Diese Modulation des Schalters 48 wird solange fortgesetzt, bis der feste Einschalt-Winkel von etwa 40 elektrischen Graden vor Fluchten zum Zeitpunkt t&sub1;&sub8; erreicht wird, bei dem dann beide Schalter 46 und 48 geöffnet werden. Wird der Betrag der regenerativen Last weiter gesteigert, so wird die Grenze für maximalen Phasenstrom IHI variiert, die Einschalt- und Aus schaltwinkel bleiben unverändert, und der Schalter 48 wird derart moduliert, daß der Phasenstrom innerhalb des Steuerbereiches für Strom geregelt wird, der durch IHI und ILO wie oben beschrieben, definiert ist.
Weiter, in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, umfaßt ein Verfahren zum Steuern einer geschalteten Reluktanzmaschine 10 (siehe Fig. 1), um einen Betrieb als Generator zum Erzeugen von elektrischer Energie zu gestatten, wenn eine dissipative Last anliegt, und um elektrische Energie zu dissipieren, wenn eine regenerative Last anliegt, die folgenden Schritte:
(1) Überwachen der Spannung auf dem Gleichstrom-Leistungs-Bus 20 an einem Regel-Punkt,
(2) Berechnen eines Steuersignals für maximalen Phasenstrom und eines Steuersignals für minimalen Phasenstrom auf der Grundlage der Spannung auf dem Gleichstrom-Leistungs-Bus 20,
(3) wenn das Steuersignal für maximalen Phasenstrom einen positiven Wert annimmt:
(a) Einschalten der Leistungs-Schalter 46, 48 (siehe Fig. 3) für eine bestimmte Phasen-Wicklung 44, um den Fluß von Erreger-Strom aus dem Gleichstrom-Leistungs-Bus 20 zu ermöglichen, um die bestimmte Phasen-Wicklung 44 bei einem ersten Winkel vor Fluchten eines Rotor-Poles mit dem unter Strom gesetzten Stator-Pol unter Strom zu setzen, und
(b) Öffnen der Leistungs-Schalter 46, 48 (siehe Fig. 3), um einen Fluß von erzeugtem Strom durch die Dioden 50, 52 zu dem Gleichstrom-Leistungs-Bus 20 bei einer zweiten bestimmten Winkelstellung nach Fluchten der Rotor-Pole mit dem stromdurchflossenen Stator-Pol zu ermöglichen,
(4) wenn das Stromsteuersignal für maximalen Phasenstrom einen negativen Wert hat:
(a) Schließen der Schalter 46, 48 für eine bestimmte Phasen- Wicklung 44, um Fluß von Dissipations-Strom aus dem Gleichstrom-Leistungs-Bus 20 zu der bestimmten Phasen-Wicklung 44 bei einem dritten Winkel vor Fluchten eines Rotor-Poles mit einem bestimmten Stator-Pol zu ermöglichen, und
(b) Öffnen der Schalter 46, 48 bei einer vierten bestimmten Winkelstellung vor Fluchten des Rotor-Poles mit dem bestimmten Stator-Pol, und
(5) Regeln der Spannung auf dem Gleichstrom-Leistungs-Bus 20 durch Modulieren der Schalter (beide Schalter 46 und 48 bei positivem Steuersignal für maximalen Phasenstrom und lediglich Schalter 48 bei negativem Steuersignal für maximalen Phasenstrom), um den Fluß von erzeugtem und dissipierendem Strom innerhalb einstellbarer Schwellwerte (Grenzwerte) zu steuern, die durch das Steuersignal für maximalen Phasenstrom und das Steuersignal für minimalen Phasenstrom bestimmt sind. Aus dieser Beschreibung ergeben sich für den Fachmann zahlreiche Modifikationen und alternative Ausführungsformen für die Erfindung. Folglich dient diese Beschreibung nur zur Erläuterung und soll dem Fachmann lediglich vermitteln, wie die Erfindung am besten auszuführen ist.

Claims

1. Steuervorrichtung für eine geschaltete Reluktanzmaschine, die einen Rotor (40), der zum Antrieb durch eine Welle (12) mit einem Primärantrieb (14) verbunden ist, und einen Stator (42) hat, der eine erste Mehrzahl von vorstehenden Stator-Polen (36) aufweist, auf die Phasen-Wicklungen (44) gewickelt sind, wobei der Rotor (40) eine zweite Mehrzahl vorstehender Rotor-Pole (38) aufweist, wobei die Phasen-Wicklungen (44) über wenigstens ein erstes und ein zweites Schaltmittel (46, 48), die auf Schaltsteuersignale hin ansprechen, an einen Gleichstrom- Bus (20) gelegt sind, wobei die Wicklungen (44) außerdem über ein erstes und ein zweites Kommutator-Mittel (50, 52) über Kreuz an den Gleichstrom-Bus (20) gelegt sind, um einen Stromrückfluß zu ermöglichen, wenn die Schaltmittel (46, 48) geöffnet sind, wobei die Steuervorrichtung enthält:

ein Mittel (24), um eine Spannung auf dem Gleichstrom-Bus (20) zu sensieren, wobei das Mittel (24) zum Sensieren von Spannung ein Spannungs-Rückkopplungssignal (98) generiert, dessen Größe proportional zur Spannung auf dem Gleichstrom-Bus (20) ist;

Mittel (28), um einen Strom zu sensieren, der in den Phasenwicklungen (44) fließt, wobei die Mittel zum Sensieren (28) ein Phasenstrom-Rückkopplungs-Signal (94) generieren, dessen Größe proportional zu dem in den Phasen-Wicklungen (44) fließenden Strom ist;

Mittel (30) zum Erfassen der Stellung des Rotors (40), wobei die Mittel (30) zum Erfassen der Stellung des Rotors ein Winkelstellungs-Rückkopplungssignal erzeugen, welches der Winkelverschiebung zwischen einem Rotor-Pol (38) und einem Stator-Pol (36) proportional ist;

ein Spannungssteuermodul (66), welches aufgrund des Spannungs-Rückkopplungssignals (98) und eines internen Spannungsanforderungssignals (64) ein veränderbares Steuersignal für maximalen Phasenstrom (IHI) und ein veränderbares Steuersignal für minimalen Phasenstrom (ILO), ein unveränderliches Einschalt-Steuersignal und ein unveränderliches Ausschalt-Steuersignal generiert;

ein Kommutator-Steuermodul (76), das aufgrund des veränderbaren Steuersignals für maximalen Phasenstrom, des veränderbaren Steuersignals für minimalen Phasenstrom, des unveränderlichen Einschalt-Steuersignals, des unveränderlichen Ausschalt-Steuersignals, des Phasenstrom-Rückkopplungssignals und des Winkelstellungs-Rückkopplungssignals die Schaltsteuersignale erzeugt, um die Schaltmittel (46, 48) in einem Zeitintervall, das von dem Zeitpunkt des Einschalt- Steuersignals bis zum Zeitpunkt des Ausschalt-Steuersignals reicht, anzusteuern, um den Phasenstrom in einem Bereich zu regeln, der durch das veränderbare Steuersignal für maximalen Phasenstrom und das veränderbare Steuersignal für minimalen Phasenstrom festgelegt ist, wodurch die Spannung auf dem Gleichstrom- Bus (20) auf einem gewünschten Pegel gehalten wird;

und wobei

das Spannungssteuermodul (66) beim Erzeugen eines positiven Steuersignals für maximalen Phasenstrom das Einschalt-Steuersignal bei einem ersten bestimmten Winkel vor Fluchten eines Rotor-Poles (38) mit einem Stator-Pol (36) und das Ausschalt-Steuersignal bei einem zweiten bestimmten Winkel nach Fluchten eines Rotor-Poles (38) mit einem Stator-Pol (36) erzeugt; und wobei

das Spannungssteuermodul (66) beim Erzeugen eines negativen Steuersignales für maximalen Phasenstrom das unveränderliche Einschalt-Steuersignal bei einem dritten bestimmten Winkel vor Fluchten eines Rotor-Poles (38) mit einem Stator-Pol (36) und das unveränderliche Ausschalt-Steuersignal bei einem vierten bestimmten Winkel vor Fluchten eines Rotor-Poles (38) mit einem Stator-Pol (36) generiert.

2. Steuervorrichtung für eine geschaltete Reluktanzmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal für maximalen Phasenstrom eine Funktion des Spannungs-Rückkopplungssignals darstellt.

3. Steuervorrichtung für eine geschaltete Reluktanzmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal für maximalen Phasenstrom auch eine Funktion des Strom-Rückkopplungssignals darstellt.

4. Steuervorrichtung für eine geschaltete Reluktanzmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal für minimalen Phasenstrom sich in einem festen Verhältnis zu dem Steuersignal für maximalen Phasenstrom ändert.

5. Steuervorrichtung für eine geschaltete Reluktanzmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal für maximalen Phasenstrom ansteigt, wenn das Spannungs-Rückkopplungssignal unter einen eingestellten Wert fällt, der einer gewünschten Bus-Spannung entspricht.

6. Steuervorrichtung für eine geschaltete Reluktanzmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung PROPORTIONAL-INTEGRAL-Regelung anwendet, um das Steuersignal für maximalen Phasenstrom zu erzeugen.

7. Steuervorrichtung für eine geschaltete Reluktanzmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel (46, 48) isolierte GATE-Bipolar- Transistoren sind.

8. Steuervorrichtung für eine geschaltete Reluktanzmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel (46, 48) statische Induktions- Transistoren sind.

9. Steuervorrichtung für eine geschaltete Reluktanzmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel MOS-gesteuerte Thyristoren sind.

10. Elektrische Energie erzeugendes System zum Umwandeln von mechanischer Energie von einem Primärantrieb (14) in elektrische Energie, die über einen Gleichstrom-Bus (20) an Verbraucher verteilt wird, mit einer geschalteten Reluktanzmaschine (10) und einer Steuervorrichtung für eine geschaltete Reluktanzmaschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.

11. Verfahren zum Steuern einer geschalteten Reluktanzmaschine (10), um eine Arbeitsweise als Generator zum Erzeugen von elektrischer Energie zu gestatten, wenn eine dissipative Last anliegt, um elektrische Energie zu dissipieren, wenn eine regenerative Last anliegt, wobei die Maschine einen Rotor (40) mit vorstehenden Polen enthält, der zum Antrieb mittels eine Welle (12) an eine Maschine (14) gekuppelt ist, und einen mehrphasigen Stator (42) mit vorstehenden Polen und mehreren Polwicklungen hat, deren Phasen-Wicklungen (44) schaltbar über Schaltmittel (46, 48) und Kommutator-Mittel (50, 52) an einen Gleichstrom- Leistungs-Bus (20) gelegt sind, um zu ermöglichen, Strom zu erzeugen und Strom zu verbrauchen, das die Schritte umfaßt:

Berechnen eines Steuersignals für maximalen Phasenstrom und eines Steuersignals für minimalen Phasenstrom auf der Grundlage der Spannung auf dem Gleichstrom- Leistungs-Bus;

Einschalten der Schaltmittel (46, 48) für eine bestimmte Phasen-Wicklung (44) für ein erstes Zeitintervall, das bei einer ersten bestimmten Winkelstellung vor Fluchten eines Rotor-Poles (38) mit dem Stator-Pol (36) beginnt, und das bei einer zweiten bestimmten Winkelstellung nach Fluchten des Rotor-Poles (38) mit dem bestimmten Stator-Pol (36) endet, wenn das Steuersignal für maximalen Phasenstrom positiv ist;

Einschalten der Schaltmittel (46, 48) für eine bestimmte Phasen-Wicklung (44) für ein zweites Zeitintervall, das bei einer dritten bestimmten Winkelstellung vor Fluchten eines Rotor-Poles (38) mit dem bestimmten Stator-Pol (36) beginnt, und das bei einer vierten bestimmten Winkelstellung vor Fluchten des Rotor-Poles (38) mit dem bestimmten Stator-Pol (36) endet, wenn das Steuersignal für maximalen Phasenstrom negativ ist; und

Ansteuern der Schaltmittel (46, 48) während des ersten und des zweiten Zeitintervalls, um das Erzeugen oder Verbrauchen von Strom in dem Bereich aufrechtzuerhalten, der durch das Steuersignal für maximalen Phasenstrom und das Steuersignal für minimalen Phasenstrom bestimmt ist.