KR20100057845A

KR20100057845A - 브러쉬리스 전기 머신들에서 계자 전류를 결정하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20100057845A
Application number: KR1020107005345A
Authority: KR
Inventors: 욘 에케를레
Original assignee: 에이비비 슈바이쯔 아게
Priority date: 2007-09-11
Filing date: 2008-08-15
Publication date: 2010-06-01
Also published as: EP2186188A1; CN101803175A; ATE528850T1; CN101803175B; RU2010114169A; RU2453981C2; PL2186188T3; US20100219786A1; CA2707335A1; KR101530731B1; JP2010539869A; WO2009033912A1; US8164296B2; EP2186188B1

Abstract

본 발명은, 고정자 (2) 및 회전자 (4) 를 갖는 전기 머신에서 계자 권선을 통한 계자 전류를 결정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이며, 여기서, 그 전기 머신 (1) 은 계자 권선 (6) 이 여기 자기장을 생성하기 위해 에너자이징되는 계자 전류 (I_DC) 를 회전자측에서의 전기 전류의 유도에 의해 초래하기 위한 필드-회로 변압기 (7) 를 포함하며, 그 방법 및 장치는, - 회전자 (4) 에서, 필드-회로 변압기 (7) 에서의 2차측에서 유도되는 전류로부터 유도되는 계자 전류 (I_DC) 를 초래하기 위한 필드-회로 변압기 (7) 의 1차측에서의 구동 단계; - 필드-회로 변압기 (7) 의 하나 이상의 1차측 상들에서의 하나 이상의 상전류들의 측정 단계; - 하나 이상의 측정된 상전류들 (I₁) 에 의존하는 최대값 (I_{peak_measure}) 의 결정 단계; 및 - 결정된 최대값 (I_{peak_measure}) 에 의존하는 계자 권선 (6) 을 통한 계자 전류 (I_DC) 의 결정 단계를 갖는다.

Description

브러쉬리스 전기 머신들에서 계자 전류를 결정하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING A FIELD CURRENT IN BRUSHLESS ELECTRICAL MACHINES}

본 발명은, 계자 권선들을 갖는 브러쉬리스 (brushless) 머신들, 및 그러한 머신들을 동작시키기 위한 방법들에 관한 것이다.

예를 들어, 동기식 모터들과 같은 브러쉬리스 전기 머신들은, 고정자 권선 이외에 회전자에 배치된 계자 권선을 또한 가질 수 있다. 계자 권선은, 여기 자기장을 생성하기 위해 전기 에너지를 공급받을 필요가 있다. 전기 에너지는, 고정자의 하나 이상의 1차 코일들과 회전자의 하나 이상의 2차 코일들 사이에 커플링한 변압기에 의해 계자 권선에 제공된다. 1차 코일들 및 2차 코일들로부터 형성된 필드-회로 변압기는, 회전식 전기 머신의 일 축에서 오프셋 방식으로, 예를 들어, 축방향으로 배열될 수 있다. 다른 경우, 또한, 회전자 권선이 필드-회로 변압기의 1차 코일로서 사용되는 것이 가능하다.

필드-회로 변압기는, 1차 코일로서 고정자 계자 권선 및 2차 코일로서 회전자 계자 권선들을 포함한다. 회전자 계자 권선은, 다이오드 정류기 브리지를 통해 계자 권선에 접속된다. 결과로서, 계자 권선은, 여기 자기장을 생성하는 직류 전류, 즉, 계자 전류를 제공받는다.

그러나, 그러한 전기 머신의 한정된 동작에 있어서, 예를 들어, 결정된 토크를 셋팅하기 위하여, 계자 권선에 의해 생성된 자기장의 강도를 결정할 수 있기 위해, 계자 권선을 통한 계자 전류를 결정하고, 필요하다면 상기 계자 전류를 조정할 필요가 있다. 전기 머신이 회전자측의 전류들에 대한 탭 (tap) 을 갖지 않고 임의의 다른 방식에서 신뢰가능한 전류 측정을 허용하지 않으므로, 고정자측의 전기 변수들의 측정치들에 의해 계자 전류를 추정할 필요가 있다.

종래의 추정 방법들은, 높은 시간 레졸루션 (resolution) 을 갖는 엑츄에이팅 (actuating) 엘리먼트의 2개의 상(相)전류들 및 2개의 상간 출력 전압의 측정치에 기초하는데, 이것은 복잡한 방식으로 변환될 필요가 있다. 또한, 액츄에이팅 엘리먼트의 출력 전압은 비-정현파 전압이며, 그 결과로서, 계자 전류의 결정을 위한 평가에서의 계산 복잡도가 높다.

본 발명의 목적은, 계자 전류가 고정자측에서 측정된 전기 변수의 측정치만을 사용하여 신뢰가능한 방식으로 정확하게 결정될 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 이러한 목적은, 청구항 제 1 항에서 청구되는 바와 같은 전기 머신의 계자 전류를 결정하기 위한 방법, 및 공통 종속항에서 청구되는 바와 같은 장치 및 모터 시스템에 의해 달성된다.

본 발명의 추가적인 유리한 개량 (refinement) 이 종속항들에서 제공된다.

제 1 양태에 따르면, 고정자 및 회전자를 갖는 전기 머신에서 계자 권선을 통한 계자 전류를 결정하기 위한 방법이 제공된다. 그 전기 머신은, 계자 권선이 여기 자기장을 생성하기 위해 에너자이징되는 계자 전류를, 회전자측에서의 전기 전류의 유도에 의하여 발생시키기 위한 필드-회로 변압기를 포함한다. 그 방법은,

- 회전자에서, 필드-회로 변압기내의 2차측에서 유도되는 전류로부터 유도되는 계자 전류를 발생시키기 위해 필드-회로 변압기의 1차측을 구동하는 단계;

- 필드-회로 변압기에서의 하나 이상의 1차측 상전류들을 측정하는 단계;

- 하나 이상의 측정된 상전류들에 의존하여 최대값을 결정하는 단계; 및

- 결정된 최대값에 의존하여 계자 권선을 통한 계자 전류를 결정하는 단계를 포함한다.

상기 방법의 일 개념은, 고정자측의 상전류의 최대값에 의존하여, 간단한 전류 분배기 계산의 보조로 계자 전류를 계산하는 것으로 구성된다. 이것은, 높은 샘플링 주파수에서의 고정자측 상전류들 및 상간 전압들의 측정에 의한 계자 전류의 결정의 이벤트에서, 회전자에서 사용되는 정류기의 다이오드들의 스위치-온 시간들을 결정하기 위해 복잡한 계산이 수행될 필요가 있지만, 상전류의 최대값의 측정이 용이하게 수행될 수 있다는 이점을 갖는다.

계자 전류를 결정하기 위한 상기 방법은, 특정한 시점에서, 전류가 회전자 계자 권선의 코일들 중 2개의 코일을 항상 관통하고 있다는 가정에 기초하며, 그 결과, 고정자측에 흐르는 상전류가 변압기 커플링에 의한 전류 흐름을 발생시키는 회전자 계자 권선의 코일들 각각에 대해 자화 인덕턴스가 가정될 수 있다. 따라서, 계자 권선을 흐르는 계자 전류는, 전류 분배기에서의 전체 변압기-유도된 2차측 전류의 부분 전류로서 결정될 수 있다. 전류 분배기는, 회전자 계자 권선의 2개의 활성 코일들의 2개의 자화 인덕턴스를 통한 제 1 전류 경로, 및 계자 권선을 통한 제 2 전류 경로를 갖는다.

또한, 계자 전류의 결정은, 필드-회로 변압기의 감소 인자에 의존하여 수행될 수 있으며, 그 감소 인자는, 소정의 정정 인자에 의존하는 1차측 코일 및 2차측 코일의 권회비 (turn ratio) 에 대응하고, 예를 들어, 전기 머신의 회전 속도, 및 필드-회로 변압기의 자화 인덕턴스 및 계자 권선의 임피던스의 비에 의존하여 경험적으로 결정될 수 있다.

일 실시형태에 따르면, 복수의 상전류들은 1차측 상에서 측정될 수 있으며, 최대값은, 복수의 상전류들의 최대값들을 평균함으로써 결정된다.

대안적인 실시형태에 따르면, 복수의 상전류들은, 1차측 상에서 측정될 수 있으며, 최대값은, 각각, 브리지 정류기에서의 복수의 상전류들로부터 유도된 전류들 및 전압들의 정류에 의해, 그리고 정류된 전류 및 정류된 전압에 의존하는 최대값의 결정에 의해 결정된다.

또 다른 양태에 따르면, 고정자 및 회전자를 갖는 전기 머신에서 계자 권선을 통한 계자 전류를 결정하기 위한 장치가 제공되며, 여기서, 그 전기 머신은, 계자 권선이 여기 자기장을 생성하기 위해 에너자이징되는 계자 전류를, 회전자측의 전기 전류의 유도에 의해 발생시키기 위한 필드-회로 변압기를 포함한다. 그 장치는,

- 필드-회로 변압기의 하나 이상의 1차측 상들에서 하나 이상의 상전류들을 검출하기 위한 전류 검출 유닛;

- 하나 이상의 측정된 상전류들에 의존하여 최대값을 결정하기 위한 최대 전류 결정 유닛; 및

- 결정된 최대값에 의존하여 계자 권선을 통한 계자 전류를 결정하기 위한 모터 제어 유닛을 포함한다.

또한, 변압기 제어 유닛이 필드-회로 변압기의 1차측 구동을 수행하기 위해 제공될 수 있으며, 그 변압기 유닛은, 일정하거나 모터 제어 유닛에 의해 미리 결정되도록 상전류들을 셋팅한다.

또 다른 양태에 따르면, 모터 시스템이 제공된다. 그 모터 시스템은,

- 상기 계자 전류 결정 장치; 및

- 고정자 및 회전자, 및 계자 권선을 가지며, 계자 권선이 여기 자기장을 생성하는 계자 전류를, 회전자측의 전기 전류의 유도에 의해 발생시키기 위한 필드-회로 변압기를 포함하는 전기 머신을 포함한다.

또한, 전기 머신은, 필드-회로 변압기내의 2차측에서 생성된 변압기 전류들을 정류하기 위한 다이오드 브리지 정류기를 가질 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태들은 첨부된 도면들을 참조하여 아래에서 더 상세히 설명될 것이다.

도 1은 필드-회로 변압기를 갖는 전기 머신의 단면도를 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 전기 머신의 전자 회로를 예시하기 위한 회로도를 도시한다.
도 3은 필드-회로 변압기에 대한 등가 회로도를 도시한다.
도 4는 회전자에서의 활성 회로에 대한 등가 회로도를 도시한다.
도 5는 1차측 상전류, 전기 머신의 회전 속도, 측정된 계자 전류 및 계산된 계자 전류의 프로파일들을 예시하기 위한 신호/시간 그래프를 도시한다.

도 1은, 회전식 전기 머신 (1), 예를 들어, 전기 모터의 단면도를 도시한다. (예를 들어, 회전식 전기 모터의 경우에서) 전기 머신 (1) 은, 고정자 권선 (3) 을 갖는 고정자 (2), 및 샤프트 (5) 에 피트 (fit) 된 회전자 (4) 를 포함한다. 회전자 (4) 는, 여기 자기장을 생성하기 위한 계자 권선 (6) 을 포함한다. 전기 머신은, 고정자 권선 (3) 을 구동시킴으로써 전기 모터로서 동작될 수 있다.

필드-회로 변압기 (7) 는, 축 방향으로 인접한 샤프트 (5) 위의 위치에 배열된다. 필드-회로 변압기 (7) 는 고정자 (2) 에, 또는 회전자 (4) 및 회전자 계자 권선 (9) 에 대해 고정된 위치에서 고정자 계자 권선 (8) 을 가지며, 그 고정자 계자 권선은 회전가능한 샤프트 (5) 에 배열된다.

고정자 권선 (3), 회전자 권선 (6), 고정자 계자 권선 (8) 및 회전자 계자 권선 (9) 각각은 코일들을 가지며, 그 코일들의 폴들 (미도시) 은 방사 방향으로 정렬된다. 고정자 계자 권선 (8) 의 개별 코일들은, 주변의 교번 필드가 샤프트 (5) 의 회전 속도에 의존하여 발생하는 방식으로 구동되며, 그 결과, 회전자 계자 권선 (9) 의 코일들에서 전류가 교대로 유도된다.

회전자 계자 권선 (9) 의 코일들에서 유도된 계자 전류는 다이오드 브리지 정류기 (10) 에서 정류된다. 정전용량 및 저항으로부터 형성된 다운스트림 다이오드 보호 회로 (11) 는, 다이오드 브리지 정류기 (10) 를 보호하는 목적을 제공한다. 정류된 계자 전류 I_DC 는, 여기 자기장을 생성하기 위해 회전자 (4) 의 계자 권선 (6) 을 통해 흐른다.

도 2는, 도 1에 도시된 전기 머신 (1) 을 전자 회로도의 형태로 도시한다. 전기 머신 (1) 의 필드-회로 변압기 (2) 는 3상 고정자 계자 권선 (8) 및 대응하는 회전자 계자 권선 (9) 으로 형성된다. 본 발명의 예시적인 실시형태에서, 고정자 계자 권선 (3) 은 고정자 계자 권선 (8) 의 3개의 성형-접속된 (star-connected) 코일들을 포함한다. 또한, 4상 이상의 상을 갖는 고정자 계자 권선 (8) 을 전기 머신 (1) 에 탑재하는 것이 가능하다. 또한, 코일들이 성형-접속 방식 대신 델타-접속 방식으로 배열되는 것이 가능할 수 있다.

또한, 회전자 계자 권선 (9) 의 코일들은 변압기의 형태로 고정자 계자 권선 (8) 의 코일들에 커플링되며, 그 결과, 교류 전류가 회전자 계자 권선 (8) 에서 유도된다. 결과적인 3상 교류 전류는, 서로 공지된 방식으로 접속되어 있는 6개의 정류기 다이오드들 (14) 을 갖는 다이오드 브리지 정류기 (10) 에 공급된다. 4상 이상의 상인 경우, 공지된 방식으로, 전류의 포지티브 하프-사이클이 출력 라인들 중 하나의 출력 라인에서 통과하고, 전류의 네거티브 하프-사이클이 출력 라인들 중 다른 출력 라인에서 통과하도록 허용하기 위해, 각각의 추가적인 상에 대해 2개의 추가적인 정류기 다이오드들이 제공된다.

필드-회로 변압기 (7) 는 1차측 고정자 계자 권선 (8) 의 적절한 구동에 의해 동작되며, 그 결과, 대응하는 교류 전류가 회전자 계자 권선 (9) 에서 유도된다. 일반적으로, 고정자 계자 권선 (8) 의 코일들의 구동은, 전류가 회전자 계자 권선 (9) 의 코일들 중 일부에서 동시에 항상 흐르게 하는 방식으로 발생하며, 그 결과, 대응하여, 회전자 계자 권선 (9) 의 코일들 중 2개의 코일에서만 각각의 경우에서 2차측에 대응하는 전류가 유도된다.

또한, 다이오드 브리지 정류기 (10) 의 출력은 사실상 일정한 계자 전류 I_DC 를 계자 권선 (6) 에 제공한다. 계자 권선 (6) 은 다이렉트 자기장을 제공하는 목적을 위해 서빙한다. 따라서, 계자 전류 I_DC 는, 변압기에 의해 회전자 계자 권선 (9) 에서 생성된 교류 전류로부터 다이오드 브리지 정류기 (10) 내의 정류에 의해 생성된다.

또한, 도 2는, 풀-업 (pull-up) 스위치 (21) 및 풀-다운 (pull-down) 스위치 (21) 가 항상 폐쇄되도록 하는 방식으로 DC 전압 소스 (V_DD, V_GND) 를 이용하여 공급되는 인버터 출력 스테이지 (22) 의 풀-업 스위치들 (21) 및 풀-다운 스위치들 (21) (예를 들어, 필드 효과 트랜지스터들) 을 구동시키는 변압기 제어 유닛 (20) 을 도시한다.

인버터 출력 스테이지 대신, AC 사이리스터 엑츄에이팅 엘리먼트가 또한 제공될 수 있으며, 여기서, 다상의 교류 전류 단자의 각각의 상은, 고정자 계자 권선 (8) 의 상 단자들 중 하나에 사이리스터 스위칭 유닛을 통해 접속된다. 변압기 제어 유닛 (20) 에 의해 제어되는 사이리스터 스위칭 유닛의 스위칭에 의해, 개별 상들은, 2차측 전류를 제공하기 위해 스위치 온 또는 오프될 수 있다.

예를 들어, 측정 저항기 (예를 들어, 분로 (shunt) 저항기) 의 형태인 전류 측정 엘리먼트 (23) 는, 상전류 프로파일을 측정하기 위해 고정자 계자 권선 (8) 의 상 단자들 중 적어도 하나에 배열된다. 측정 저항기를 사용할 경우, 측정될 전류에 비례하는 측정 전압이 제공되며, 상기 측정 전압은 전류 검출 유닛 (24) 에서 검출된다. 데이터가 측정 전압으로부터 유도될 수 있는 상전류 프로파일에 대한 데이터는, 디지털 또는 아날로그 형태로 최대 전류 결정 유닛 (25) 에 제공된다.

최대 전류 결정 유닛 (25) 은, 상전류 프로파일로부터 상전류 I₁ 의 최대값 I_{peak_measure} 를 결정하며, 즉, 상전류 I₁ 의 각각의 포지티브 하프-사이클의 최대값이 결정된다. 최대 전류 결정 유닛 (25) 은 상전류 I₁ 의 최대값 I_{peak_measure} 을 계자 전류 결정 유닛 (27) 에 제공한다.

대안적으로, 복수의 또는 모든 상들의 상전류들이 검출될 수 있다. 그 후, 결과적인 측정 전류들 또는 측정 전압들은, 예를 들어, 1차측 브리지 정류기의 보조로 정류될 수 있다. 정류된 측정 전류는 전류 검출 유닛 (24) 에서 검출되며, 그 결과, 결과적으로 정류된 측정 전류의 최대값은, 최대 전류 결정 유닛 (25) 에서 최대값 I_{peak_measure} 로서 결정될 수 있다.

계자 전류 결정 유닛 (27) 은, 후술되는 계산 방법에 따라 상전류 I₁ 의 최대값 I_{peak_measure} 으로부터 계자 전류 I_DC 를 결정하고, 계자 전류 I_DC 에 대한 데이터를 모터 제어 유닛 (26) 에 제공한다. 모터 제어 유닛 (26) 은, 예를 들어, 적절한 조정의 보조로, 예를 들어, 계자 전류 I_DC 를 일정하게 유지하기 위해, 또는 세트포인트 입력에 대응하여 상기 계자 전류 I_DC 를 셋팅하기 위해 결정되는 계자 전류 I_DC 에 의존하여 인버터 출력 스테이지 (22) 를 동작시키는 변압기 제어 유닛 (20) 을 구동시킬 수 있다.

도 3은, 등가 회로도에서 고정자 계자 권선 (8) 의 코일들 중 하나와 회전자 계자 권선 (9) 의 코일들 중 하나 사이의 커플링의 등가 회로도를 도시한다. 즉, 결정된 상전류 I₁ 가 흐르고 있으면, 도 3에 도시된 등가 회로도는, 고정자 계자 권선 (8) 과 회전자 계자 권선 (9) 사이의 변압기 커플링에 적용된다. 이러한 경우, 계자 권선 (6) 의 임피던스는 R_exu/s 이며, 여기서, s는 회전자 (4) 의 슬립 (slip) 에 대응한다. 그 슬립 s는,

와 같이 결정되며, 여기서, f_supply 는 고정자측 상전류의 주파수에 대응하고,

p는 필드-회로 변압기 (9) 의 폴 쌍들의 수에 대응하며,

n은 초당 회전의 회전 속도에 대응한다.

도 3의 전기 등가 회로도는, 정상 상태 3상 모델에 대한 필드-회로 변압기 (7) 의 응답에 대해 적용된다. 등가 회로도는 본질적인 인덕턴스로서 자화 인덕턴스 L_M 을 갖는다. 저레벨 신호 등가 회로도는, 계자 전류 결정 유닛 (27) 에서 수행되는 전류 추정을 위해 사용된다. 다이오드 브리지 정류기 (10) 에서의 2개의 상들만이 임의의 특정한 시점에서 활성이므로, 활성 정류기 브리지들만, 즉, 활성 다이오드들만이 고려될 필요가 있으며, 그 결과, 상 시프트를 계산할 필요가 없다.

회전자 계자 권선 (9) 의 코일들의 자화 인덕턴스들 L_M 만이 저레벨 신호 등가 회로도에서 고려되며, 필드-회로 변압기 (7) 의 회전자 표유 인덕턴스 (stray inductance) L_σ 가 고려될 필요가 없다는 것이 도 4의 등가 회로도로부터 관측될 수 있다.

도 4에 도시된 등가 회로도에서, 다음의 관계가 전류 분배기를 사용하여 생성되며,

여기서,

이고,

L＝L_m1＝L_m2 는 필드-회로 변압기 (7) 의 자화 인덕턴스들에 대응하고,

I_{peak_measure} 는 1차측 상전류 I₁ 의 최대값에 대응하고,

k는, 미리 결정될 수 있거나 경험적으로 고정될 수 있으며, 예를 들어, 값 1.1 에 고정될 수 있는 정정 인자에 대응하며,

r_ex 는, 회전자 계자 권선 (9) 의 코일들에 대한 고정자 계자 권선 (8) 의 코일들의 권회비의 보조로 결정될 수 있는, 필드-회로 변압기 (7) 의 (고정자로부터 회전자로의) 감소 인자에 대응한다.

필드 임피던스 R_exu 는,

와 같이 결정될 수 있으며, 여기서,

R_f 는, 유닛당 계자 권선 (6) 의 비반응성 저항, 즉, 유닛 없음에 대응하고,

(회전자로부터 고정자로의) r_ma 는, 고정자 권선 (3) 의 코일들에 대한 계자 권선 (6) 의 코일들의 권회비로부터 생성되는 감소 인자에 대응하고,

U_rated 는 전기 머신의 정격 전압 (rated voltage) 에 대응하며,

I_rated 는 (데이터 시트에 대응하는) 전기 머신의 정격 전류에 대응한다.

상기 관계에 따른 계자 전류 I_DC 는,

와 같이 용이하게 계산될 수 있으며, 여기서,

K 는, 물리 모델을 기초로서 사용할 경우 계산에 의해 결정될 수 있거나 경험적으로 결정될 수 있는 상수를 나타내며, 유사하게, (슬립 s에 걸친) 회전 속도에 의존하는 임피던스 비 J(n) 은 용이하게 결정될 수 있다. 낮은 회전 속도 n의 경우, 임피던스 비는, 몇몇 환경하에서 상수인 것으로도 가정될 수 있다.

최종적으로, 1차측 상전류의 최대값 및 회전 속도에 대한 계자 전류 I_DC 의 함수 의존성은 다음과 같다.

그러한 함수 의존성은 계자 전류 결정 유닛 (27) 에서 간단한 방식으로 구현될 수 있다. 진동 주기 동안 상전류 프로파일들에서의 최대값들만이 일회 발생하므로, 계자 전류의 계산은, 단지, 공급 주파수에 의해 미리 결정된 발생 속도에 대응하여 발생한다. 따라서, 계자 전류 결정 유닛 (27) 에 대한 계산 전력에 배치된 요구들이 감소될 수 있다.

도 5는, 1차측 상전류 I₁, 1차측 상전류 I1의 최대값 I_{peak_measure}, 측정된 계자 전류 I_{DC_m}, 계산된 계자 전류 I_DC 및 회전 속도 n의 프로파일들을 도시한다. 계자 전류 I_DC 가 1차측 상전류 I₁ 의 최대값으로부터 높은 정확도로 유도될 수 있다는 것을 관측할 수 있다.

1: 전기 머신
2: 고정자
3: 고정자 권선
4: 회전자
5: 샤프트
6: 계자 권선
7: 필드-회로 변압기
8: 고정자 계자 권선
9: 회전자 계자 권선
10: 다이오드 브리지 정류기
11: 다이오드 보호 회로
14: 정류기 다이오드
20: 변압기 제어 유닛
21: 풀-업 스위치 또는 풀-다운 스위치
22: 인버터 출력 스테이지
23: 전류 측정 엘리먼트
24: 전류 검출 유닛
25: 최대 전류 결정 유닛
26: 모터 제어 유닛
27: 계자 전류 결정 유닛

Claims

고정자 (2) 및 회전자 (4) 를 갖는 전기 머신에서 계자 권선을 통한 계자 전류를 결정하기 위한 방법으로서, 상기 전기 머신 (1) 은, 여기 자기장을 생성하기 위해 계자 권선 (6) 을 에너자이징하는 계자 전류 (I_DC) 를, 회전자측에서의 전기 전류의 유도에 의해 발생시키기 위한 필드-회로 변압기 (7) 를 포함하며,
상기 방법은,
- 상기 회전자 (4) 에서, 상기 필드-회로 변압기 (7) 내의 2차측에서 유도되는 전류로부터 유도되는 계자 전류 (I_DC) 를 발생시키기 위해 상기 필드-회로 변압기 (7) 의 1차측을 구동하는 단계;
- 상기 필드-회로 변압기 (7) 의 하나 이상의 1차측 상(相)들에서 하나 이상의 상전류들을 측정하는 단계;
- 상기 하나 이상의 측정된 상전류들 (I₁) 에 의존하여 최대값 (I_{peak_measure}) 을 결정하는 단계; 및
상기 결정된 최대값 (I_{peak_measure}) 에 의존하여 상기 계자 권선 (6) 을 통한 계자 전류 (I_DC) 를 결정하는 단계를 포함하는, 계자 전류 결정 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 계자 전류 (I_DC) 를 결정하는 단계는, 1차측 고정자 계자 권선 (8) 및 2차측 회전자 계자 권선 (9) 의 권회비 (turn ratio) 에 의해 달성되는 상기 필드-회로 변압기 (7) 의 감소 인자에 의존하여, 소정의 정정 인자에 의존하여, 그리고 상기 필드-회로 변압기 (7) 의 자화 인덕턴스와, 상기 자화 인덕턴스와 상기 계자 권선 (6) 의 임피던스와의 합산의 비에 의존하여 수행되는, 계자 전류 결정 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
복수의 상전류들 (I₁) 은 1차측 상들에서 측정되며,
상기 최대값 (I_{peak_measure}) 은 상기 복수의 상전류들의 각각의 최대값들을 평균함으로써 결정되는, 계자 전류 결정 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
복수의 상전류들은 1차측 상들에서 측정되며,
상기 최대값 (I_{peak_measure}) 은, 각각, 브리지 정류기에서, 상기 복수의 상전류들로부터 유도되는 전류들 및 전압들의 정류에 의해, 그리고, 상기 정류된 전류 및 상기 정류된 전압에 의존하여 상기 최대값을 결정하는 것에 의해 결정되는, 계자 전류 결정 방법.
고정자 (2) 및 회전자 (4) 를 갖는 전기 머신에서 계자 권선 (6) 을 통한 계자 전류 (I_DC) 를 결정하기 위한 장치로서, 상기 전기 머신 (1) 은, 여기 자기장을 생성하기 위해 계자 권선 (6) 을 에너자이징하는 계자 전류 (I_DC) 를, 회전자측에서의 전기 전류의 유도에 의해 발생시키기 위한 필드-회로 변압기 (7) 를 포함하며,
상기 장치는,
상기 회전자 (4) 에서, 상기 필드-회로 변압기 (7) 내의 2차측에서 유도되는 전류로부터 유도되는 계자 전류 (I_DC) 를 발생시키기 위해 상기 필드-회로 변압기 (7) 의 1차측을 구동하는 디바이스;
상기 필드-회로 변압기 (7) 의 하나 이상의 1차측 상들에서 하나 이상의 상전류들 (I₁) 을 측정하기 위한 전류 검출 유닛 (24);
상기 하나 이상의 측정된 상전류들 (I1) 에 의존하여 최대값 (I_{peak_measure}) 을 결정하기 위한 최대 전류 결정 유닛 (25); 및
상기 결정된 최대값 (I_{peak_measure}) 에 의존하여 상기 계자 권선 (6) 을 통한 계자 전류 (I_DC) 를 결정하기 위한 모터 제어 유닛 (26) 을 포함하는, 계자 전류 결정 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 필드-회로 변압기 (7) 의 1차측 구동을 수행하기 위해 변압기 제어 유닛 (20) 이 제공되며,
상기 변압기 제어 유닛 (20) 은, rms 상전류들을, 일정하게 또는 상기 모터 제어 유닛 (26) 에 의해 규정되도록 셋팅하는, 계자 전류 결정 장치.
제 5 항 또는 제 6 항에 기재된 계자 전류 결정 장치; 및
고정자 (2) 및 회전자 (4) 를 갖고, 계자 권선 (6) 을 가지며, 계자 권선 (6) 이 여기 자기장을 생성하는 계자 전류 (I_DC) 를, 회전자측에서의 전기 전류의 유도에 의해 발생시키기 위한 필드-회로 변압기 (7) 를 포함하는 전기 머신 (1) 을 포함하는, 모터 시스템.
제 7 항에 있어서,
상기 전기 머신은, 상기 필드-회로 변압기 (7) 에서의 2차측에서 생성된 변압기 전류들을 정류하기 위한 다이오드 브리지 정류기 (10) 를 갖는, 모터 시스템.