DETECCION DE POSICION DE ROTOR DE UN IMPULSO DE RELUCTANCIA CONMUTADA
DESCRIPCION DE LA INVENCION Esta invención se refiere al monitoreo de posición de rotor sin sensores en máquinas de reluctancia, particularmente en máquinas de reluctancia conmutada. El control y operación de máquinas de reluctancia conmutada generalmente se describen en el documento "The Characteristics , Design and Applications of Switched Reluctance Motors and Drives" de J.M. Stephenson y R.J. Blake hecha pública en la Conferencia y Exhibición de PCIM'93 sostenida en Nurnberg, Alemania, 21-24 de junio de 1993, que se incorpora aquí por referencia. En ese documento, los modos de energización de "interrupción pulsatoria" y "de un solo pulso" de máquinas de reluctancia conmutada se describen para la operación de la máquina a velocidades baja y alta, respectivamente . Un impulsor típico de la técnica anterior se muestra esquemáticamente en la figura 1. Este incluye un suministro de energía de CD 11 que puede ser ya sea una batería o energía de CA rectificada y filtrada. El voltaje de CD provisto por el suministro de energía 11 es conmutado a través de devanados de fase 16 del motor 12 por un convertidor de energía 13 bajo el control de la unidad de
Ref. 156373 control electrónica 14. Una de las muchas topologías de convertidor conocidas se muestra en la figura 2, en la cual el devanado de fase 16 de la máquina es conectado en serie con dos dispositivos de conmutación 21 y 22 a través de las barras colectoras 26 y 27. Las barras colectoras 26 y 27 se describen colectivamente como el "enlace de CD" del convertidor. Los diodos de recuperación de energía 23 y 24 están conectados al devanado para permitir que la corriente de devanado fluya de regreso hacia el enlace de CD cuando los interruptores 21 y 22 están abiertos. Un capacitor 25, conocido como el "capacitor de enlace de CD" , está conectado a través de enlace de CD a una fuente o para disipar cualquier componente alterno de la corriente de enlace de CD (es decir, la denominada "corriente ondulatoria") que no puede ser obtenida del suministro o regresada al mismo. En términos prácticos, el capacitor 25 puede comprender varios capacitores conectados en serie y/o paralelo y, en donde se usa conexión en paralelo, algunos de los elementos pueden ser distribuidos en todo el convertidor. Un resistor 28 está conectado en serie con el conmutador inferior 22 para proveer una señal de retroalimentación de corriente. Un sistema de multifase típicamente usa varias "ramas de fase" de la figura 2 conectadas en paralelo para energizar las fases de la máquina eléctrica. El rendimiento de una máquina de reluctancia conmutada depende, en parte, del tiempo preciso de energización de fase con respecto a la posición del rotor. La detección de la posición del rotor convencionalmente se logra mediante el uso de un transductor 15, mostrado esquemáticamente en la figura 1, tal como un disco dentado giratorio montado sobre el rotor de la máquina, que opera conjuntamente con un sensor óptico, magnético u otro sensor montado en el estator. Una señal, v.gr., un tren de pulsos, indicativa de posición de rotor en relación con el estator es generada por el sensor y suministrada al circuito de control, lo que permite una energización de fase precisa. Este sistema es simple y funciona bien en muchas aplicaciones. Sin embargo, el transductor de posición de rotor incrementa el costo global de ensamble, agrega conexiones eléctricas adicionales a la máquina y por lo tanto es una fuente potencial de inseguridad de funcionamiento. Se han propuesto varios métodos de suministro con el transductor de posición de rotor. Algunos de éstos se han revisado en "Sensorless Methods for Determining the Rotor Position of Switched Reluctance Motors" de .F. Ray e I.H. Al-Bahadly, publicada en The Proceedings of The European Power Electronics Conference, Brighton, RU, 13-16 de septiembre de 1993, Vol . 6, pp 7-13, incorporada aquí por referencia . Muchos de estos métodos propuestos para estimación de posición de rotor utilizan la medición de enlace de flujo de fase (es decir, la integral del voltaje aplicado con respecto al tiempo) y la corriente en una o más fases. La posición se calcula mediante el uso del conocimiento de la variación en inductancia de la máquina como una función de ángulo y corriente. Esta característica puede ser almacenada como una tabla de enlace de flujo/ángulo/corriente y es ilustrada gráficamente en la figura 3. El almacenamiento de estos datos es un inconveniente ya que implica el uso de un gran ordenamiento de memoria y/o accesorios de sistema adicionales para la interpolación de datos entre puntos almacenados . Algunos métodos utilizan estos datos a velocidades bajas en donde el control de corriente de "interrupción pulsatoria" es la estrategia de control dominante para variar el par de torsión desarrollado. El control de interrupción pulsatoria se ilustra gráficamente en la figura 4 (a) en la cual las formas de onda de corriente e inductancia se muestran durante un periodo de inductancia de fase. (Nótese que la variación de la inductancia se ilustra en forma idealizada) . Estos métodos generalmente emplean pulsos de diagnóstico en fases no productoras de par de torsión. Un método adecuado para la operación a baja velocidad es el propuesto por N. . Mvungi y J. M. Stephenson en "Accurate Sensorless Rotor Position Detection in an S R Motor", publicada en Proceedings of the European Power Electronics Conference, Firenze, Italia, 1991, Vol . 1 , pp 390-393, incorporada aquí por referencia. Otros métodos operan en el modo de energización de "un solo pulso" a velocidades más altas. Este modo se ilustra en la figura 4 (b) en el cual las formas de ondas de corriente e inductancia se muestran durante un periodo de inductancia de fase. Estos métodos monitorean los voltajes y corrientes operantes de una fase activa sin interferir con el funcionamiento normal. Un método de velocidad más alta típico se describe en la solicitud de patente internacional WO 91/02401, incorporada aquí por referencia. Un inconveniente obvio es tener que almacenar un ordenamiento bidimensional de datos de máquina a fin de operar sin un sensor de posición. Se han propuesto métodos alternativos, que evitan la necesidad de la mayor parte de información angularmente referenciada y en lugar de ello almacenan datos únicamente en un ángulo. Un método de este tipo se describe en la solicitud de patente europea EP-A-0573198 (Ray) , incorporada aquí por referencia. Este método tiene la finalidad de detectar el enlace de flujo de fase y la corriente a un ángulo predefinido al ajustar el punto de diagnóstico de conformidad con la desviación calculada en alejamiento del punto deseado. El enlace de flujo se estima al integrar (con respecto al tiempo) la medición del voltaje aplicado a la fase. Dos tablas unidimensionales se almacenan en la modalidad preferida, un enlace de flujo contra corriente a un ángulo de rotor referenciado y otro del diferencial del enlace de flujo con respecto al ángulo del rotor contra corriente. Al monitorear el voltaje de fase y la corriente, la desviación en alejamiento de un ángulo de referencia predicho se puede evaluar, con la ayuda de los cuadros de búsqueda, y el funcionamiento del sistema se puede ajustar de acuerdo con ello. Se ha mostrado que este método es confiable, siempre que el enlace de flujo se pueda determinar con suficiente precisión siempre que sea requerido por el algoritmo de detección de posición. Para evitar la deriva del integrador de enlace de flujo (debido al ruido no deseado en el sistema e imperfecciones en el integrador) , se fija a cero en el extremo de cada ciclo de conducción, cuando la corriente ha caído a cero y el devanado de fase ya no enlaza a ningún flujo. Este método es un método "predictor/corrector" , en el que inicialmente se predice cuándo el rotor estará en una posición de referencia, se miden los parámetros de la máquina cuando se considera que se ha alcanzado la posición de referencia, y se utilizan los resultados de estas mediciones para detectar error en la predicción y por lo tanto se toma una acción correctiva al adoptar una nueva predicción para la siguiente posición de referencia. Un modo de operación especial de máquinas de reluctancia conmutada es el modo de corriente continua, como se describe en US 5469039 (Ray) y se incorpora aquí por referencia. En este modo, el devanado es reconectado al suministro antes del flujo, y por lo tanto la corriente, ha regresado a cero al final del periodo de retorno de energía. El devanado de fase por lo tanto opera con corriente que fluye continuamente a través de los mismos y siempre están enlazados por el flujo. Este es un modo importante para sistemas que tienen que producir altos niveles de salida de sobrecarga en algunos puntos de su ciclo de operación. Aunque la eficiencia del impulsor cae en este modo, permite que se logren especificaciones que de otra manera requeriría una máquina más grande. Sin embargo, en este modo no hay oportunidad en el ciclo de fase de reiniciar los integradores en algún punto conocido de flujo cero y corriente cero, ya que ese punto no existe. Por lo tanto, es posible aplicar el método descrito en EP-A-0573198. Los intentos para encontrar una solución a este problema han incluido esquemas que permiten que el impulsor opere en un modo de corriente continua excepto cuando el sistema de control juzgue esencial re-estimar la posición, tiempo en el cual el modo de corriente continua sale, la posición es estimada y el impulsor regresa a la corriente continua. Específicamente, esto se puede hacer al correr la máquina en un modo que sea predominantemente de corriente continua pero caiga de nuevo a corriente discontinua en intervalos predeterminados para permitir ganar información de posición. La técnica depende de que la velocidad sea virtualmente constante, lo cual puede ser aproximadamente cierto a velocidades mayores (a las cuales generalmente se emplea corriente continua) . No obstante, una pérdida de par de torsión está asociada con la caída de corriente continua. Un método alternativo es operar cada fase en corriente continua para un número de ciclos dado, es decir, 10, y entonces excitar la fase durante un tiempo más corto en el siguiente ciclo de tal manera que la corriente caiga definitivamente a cero, lo que permite que el integrador sea reiniciado y se haga un estimado preciso del enlace de flujo. Al intercalar este ciclo "corto" con las otras fases que operan en corriente continua, el efecto deletéreo del par de torsión es mitigado. Sin embargo, uno de estos métodos es satisfactorio, ya que la pérdida de par de torsión puede hacer que el rendimiento de la máquina sea inestable y se requieran varios ciclos antes de alcanzar estabilidad nuevamente debido a que la corriente debe acumularse durante un periodo en el modo de corriente continua. Existe la necesidad de un método sin sensores de detección de posición de rotor que pueda funcionar en el modo de corriente continua. Un aspecto de la presente invención está definido en las reivindicaciones de método y aparato independientes anexas. Algunas características preferidas se mencionan en las reivindicaciones dependientes.
Las modalidades proveen detección de posición de rotor muy buena al derivar un valor para el enlace de flujo en un punto en el ciclo de inductancia que es relativamente insensible a error angular, y después rastrear un parámetro indicativo de enlace de flujo (tal como voltaje de fase) al aplicar un voltaje positivo, mediante la derivación de un valor para el enlace de flujo en un punto subsecuente y mediante el uso de un valor correspondiente para la corriente de fase y el enlace de flujo para derivar información de posición del rotor. De conformidad con una modalidad, se provee en la presente un método de detección de posición de rotor en una máquina de reluctancia, que comprende iniciar una integración de un parámetro que representa el voltaje de fase cuando el rotor está en un primer punto predeterminado. En este punto, el integrador puede fijarse a cero o fijarse a un valor que represente el valor del enlace de flujo en el punto. Se deriva un valor para el enlace de flujo asociado con la fase, o por lo menos una fase, de la máquina en el primer punto. Un valor del enlace de flujo de fase en un tercer punto subsecuente de rotor se deriva después y los valores de enlace de flujo derivados se combinan para dar un valor de enlace de flujo en el tercer punto. La posición del rotor después se deriva de la corriente de fase y el valor del enlace de flujo total.
En el momento en que se aplica voltaje positivo a la fase, la corriente en ese momento puede ser sustancialmente cero o diferente de cero. Preferiblemente, el valor del enlace de flujo en el momento en que se aplica voltaje positivo a la fase se deriva de la corriente en ese momento. Por ejemplo, el enlace de flujo en ese momento se deriva de la corriente y los valores almacenados de inductancia para ordenadas de corriente. El método es útil en los modos de corriente discontinuo y continuo de operación de una máquina de reluctancia conmutada. El valor de corriente de fase en el primer punto se puede usar para derivar el valor del enlace de flujo. Cuando la corriente es discontinua, el valor de corriente cero da origen a un valor cero de enlace de flujo. Cuando la corriente es continua, el valor de corriente se puede usar para derivar el enlace de flujo diferente de cero. Preferiblemente, el enlace de flujo en el tercer punto se deriva al integrar el voltaje de fase del primer punto. La posición del rotor se puede derivar de parámetros almacenados que tiene coordenadas de corriente de fase y enlace de flujo. De conformidad con una modalidad particular, previa a un encendido, un integrador de medición de flujo se fija a cero y se pone en modo de integración de voltaje de fase. Entonces, la corriente se mide en el encendido de un devanado de fase y este valor de corriente se usa para indicar una tabla de inductancia. El valor de inductancia provisto por la tabla después se multiplica por la corriente para dar un estimado del enlace de flujo en la fase y por lo tanto un valor de desviación en relación con la salida del integrador. En un punto subsecuente predeterminado, el valor del enlace de flujo provisto por el integrador se agrega al valor de desviación calculado y el total resultante se usa para determinar la posición del rotor. El integrador de medición de flujo preferiblemente es inicializado antes del encendido de una fase, por lo que el cálculo del enlace de flujo se inicia cuando el sistema está en una posición en donde la inductancia no cambia tan rápidamente con el ángulo como en otra parte. Un pequeño error en posición cuando se inicializa el integrador por lo tanto no debe conducir a un error significativo en el enlace de flujo derivado. La técnica también es muy buena en presencia de ruido sobre las formas de onda a partir de las cuales deduce la posición. También de conformidad con la presente invención se provee un método en el cual la posición del rotor se deriva de valores asociados en cada fase en una máquina de polifase. La presente invención provee un método muy bueno y efectivo en cuanto a costos de monitoreo de la posición del rotor sin usar un transductor de posición del rotor mientras es capaz de operar en el modo de un solo pulso con o sin corriente continua. La invención se puede poner en práctica en un número de formas, algunas de las cuales se describirán ahora a manera de ejemplo y con referencia a las figuras anexas en las cuales: la figura 1 es un impulsor de reluctancia conmutada típico de la técnica anterior; la figura 2 muestra una topología conocida de una fase del convertidor de la figura 1 ; la figura 3 muestra curvas típicas de enlace de flujo y corriente de fase, con la posición del rotor como un parámetro; la figura 4 (a) muestra una forma de onda de corriente de motorización típica en el control de interrupción pulsatoria; la figura 4 (b) muestra una forma de onda de corriente de motorización típica en el control de un solo pulso; la figura 5 muestra en forma esquemática un impulsor de reluctancia conmutada en el cual se modaliza una forma de la invención; la figura 6 muestra una forma de onda de corriente continua en el impulsor de la figura 5; la figura 7 muestra formas de onda de enlace de flujo en el impulsor de la figura 5 en el modo de corriente continua;
la figura 8 muestra formas de onda de enlace de flujo en el impulsor de la figura 5 en el modo de corriente discontinua ; la figura 9 es un diagrama de flujo de la modalidad de la figura 5. El ciclo de inductancia de fase de una máquina de reluctancia conmutada es el periodo de variación de inductancia para la fase, o cada fase, por ejemplo entre el máximo cuando los polos del estator y los polos del rotor respectivos pertinentes están alineados en forma completa. La modalidad ilustrativa que se ha de describir utiliza un impulsor de reluctancia conmutada de dos fases en el modo de motorización, pero se podría usar cualquier número de fase de uno hacia adelante, en donde el impulsor está en modo de motorización o generación. La figura 5 muestra un sistema para poner en práctica el método en el cual la invención está modalizada. La figura 6 ilustra gráficamente una forma de onda de corriente continua para el sistema de la figura 5. En este sistema, un convertidor de energía 13 es típicamente el mismo que se muestra en la figura 1, y se han usado números de referencia similares en donde es apropiado. El convertidor 13 controla la máquina de reluctancia conmutada igual que antes. El convertidor 13 como tal es controlado por un controlador 42 que, en esta modalidad, se basa en un procesador de señal digital, v.gr., uno de los dispositivos análogos de la familia 219x. Modalidades alternativas podrían usar un microprocesador u otra forma de dispositivo programable, como se conocen bien en la técnica. La máquina de dos fases ilustrada tiene un estator 30 y un rotor 32. El estator tiene cuatro polos 50, en los cuales están enrollados los devanados de fase 34/36. El rotor tiene polos de rotor 52 y, para ayudar a iniciar la máquina, tiene una cara de polo 54 que define un espacio de aire en escalón con la cara de un polo de estator. Un experto en la técnica entenderá que se podría usar una máquina con un número de fase diferente o combinaciones de polo diferentes, ya que la invención no es específica a ninguna topología de máquina particular. De manera similar, la invención no se restingue a un tipo particular de técnica de control y se puede usar cualquier controlador y convertidor siempre que sea adecuadamente programable. La corriente de fase es detectada por transductores de corriente 38 cada uno de los cuales está dispuesto en relación con uno de los devanados de fase. Las señales de salida indicativas de corriente en cada fase son alimentadas al controlador 42. Una o más tablas de búsqueda 46 que almacenan inductancia de fase para ángulos de rotor también están conectadas con el controlador 42. Aunque se muestra un transductor de corriente para cada fase, una fase o una selección de fases se podrían monitorear para corriente de fase de conformidad con la invención. Modalidades alternativas utilizan un transductor de corriente en el enlace de CD y un conocimiento de esos estados de conmutación en el convertidor de energía para deducir las corrientes de fase individuales. Un integrador 40 ilustrado en el controlador 42 se usa para derivar mediciones de flujo al integrar el voltaje de fase V a través del devanado provisto por un transductor de voltaje 43 asociado con cada fase. Aunque el integrador se muestra como un dispositivo discreto 40, preferiblemente está implementado en el software que corre el procesador 44. Para mayor precisión, la caída de voltaje (iR) a través del devanado se puede factorizar del valor integrado, como se describirá más adelante. Otras modalidades usan un solo transductor de voltaje que detecta el voltaje de enlace de CZD para aproximarse al voltaje de fase, como se describirá más adelante. El método de conformidad con esta invención opera de la siguiente manera. Se supone que la máquina opera en corriente continua y que la posición del rotor se conoce lo suficientemente bien para permitir que el devanado sea energizado. La figura 6 muestra la forma típica de la forma de onda de corriente y también se ha sobrepuesto a la misma el perfil de inductancia idealizado de la figura 4. La figura 7 muestra el flujo asociado con el devanado de fase, en donde v|/a muestra el valor real y ?? el valor registrado por el integrador. El flujo permanente, ?5, que corresponde a la corriente permanente en la figura 6, también está marcado en la figura 7. Para fines de claridad, las formas de onda de flujo se muestran como lineales, mientras que en la práctica probablemente tengan cierta no linealidad introducida por la caída de iR en el devanado y la impedancia del suministro. . En la inductancia mínima (Lmin),o cerca de ésta, por ejemplo en el punto ??, la corriente se mide y se registra, y el integrador de medición de flujo 40 se inicia y se fija para integrar. Puesto que la inductancia de la fase en el ángulo ya se conoce y se almacena en la(s) tabla (s) de búsqueda 46, un conocimiento de la corriente permite que se estime el enlace de flujo real en este ángulo. Este valor, ?0, se almacena como un factor de corrección. Este valor, ?0 representa un factor de desviación entre el valor de enlace de flujo verdadero y el valor de enlace de flujo producido por el integrador. Cabe notar que este cálculo se puede hacer inmediatamente o como una tarea de fondo en el procesador. El integrador de medición de flujo 40 se empieza antes del encendido de una fase, por lo que el cálculo de enlace de flujo se puede iniciar ventajosamente cuando el rotor está en una posición en donde la inductancia no cambia rápidamente. Un pequeño error en posición cuando se calcula el enlace de flujo (es decir ¿¾ +/- un pequeño porcentaje) por lo tanto no conducirá a un error significativo en el enlace de flujo estimado.
A medida que el rotor se mueve desde el punto Lmin, el flujo cae (ya que los interruptores que suministran la fase se abren y la acción de los diodos es tal como para aplicar voltaje de reversa a través de la fase) de modo que la salida del integrador se hace negativa. El rotor continúa en movimiento hasta que se alcanza el punto de encendido del interruptor 9encendido» en donde el enlace de flujo cambia la dirección porque ahora se aplica el voltaje positivo. A medida que el rotor se mueve hacia el punto de apagado del interruptor 9apagado i el integrador continúa su integración, ahora con pendiente positiva, correspondiente al flujo positivo a través del devanado de fase. En Gapagado / el voltaje aplicado se hace negativo y el enlace de flujo, tanto real como estimado, empieza a caer. Esto continúa hasta que se ha estimado que se ha alcanzado una posición de referencia predeterminada 0ref, punto en el cual se registra la corriente y salida del integrador. El flujo real ahora se puede estimar al añadir ?0 como un desviación a la salida del integrador. Este valor, y el de la corriente medida, se pueden comparar con los valores almacenados para la posición de referencia y entonces se evalúa la posición verdadera, como se explicará a continuación con más detalle. Se apreciará que existen diferentes métodos para poner en práctica el proceso anterior, para igualar el efecto. Por ejemplo, el enlace de flujo en ¿¾ se podría calcular inmediatamente que el valor de la corriente esté disponible y que el valor sea precargado al integrador. En este caso, la salida del integrador seguirá la curva real ?3 y no habrá necesidad de añadir un valor de desviación en el punto de referencia 9ref. Esta modalidad sólo requiere que el integrador opere en un cuadrante, en oposición a la operación de dos cuadrantes anteriormente descrita. Aunque la integración del voltaje de fase (o una señal representativa del voltaje de fase) se usa para derivar valores de enlace de flujo, es posible usar otras técnicas, las cuales incluyen detección de enlace de flujo directa que rastrea el flujo en un periodo de inductancia. Los dispositivos típicos que se pueden usar para rastrear el enlace de flujo directamente son detectores de invalidación de flujo y detectores de efecto de Hall. Otras variantes serán evidentes para los expertos en la técnica. La diferencia angular ?T entre la posición del rotor predicha 9m y la posición del rotor de referencia 9ref puede ser calculada por el procesador 44 de la siguiente manera
A fin de determinar la diferencia angular entre la posición predicha (a la cual se hace la medición de flujo y corriente) y la posición de referencia, por lo tanto una característica de esta modalidad es también almacenar en el procesador para la posición de referencia los valores de la derivada parcial 5?/9? (o su inversa (d?/5?) para un conjunto de valores de corriente de fase i. Puesto que se conoce la posición del rotor de referencia 9ref la posición de rotor verdadera en el instante predicho en el tiempo se puede calcular a partir de ?T como em=erer+AG (2)
El tiempo esperado para la siguiente posición del rotor se puede estimar entonces mediante el uso del valor conocido de la velocidad del motor. Bajo condiciones de aceleración o desaceleración, puede ser necesario hacer el estimado de corrección. Si únicamente se usa una fase para medición, la siguiente posición de referencia del rotor será después de la rotación de (360/p)° -?? y, al dividir este ángulo entre la velocidad, se puede estimar el tiempo requerido para alcanzar esta posición. Si todas las fases se usan para medición, la siguiente posición de referencia del rotor será aquella para la fase 2 (o cualquiera que sea la siguiente fase en la secuencia) . Para un motor de n-fase con p polos de rotor, el ángulo de rotación a esta posición será (360/np) 0 -?? y, al dividir este ángulo entre la velocidad, se puede estimar el tiempo requerido para alcanzar esta siguiente posición. El tiempo predicho para la siguiente posición de referencia entonces se cuenta mediante el uso de un reloj de alta frecuencia (no mostrado) por medios conocidos y en el instante en que ha transcurrido ese tiempo se hace una medición adicional de flujo ??? y corriente im para la fase correspondiente. Debido a los cambios en velocidad, y tolerancias en datos almacenados y cálculos, la posición predicha (m no será idéntica a la posición de referencia (ref. La diferencia angular (ref - (m nuevamente se puede calcular mediante el uso de las ecuaciones (1) y (2) y el procedimiento anteriormente delineado. Un diagrama de flujo que describe la modalidad de la invención, tal como es implementada por el controlador 44, se muestra en la figura 9. En el paso 91, el estimado de la posición del rotor se monitorea y en el paso 92 se realiza una prueba para determinar si el rotor ha alcanzado Lmin, por ejemplo al monitorear un contador en incremento que representa la posición angular. Si no se ha alcanzado Lmin, el control regresa al paso 90. Cuando se alcanza Lmin, el control pasa al paso 90 en donde el integrador 40 es iniciado, la corriente de fase en el inicio de la integración de la señal que representa el voltaje de fase se registra, y el valor del desviación de enlace de flujo ?a se calcula a partir de la corriente y el valor de inductancia a partir de la tabla de búsqueda y se almacena. En el paso 94, la posición del rotor se monitorea hasta que el rotor alcanza el estimado del ángulo de referencia. Cuando se evalúa que se ha alcanzado este ángulo, el paso 95 registra la salida del integrador 40 y la corriente del transductor 38 para la fase. El enlace de flujo total se calcula en el paso 96 mediante el uso de la salida del integrador y el valor almacenado de desviación, como se describió antes. En el paso 97, la posición ahora se estima mediante el uso de la corriente medida y el valor recién calculado del enlace de flujo total. Esta posición ahora se usa como el mejor estimado de corriente y el control ahora regresa al inicio de la rutina listo para otro ciclo de inductancia de fase. Los expertos en la técnica apreciarán que el procedimiento anteriormente descrito se puede poner en práctica al monitorear las cantidades asociadas con una fase únicamente y ángulos de interrupción para esta y otras fases entonces se pueden interpolar. Alternativamente, un proceso similar se puede poner en operación en paralelo para cada fase, o las cantidades a partir de varias fases se pueden intercalar en un solo proceso para incrementar la velocidad a la cual se hace disponible la información.
El proceso de predecir posiciones de rotor en una base de fase por fase y la medición de la posición del rotor verdadera en cada instante de medición se repite para proveer una indicación de incremento de la posición del rotor como un reemplazo directo para detectores de posición de rotor ópticos o electromagnéticos existentes. El procedimiento para el caso de operación de un solo pulso bajo condiciones de regeneración es el mismo que se describió antes excepto que los valores de <5?/d? serán negativos (más que positivos) para la posición de rotor de referencia típica correspondiente. Se pueden usar varios ordenamientos para obtener el valor del flujo. Se puede medir por cualquier forma conocida de transductor de flujo, v.gr., un dispositivo de efecto de Hall. Sin embargo, es preferible estimar el valor por medio de integradores reiniciables electrónicos análogos o digitales (que integran el voltaje de fase con respecto al tiempo t) , junto con medios para compensar la caída de voltaje resistiva en el devanado de fase. El integrador ejecuta la ecuación:
? en donde: v es el voltaje de fase i es la corriente de fase R es la resistencia de fase tm es el instante de medición.
El tiempo de inicio del integrador t0 está ordenado para ser un punto ?± en o aproximadamente Lmin, o algún otro punto adecuado, como se describe más adelante. El procesador digital es informado de este punto por medio del controlador electrónico mediante el uso de una interfaz de control (no mostrada) . El integrador es reiniciado por el procesador digital inmediatamente antes de que empiece la integración. - En aplicaciones para las cuales el voltaje de fuente directa V es relativamente grande en comparación con la caída de voltaje a través de los interruptores del semiconductor en el convertidor de energía, el voltaje de fuente directa se puede medir e integrar en lugar de voltajes de fase individuales. Esto tiene la ventaja de que sólo un voltaje necesita medirse y es el método preferido para sistemas de alto voltaje en donde el costo de aislamiento del transductor de voltaje es significativo. Después se mide el flujo como: <m ? = J (V-iR)dt (4) ? Como una alternativa para usar integradores electrónicos separados, el procesador digital se puede usar al multiplicar el voltaje de suministro directo (o fase) por el tiempo sobre una base de paso por paso. Aunque esto tiene el inconveniente de que el procesador digital está sustancialmente ocupado y puede necesitar ser una unidad separada, elimina la necesidad de uno o más integradores de hardware.
Sin embargo, siempre que el voltaje de suministro sea sustancialmente constante y grande en comparación con el voltaje resistivo iR, se pueden hacer varias aproximaciones. Por ejemplo: ?p? = (V - kimR) (tm - t0) (5) en donde k es una constante, típicamente k = 0.5, tal que:
Como una modalidad adicional, en el caso en donde el voltaje de suministro V es relativamente grande en comparación con el voltaje resistivo iR, la necesidad de compensar la caída de voltaje resistiva se puede evitar al usar un valor modificado para el flujo en los datos almacenados o al ignorar iR en conjunto. En este caso, los valores de enlace de flujo de fase ? para la corriente particular i y la posición de rotor particular T almacenada en el procesador digital son reemplazados por valores de la segunda integral de voltaje ?' requerida para crear la corriente de fase i para la posición del rotor T dada por
Al probar la máquina para establecer la tabla de valores de ?' y 5?/5?, v por conveniencia puede mantenerse constante (siempre que v sea relativamente grande) y preferiblemente igual al voltaje de suministro. El procedimiento de medición de posición de rotor es el mismo que el que se describió en esta solicitud excepto que el flujo medido \|/m y el flujo esperado ?? y la derivada parcial (dd/??) son reemplazados por ?' G?, ?' e y (ß?/??µ' ) respectivamente, en donde ?'e y (3?/&|/' ) se obtienen como se describe a partir de los datos almacenados representados en la figura 5 y en donde el flujo \|½' se mide como ??p' = V (tm - t0) ( 6 ) Las ecuaciones ( 3 ) , ( 4 ) , ( 5 ) y ( 6 ) representan diferentes métodos de evaluación del enlace de flujo de fase para el propósito de identificar la posición del rotor y estas representan diferentes implementaciones de la técnica. Las diversas modalidades anteriormente descritas se basan todas en la medición del flujo vj/m y corriente im en una posición de rotor predicha, la búsqueda del flujo esperado ?e para la corriente medida im correspondiente a la posición de rotor de referencia, y el cálculo de la diferencia ?T entre la posición del rotor de referencia y la posición del rotor predicha de conformidad con la ecuación:
Esta modalidad de la invención es particularmente ventajosa en cuanto que funciona igualmente bien cuando la corriente de fase es discontinua , es decir , en el modo de un solo pulso convencional . Esto se ilustra gráf icamente en la f igura 8 . El integrador simplemente sigue la forma de la forma de onda del fluj o discontinua , lo que permite que se pueda usar el mismo código de programa en el controlador 42 tanto para corriente discontinua como continua. El método anteriormente descrito provee una forma simple pero efectiva de combinar la operación de corriente continua con detección de posición sin sensores, sin ninguna degradación indeseable en el rendimiento de la máquina . La elección de la posición de referencia se dej a al diseñador de cualquier sistema particular, pero para sistemas de tres fases convenientemente se toma como una sexta parte de un ciclo eléctrico en alejamiento de Lt-áx, sobre la curva de inductancia en caída para onitoreo y sobre el incremento de inductancia para generación. Estas posiciones coinciden con L„,in para la fase previa . Puesto que en una implementación basada en microprocesador se sabe que el tiempo es muy preciso , puede ser conveniente promediar el voltaj e aplicado y usar este valor en las ecuaciones anteriormente dadas . Esto puede producir ahorros útiles en el sistema de control al permitir que se use una constante y no una cantidad variable dentro de un ciclo de integración . Por lo tanto , el procedimiento de integración se puede reducir a una simple multiplicación de la constante por el tiempo transcurrido . En esta modalidad, se debe tener conocimiento de los estados de interrupción para determinar si el enlace de flujo está en incremento o disminución y el signo apropiado se puede asignar al integrando . Las descripciones anteriores han tomado el punto de medición inicial para que esté en una posición cercana al valor de inductancia mínimo del devanado de fase , ya que muchas máquinas tienen una región relativamente amplia de inductancia lentamente variable en el mismo. Sin embargo, si la geometría de la máquina es tal que produce un perfil de inductancia con un Lt-jn estrecho, puede ser más conveniente empezar la integración a partir de L^. En ambos casos, se tiene la ventaja de insensibilidad relativa de la inductancia con la posición del rotor, lo que permite una evaluación más precisa del enlace de fluj o . Una modalidad adicional de la invención se puede usar para corregir el valor de resistencia de un devanado de fase usado en la integración descrita por la ecuación 3. Si se deja que el integrador continúe la integración más allá del punto de referencia hasta la siguiente posición del rotor £¾., entonces ahora están disponibles dos valores para el enlace de flujo: uno dado por la corriente medida y la tabla de búsqueda 46; y uno dado por la salida del integrador 40 (corregido en donde se requiere para cualquier desviación) . Si estos valores no coinciden dentro de una tolerancia predeterminada , el error se puede adscribir a una variación en el valor real de R, la resistencia del devanado de fase . Una corrección adecuada entonces se puede hacer por cualquiera de los muchos algoritmos de corrección conocidos en la técnica y el valor corregido de R se puede usar en integraciones subsecuentes . Por lo tanto , un impulsor de reluctancia conmutada se controla sin usar un transductor físico para detectar la posición del rotor. El método funciona muy bien independientemente de si la corriente es continua o discontinua . Un experto en la técnica apreciará que son posibles variaciones de los ordenamientos descritos sin apartarse de la invención, particularmente en los detalles de la implementación del algoritmo en el controlador . También, el diagnóstico sobre el cual se basa la detección de la posición del rotor se podría llevar a cabo sólo en una fase de una máquina de poli fase . Por consiguiente, la descripción anterior de algunas modalidades se hace a manera de ejemplo y no para los propósitos de limitación. Estará claro para un experto en la técnica que se pueden hacer modificaciones mínimas al circuito impulsor sin cambios significativos a la operación descrita anteriormente. Por ejemplo, el método se puede aplicar a máquinas lineales así como giratorias . Se pretende que la presente invención esté limitada únicamente por el alcance de las siguientes reivindicaciones. Se hace constar que con relación a esta fecha , el mej or método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención .