SE456208B - Sett och anordning for reglering av en elektrisk motors hastighet och vridmoment - Google Patents

Description

456 zøs fp känt att utnyttja reglerkretsar i vilka signalförhållandet och fältstyrkan varieras automatiskt för att undvika över- belastning av motorn eller ökning av motorhastigheten har dessa styrkretsar ej direkt satt regleringen av signalför- hållandet i samband med fältstyrkan bortsett från i begrän- sande förhållanden. Såsom ett exempel på ett sådant begrän- sande förhållande uppträder i kretsen enligt det brittiska patentet 1 136 253 fältförsvagning, då signalförhållandet når sitt maximum och en ytterligare ökning av hastigheten beordras.

Det har blivit alltmer betydelsefullt att förbättra effektiviteten hos elektriska system, speciellt de för moto- rer drivna av batterier. Man har nu insett, att effektförlus- ter i sådana system till viss del beror på förhållandet mel- lan signalförhållandet och fältstyrkan. Detta beror på att effektförlusterna i fältet ökar relativt snabbt med ökningar av fältstyrkan, medan effektförluster till följd av att batteri- och motorresistanser minskar relativt gradvis med ökningar av fältstyrkan. För en given önskad motoruteffekt kan ett omrâde av signalförhållanden relativt fältstyrkan väljas. Genom att välja ett förhållande som minimerar effekt- förlusterna kan effektiviteten i systemet ökas.

I enlighet med föreliggande uppfinning âstadkommes ett sätt för reglering av matningen av en elektrisk motor, vid vilket strömpulser tillföres motorn från en effektkälla, varvid såväl signalförhållandet för pulserna som motorns fältstyrka regleras för bestämning av motorns hastighet och vridmoment. Sättet karakteriseras av att man avkänner motor- hastigheten och det vridmoment man önskar att motorn skall utveckla vid denna hastighet, att man bestämmer såväl den motorfältstyrka som det signalförhâllande för pulserna som krävs för åstadkommande av det önskade vridmomentet vid nämnda avkända hastighet, så att effektförlusterna hos såväl effektkällan som motorn minimeras, och att såväl motorns fältstyrka som pulsernas signalförhâllande regleras i be- roende av den bestämda informationen. _ Uppfinningen avser även en anordning för reglering av matningen av en elektrisk motor, vilken anordning innefattar 456 208 organ för tillförande av strömpulser till motorn från en effektkälla och reglerorgan för reglering av såväl pulser- nas signalförhâllande som motorns fältstyrka för att bestämma motorns hastighet och vridmoment. Anordningen karakteriseras av att den innefattar organ för avkänning av motorhastigheten, organ för avkänning av det vridmoment man önskar att motorn skall utveckla vid denna hastighet, organ för bestämning av såväl pulsernas signalförhållande som den motorfältstyrka som krävs för âstadkommande av det önskade vridmomentet vid nämnda avkända hastighet, så att såväl motorns som effekt- källans effektförluster minimeras, och organ för att bringa nämnda reglerorgan att reglera såväl motorns fältstyrka som pulsernas signalförhållande i beroende av den bestämda infor- mationen.' Företrädesvis övervakas kraven pâ motorhastighet och -vridmoment vid i förväg bestämda intervall för att möjliggöra periodisk justering av signalförhàllandet och fältstyrkan. En mikroprocessor kan vara anordnad för att bestämma det mest effektiva signalförhållandet i förhållande till fältstyrkan.

Mikroprocessorn kan vara programmerad för att beräkna den er- forderliga informationen från den härledda motorhastigheten och vridmomentsinformationen och med kännedom om motorns kända karakteristikor. Alternativt kan mikroprocessorn vara program- merad att utläsa tidigare beräknad information lagrad i ett minne, varvid varje minnesadress motsvarar ett speciellt krav på motorhastighet och vridmoment.

En utföringsform av uppfinningen kommer nu att beskri- vas såsom exempel under hänvisning till bifogade ritningar.

Fig. 1 är ett schema över en reglerkrets för en elek- trisk seriemotor enligt en utföringsform av uppfinningen.

.Fig. 2 illustrerar kurvor representativa för variatio- nen i förhållande till tiden för hastigheten hos motorn enligt fig. 1, för en serie olika accelerationspedallägen.

Fig. 3 illustrerar kurvor representativa för den varia- tion i förhållande till fältstyrkan av effektförlusterna för motorn enligt fig. 1, som erhålles till följd av olika faktorer. 456 208 Fig. 4 illustrerar schematiskt en fältförsvagande krets, som kan utnyttjas vid olika utföringsformer av uppfinningen.

Den i fig. l illustrerade kretsen innefattar en serie- motor med ett ankare 1 och en fältlindning 2 inkopplade över ett batteri 3. En likspänningsomkopplare 4 i serie med motorn styrs, så att den antingen är tillslagen eller frånslagen, av pulser från en styrenhet 5. En fältförsvagande krets 6 kan styras av styrenheten 5 för att avleda ström som passerar ge- nom motorankaret bort från fältlindningen 2.

Styrenheten 5 är mottaglig för utsignalen från en av operatören styrd accelerationspedal 7, vars utsignal beordrar ett motorutgångsvridmoment, som minskar med ökande hastighet, och för utsignalen från en takometer 8. Styrenheten 5 är även förbunden med ett programmerbart läsminne 9, såsom kommer att beskrivas nedan.

Kännedom om motorhastigheten gör det möjligt att be- stämma motorns vridmoment. Styrenheten 5 bestämmer fältstyrkan och signalförhållandet.

Minnet 9 innehåller i förväg beräknad information av- seende det mest effektiva signalförhållandet relativt fält- styrka för olika motorhastigheter och vridmomentkrav. Härled- ningen av denna information beskrivs nedan. Exempelvis kan accelerationspedalen 7 vara inrättad att avge vilken som helst av tio ordersignaler beroende pâ pedalens läge och motorhastig- heten kan vara uppdelade i tio områden. Minnet kommer därvid att vara försett med 100.000 adresser, var och en motsvarande ett förhållande mellan pedalläge och hastighetsomrâde.

Styrenheten 5 innefattar en mikroprocessor som bestämmer vilket av de tio blocken i minnet som indikeras av accelera- tionspedalen. Mikroprocessorn är inrättad att periodiskt mäta motörhastigheten från utgångsdetektorn 8 och att uttaga den information som innehålls i minnesadressen avseende det be- stämda hastighets- och vridmomentskravet och att styra omkopp- laren 4 och den fältförsvarande kretsen 6 i överensfifimmelse med den uttagna informationen.

I fig. 2 visas en kurva avseende hastighet i förhållan- 4: r 456 208 5 de till tid för motorn enligt fig. l. Den heldragna linjen 10 indikerar motorns uppträdande från vila med en första kon- stant accelerationspedalutsignal, medan de streckade linjerna ll och l2 visar motorns uppträdande för tvâ andra lägen för accelerationspedalen. Gradienten hos kurvorna representerar accelerationen. I praktiken kommer givetvis accelerations- pedalen ofta att röras under en driftsekvens, men vid varje givet tillfälle kan, om hastigheten och pedalläget är kända, accelerationskravet härledas från gradienten hos den kurva som motsvarar pedalläget vid denna hastighet. Utsignalen från accelerationspedalen representerar således ett krav på accele- ration eller motoruteffekt P, som är lika med vridmoment T multiplicerat med hastigheten S, dvs.

P = T-S (l) Effektutsignalen är lika med motorns ankarlindnings- ström Ia multiplicerad med ankarspänningen Va. Va är lika med den konstanta batterispänningen Vb multiplicerad med signal- förhållandet D, dvs.

D~Vb'Ia = T-S (2) För ett givet läge för acceleratoinspedalen och med hastigheten TS konstant, vilket den måste vara eftersom motorn annars ej skulle uppfylla de prestandakrav som ställs på denna.

Således är: Vb~D'Ia = konstant (3) D kan varieras genom lämplig styrning av omkopplaren 4.

Ia kan varieras genom lämplig styrning av den fältförsvagande kretsen 6. Således kan omkopplaren 4 och kretsen 6 styras för erhållande av maximal effektivitet med bibehållande av önskad motorprestanda.

Effektförlusterna P till följd av batteriresistanser Rb och motorresistansen Rm är proportionella mot kvadraten på strömmen. Strömmen flyter genom motorn kontinuerligt via "fri- hjulsdioden" enligt fig. l, men flyter endast genom batteriet då omkopplaren 4 är tillkopplad. Således blir: Pr = Iš (Rmflnnb) (4) Effektförluster PE till följd av motorfältet är be- f.)- 456 208 - 6 roende av motorkonstanterna men är enligt en första approxima- tion proportionella mot amperevarvtalet A i kvadrat. Således blir: Pf = konstant-A2 (5) Värdet för uttrycket (5) ökar relativt snabbt med ök- ningar i fältströmmen för en bestämd umffëdrignal.. Värdet för uttrycket (4) minskar snabbt tills mätüüng har uppnåtts. Den minskar därefter relativt sakta med ökningar av fältströmmen vid en fast uteffekt.

I fig. 3 representerar kurvorna 13 och 14 effektför- lustens variation i förhållande till fältstyrkan uttryckt så- som amperevarvtal till följd av motorfältet och till följd av batteri- och motorresistanser för en given beordrad uteffekt och hastighet. Kurva 15 representerar summan av kurvorna 13 och 14. _ Det framgår att kurva 15 definierar en minimieffektför- lust vid en mellanliggande fältstyrka Fi. Följaktligen skall för den beordrade uteffekten och hastigheten fältstyrkan in- ställas till Fi och signalförhållandet inställas på den nivå Ds, som är lämplig för den beordrade uteffekten. Således kom- mer med referens till fig. l minnesadressen avseende den hastighet och uteffekt till vilken fig. 3 hänför sig att innehålla följande information: Inställ fältstyrkan till Fi och signalförhållandet till DS. Styrenheten utnyttjar sedan denna information för åstadkommande av den önskade maximala funktionseffektiviteten.

I fig. 4 visas ytterligare ett schema över en del av kretsen enligt fig. 1 med komponenterna 4 och 6 visade mer detaljerat.

Omkopplaren 4 innefattar en tyristor, vars styrelektrod mottar styrpulser på känt sätt. Den styrpulsgenererande kret- sen kan exempelvis vara av det slag som beskrivs i det amerikanska patentet 3 914 671.

Den fältförsvagande kretsen innefattar en transistor 16 i serie med ett motstånd l7. Basen hos transistorn mottar en serie pulser, så att transistorn alternerar mellan fullt ledande och fullt frånslaget tillstånd. Medelimpedansen för 14 '_ 456 208 - v den fältförsvagande kretsen innefattande transistorn 16 och motståndet 17 kan styras ned till ett minimum som definieras av resistansen hos motståndet 17 genom styrning av signalför- hållandet för pulserna som pålägges basen hos transistorn 16.

Enligt den ovan beskrivna utföringsformen arbetar sy- stemet genom mätning av hastigheten, undersökning-av kurvan avseende hastighet relativt tid som bestäms av det läge till vilket den första pedalen har nedtryckts, bestämning av det vridmoment som är lämpligt för hastigheten och pedalläget från denna kurva, och val av lämpligt signalförhållande och fältstyrka. Andra operationssekvenser är givetvis möjliga.

Exempelvis är det möjligt att direkt mäta vridmomentet, stu- dera en kurva avseende vridmoment relativt tid vald av det läge till vilket den första pedalen har nedtryckts (integra- len av denna kurva är lika med hastigheten), bestämma hastig- heten från kurvan, och välja lämpligt signalförhållande och fältstyrka.

Den utföringsform av uppfinningen som har beskrivits innefattar en seriemotor, i vilken en krets är anordnad för styrning av fältstyrkan genom avledning av ström bort från seriefältet och för styrning av ankarströmmen genom justering av signalförhållandet för strömpulserna som tillföres motorn.

Uppfinningen är emellertid lika väl tillämpbar vid shuntmo- torer, i vilka fältlindningen matas separat, varvid ankar- och fältströmmarna styrs separat av respektive kretsar för styrning av signalförhållandet för strömpulserna som tillföres dessa. Dessutom kan uppfinningen tillämpas på kompoundmotorer, som innefattar både serie- och separat matade fältlindningar.

I detta fall kan en reglering av fältet åstadkommas helt en- kelt genom lämplig styrning av de separat matade lindningarna och=det antages att ett sådant arrangemang skulle visa sig vara det næst effektiva.

Claims (6)

456 208 PATENTKRAV

1. Sätt för reglering av matningen av en elektrisk motor, vid vilket strömpulser tillföres motorn från en effektkälla, varvid såväl signalförhâllandet för pulserna som motorns fältstyrka regleras för bestämning av motorns hastighet och vridmoment, k ä n n e t e c k n a t a v att man avkänner motorhastigheten och det vridmoment man önskar att motorn skall utveckla vid denna hastighet, att man bestämmer såväl den motorfältstyrka som det signalför- hållande för pulserna som krävs för åstadkommande av det önskade vridmomentet vid nämnda avkända hastighet, så att effektförlusterna hos såväl effektkällan som motorn minime- ras, och att såväl motorns fältstyrka som pulsernas signal- förhållande regleras i beroende av den bestämda informa- tionen.

2. Anordning för reglering av matningen av en elektrisk motor Ü,2) innefattande organ (4) för tillförande av ström- pulser till motorn från en effektkälla (3) och organ (5) för reglering av såväl pulsernas signalförhållande som motorns fältstyrka för bestämning av motorns hastighet och vridmoment, k ä n n e t e c k n a d a v att den inne- fattar organ (8) för avkänning av motorhastigheten, organ för avkänning av det vridmoment man önskar att motorn (1, 2) skall utveckla vid denna hastighet, organ för bestämning av såväl pulsernas signalförhållande som den motorfältstyrka som krävs för åstadkommande av det önskade vridmomentet vid nämnda avkända hastighet, så att såväl motorns (1,2) som effektkällans (3) effektförluster minimeras, och organ för att bringa nämnda reglerorgan (5) att reglera såväl motorns fäktstyrka som pulsernas signalförhållande i beroende av den bestämda informationen.

3. Anordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d a v att den innefattar organ (8, 5) för övervakning av motorhastigheten och önskat vridmoment med bestämda inter- 456 208 vall_och organ (4) inrättade att i beroende av nämnda övervakningsorgan utföra periodiska justeringar av pulser- nas signalförhållande och fältstyrkan.

4. Anordning enligt krav 2 eller 3, k ä n n e t e c k - n a d a v en mikroprocessor (5) för bestämning av det mest effektiva signalförhållandet relativt fältstyrkan.

5. Anordning enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d a v att mikroprocessorn (5) är programmerad för att be- räkna erforderlig information från den avkända motorhastig- heten och det önskade vridmomentet och med kännedom om bestämda motorkarakteristika.

6. Anordning enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d a v att mikroprocessorn (5) är programmerad för utläsning av tidigare beräknad information lagrad i ett-minne (9), varvid varje minnesadress motsvarar en speciell motorhastig- het och ett speciellt vridmomentkrav.