SE464213B - Foerfarande och anordning foer sensorfri styrning av en eluktansmotor - Google Patents

Description

1. frekvens och/eller amplitud mäts hos en oscillator som är kopplad till lindningen på respektive statorpolpar (US-A 4 520 302) eller att 2. strömderivatan i lindningen mäts vid en pålagd spän- ningspuls (SE-B 8604308-0) eller att 3. det magnetiska flödet beräknas ur pàlagd spänning divi- derad med uppmätt Ström (SE-B 8604307-2).

Samtliga dessa lösningar mäter i princip induktansen eller den differentiella induktansen i en fas, vilket upp- mätta värde sedan jämförs med ett gränsvärde för kommutering.

De kända lösningarna fungerar dåligt eller icke alls då reluktansmotorer drivs med högt varvtal eller stor belast- ning. Vid stor belastning gär motorn i mättning, dvs induk- tansen förändras pà grund av att strömstyrkan ändras. Olika varianter av strömkompensering har provats med varierande framgång. Sådan strömkompensering innebär dock en kompli- cering av kretsuppbyggnaden. 4 Redogörelse för uppfinningen ändamålet med den föreliggande uppfinningen är därför att med relativt enkla medel åstadkomma ett förfarande och en anordning för sensorfri styrning av kommuteringen i reluktansmotorer, där bristerna hos och nackdelarna med ovan relaterade kända förfaranden undanröjes. Detta uppnås genom att man, till skillnad från de kända anordningarnas bestämning av induktansen,enligt den föreliggande upp- finningen endast bestämmer det aktuella magnetiska flödet, som jämföres med ett flödesvärde som är en förutbestämd olinjär funktion av strömmen.

Den föreliggande uppfinningen utnyttjar det faktum att reluktansmotorn för varje vinkelläge uppvisar ett bestämt olinjärt förhållande mellan det magnetiska flödet och ström- men i statorpolparets lindningar. Det visar sig nämligen att flödet är en monotont växande funktion av strömmen.

Genom att sampla spänning och ström i kraftstegen för motorns spollindningar kan för varje samplingsintervall det aktuella magnetiska flödet wm beräknas enligt förnaiianaet Wm =Iat. Det ernaiina aktuella värdet jämförs med en förutbestämd olinjär funktion av strömmen, vilken utgör motorns flöde som funktion av ström vid en given vinkel. Denna vinkel är den vinkel där kommuterings- signal önskas. När det aktuella värdet pä flödet Wm är lika med eller passerar det värde som bestämmes av den förutbe- stämda funktionen av strömmen W(i) utlöses en kommuterings- signal.

Föredragen utföringsform Förfarandet för sensorfri styrning av en reluktansmotor enligt uppfinningen kommer att beskrivas mer i detalj nedan under hänvisninghtill en föredragen utföringsform av en an- ordning för genomförande av förfarandet, vilken anordning áskàdliggörs pà bifogade ritningar, där fig. la visar ett diagram över det grundläggande för- hàllandet mellan magnetiskt flöde och ström i en reluktans- motor, fig. lb visar funktionen W(i) för en kommuterings- vinkel GK, fig. 1c visar beräknat flöde Wm i en fas under motorns drift, varvid vinkeln 6 varierar och tidsförloppet indi- keras med pilarna t, fig. 1d visar diagrammen enligt fig. lb och 1c över- lagrade varandra, varvid skärningspunkten 6=6K mellan kurvan Wm för beräknat flöde i drift och kurvan W(i) för tabelle- rade värden utvisar det läge där kommuteringssignal önskas, fig. 2 visar ett principschema för strömmatningen av statorlindningarna i reluktansmotorn enligt den föreligg- ande uppfinningen och fig. 3 visar ett blockscnema för styrkretsen till strömmatningsanordningen enligt fig. 2.

I fig. la äterges ett diagram över det olinjära för- hållande som ràder i en reluktansmotor mellan det magnetiska flödet¶¶, och strömmen i för en fas vid olika vinkellägen för motorns rotor. Sàsom framgär av diagrammet är det magnetiska flödet en monotont växande funktion av strömmen för varje vinkelläge. För en reluktansmotor med dubbelt utpraglade poler är den ömsesidiga reluktansen mellan pol- erna normalt försumbar. Man kan därvid betrakta flöde och ström i en fas utan att ta hänsyn till övriga faser.

I det följande skall uppfinningen utan att vara be- gränsad därtill, beskrivas i samband med en reluktansmotor med utpräglade poler som innefattar en fyrpolig stator och en tväpolig rotor. Statorns pollindningar är därvid parvis hopkopplade och rotorns poler är anordnade diametralt mot- ställda varandra. I en sådan 4/2-polig reluktansmotor akti- veras statorpolerna parvis tvâ gàgner per varv. Varje fas aktiveras under ett vinkelintervall dä den ger positivt moment. För att styra fasernas till- och frànslag användes normalt rotorpositionsgivare. Rotorpositionsgivaren ger en kommuteringssignal som användes av styrningen för att ge motorn drivpulser. Drivpulserna är därvid synkroniserade med, men icke nödvändigtvis identiska med givarens kommuterings- signal. Med kommuteringssignal menas alltsa här en signal som kommuteringen är refererad till, ej någon signal som ger en direkt kommutering. Vid den föreliggande uppfinningen skapas kommuteringssignalen ej av en rotorpositionsgivare utan i stället av en jämförelse,fig. ld, mellan det aktu- ella värdet för det magnetiska flödet Wm, fig. 1c,och en given funktion Y(i) av den momentana strömmen, fig. lb.

Fig. 2 visar ett principsschema för strömmatningen av statorlindningarna i en tvàfasig reluktansmotor. Varje lindningsanslutning H10, H11, H12, H13 är tilldelad ett kraftsteg 1, 2, 3 resp. 4. Eftersom statorlindningarna är parvis kopplade samverkar även kraftstegen. Kraftstegen 1 och 2 hänför sig till den ena fasen med anslutningarna H10, H11 medan kraftstegen 3 och 4 hänför sig till den andra fasen med anslutningarna H12, H13.

Kraftstegen 1 - 4 spänningsmatas fràn motorns ström- källa U. Varje kraftsteg 1 - 4 omfattar ett med dubbla transistorer T1, T2 utformat drivsteg samt en aktiverings- transistor T3. Drivstegets T1, T2 utgång är ansluten till respektive lindningsanslutning H10 - H13 medan dess ingång styrs av aktiveringstransistorn T3, vars bas är avsedd att matas med kommuteringssignaler inmatade pa respektive in- gàng P15 - P18, som är ansluten till aktiveringstransistorns T3 bas.

Vid den föredragna utföringsformen av den föreliggande uppfinningen samplas kraftstegens momentana spännings- och strömvärden. Sålunda sker spänningssampling över en spän- ningsdelare Rl, R2 inkopplad över strömkällan U, varvid den samplade spänningen u uttages pá klämman P7. Den samp- lade strömmen uttags pà klämman P8 i form av ett spännings- värde R.i, där R utgör summaresistansen för aktuell pol- lindning och aktuellt kraftsteg.

De på klämmorna P7, P8, uttagna samplingsvärdena matas till inklämmorna med samma beteckningar i en styrkrets, vars blockschema visas i fig. 3. Styrkretsen omfattar en mikroprocessor 5, till vilken ett minne 6 och en analog/digi- talomvandlare 7 är anslutna. I minnet 6 är förutbestämda värden W(i) pà det magnetiska flödet som funktion av strömmen lagrade i tabellform för rotorpolernas olika vinkellägen där kommuteringssignal skall avges. Mikroprocessorn 5 uppvisar en styrutgàng P15 - P18 för varje kraftsteg 1, 2, 3 och 4, vilkas styringàngar givits samma hänvisningsbeteck- ningar i fig. 2.

Vid reluktansmotorns drift är i det exemplifierande fallet med en tvàfasig motortyp såsom antytts ovan, stator- polparets kraftsteg 1, 2 och 3, 4 växelvis aktiverade. För varje drivpuls samplar mikroprocessorn 5 periodiskt spän- ningen U (klämman P7) och strömmen i (klämman P8), vilkas värden inmatas i mikroprocessorn 5. Därav bildas funktionen AW = At, U när bada kraftstegen leder, u = 0 när enbart ett av kraftstegen leder, där U u = -U när icke något av kraftstegen leder, R = resistansen i lindningen plus kraftsteget och At = det tidsintervall under vilketAW'beräknas.

Genom aaaering av AW :iii det tidigare fiöaesvärdet er- hålles det aktuella värdet Wm för det magnetiska flödet.

Vid vörjan av varje drivpuls är Wm = 0. Det aktuella flödesvärdet Wm jämförs med tabellerat värde (i) i minnet 6. Om värdet Wm därvid är lika med eller passerat värdet W(i) utlöser mikroprocessorn 5 kommuteringssignaler. Denna kommuteringssignal erhålles sålunda vid ett bestämt vinkel- läge för varje puls. Mikroprocessorn 5 använder sedan denna m, signal som om den vore en signal från en extern rotorposi- tionsgivare. Förutom att genereringen av kommuteringssig- nal sker utan givare så fungerar styrningen på samma sätt som en styrning med givare. Detta kan ske på många olika sätt, såsom är känt från litteraturen, se exempelvis T.J.E. Miller: "Switched Reluctance Motor Drives", Ventura, California 1988. Vilket sätt som väljes påverkar ej gene- reringen av kommuteringssignal enligt den föreliggande upp- finningen.

Med anordningen enligt uppfinningen möjliggörs sålunda med enkla medel ett förfarande för sensorfri styrning av reluktansmotorer. Såsom redan angivits ovan har principupp- byggnaden av 4/2-polig motor använts i enbart åskådlig- görande syfte och uppfinningen får ej anses vara begränsad därtill. Det valda utförandet är ej heller begränsat till transistoriserad reglerteknik även om denna är den för när- varande mest fördelaktiga.

Claims (6)

PATENTKRAV

1. Förfarande för sensorfri styrning av en reluktans- motor i beroende av uppmätta värden 1 reluktansmotorns kraftsteg (1 - 4), vilka genom behandling i en mikro- processor (5) vid förutbestämda värden utlöser en kommu- teringssignal för aktuella pollindningar (H10 - H13) i motorn, k ä n n e t e c k n a t av att förhållandet mel- lan det magnetiska flödet i och strömmen genom respektive pollindning (H10 - H13) är förutbestämt för Varje vinkel- läge (fig. 1) som motorns rotorpoler kan intaga, varvid bestämning sker av aktuellt värde pà det magnetiska flödet (Wm), vilket aktuella värde jämförs med en förutbestämd olinjär funktion (W(i)) av strömmen för att utlösa kommu- teringssignalen dä det aktuella värdet är lika med eller passerar den olinjära funktionens värde.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k- n a t av att bestämningen av värdet pà det magnetiska flö- det görs genom sampling av momentan spänning (u) och ström (1), vilka spännings- och strömvärden matas till mikroprocessorn (5) för beräkning av flödets förändring (AW) enligt förhållandet AW = (u-Ri)At där R är resistansen för aktuell pollindning och aktuellt kraftsteg, vilken förändring av flödet adderas till tidi- gare erhållet värde pà flödet (Wm), varvid summavärdet utgör det aktuella värdet pà flödet.

3. Anordning för sensorfri styrning av en reluktansmotor omfattande ett kraftsteg (1 - 4) för varje pollindning (H10 - H13) pá motorns stator, vilket kraftsteg är an- slutet till motorns matningskälla (U) och är aktiverat i beroende av en kommuteringssignal (via P15 - P18) erhål- len fràn en styrkrets (fig. 3) innefattande en mikroproces- sor (5), k ä n n e t e c k n a d av ett till mikroproces- sorn (5) anslutet minne (6) för lagring av en förutbestämd olinjär funktion (W(i) av ström för det magnetiska flödet i respektive pollindning (H10 - H13) för det vinkelläge där kommuteringssignal önskas, och av att styrkretsen (fig. 3) omfattar organ anordnade att bestämma aktuellt värde pà det magnetiska flödet (Wm) anordnat att jämföras med motsvar- ande i minnet (6) lagrade olinjära funktion (W(i) för att utlösa kommuteringssignal dä det aktuella värdet är lika med eller passerar funktionens värde.

4. Anordning enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k- n a d av att organen för bestämning av det aktuella vär- det pà det magnetiska flödet (Ym) innefattar samplings- organ för sampling av momentan spänning (u) och ström (i) för aktuellt kraftsteg (1 - 4), varvid samplade värden via en analog/digitalomvandlare (7) matas till mikro- processorn (5), som är anordnad att beräkna flödets för- ändring (AW) enligt förnaiianaet AW= (u - R.i)At där R är resistansen för aktuell pollindning och aktuellt kraftsteg, varvid en addering sker i mikroprocessorn av erhållet värde pâ flödets förändring till tidigare erhàllet värde pá flödet (WN), varvid summavärdet utgör det aktu- ella värdet pà flödet.

5. : Anordning enligt patentkrav 3 eller 4, k ä n n e- t e c k n a d av att varje kraftsteg (1 - 4) innefattar en av kommuteringssignalen styrd transistor (T3).

6. Anordning enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k- n a d av att samplingen är anordnad att ske över en spän- ningsdelare (R1, R2) för den till motorn matade drivspän- ningen (U) och över ett strömmätmotstànd (R3) av den i pollindningarna (H10 - H13) gående strömmen.