SE517014C2 - Reglerkrets och förfarande för drift av en reglerkrets för en reluktansmaskin - Google Patents

Description

25 mi 517 014 2 Det amerikanska patentet 5 043 643 beskriver ett förfarande att fastställa rotoms läge för en reluktansmaskin med utgångspunkt från ekvationen (U-R-i) = d/dt(L-i), där i är strömmen genom faslindningarna, där U är spänningen över en seriekopp- ling av faslindningen, en transistorventil och en strömsensorresistor, och där R är en förutbestämd konstant motsvarande summan av resistanserna i en faslindning, en aktiverad transistor och en strömmätresistor.

Sammanfattning av uppfinningen Den momentana induktansen i en lindning kan fastställas genom att tillhandahålla en spärmingspuls som har en viss amplitud till en lindning och mäta ström-tidssva- ret. Sålunda kan ett induktansvärde, exempelvis, beräknas genom att mäta ström- mens amplitud vid en viss tidpunkt efter att pulsen slagits till. Alternativt kan ett induktansvärde beräknas genom att mäta tiden det tar att uppnå en viss strömampli- tud. I båda fallen, emellertid, involverar mätningen tillhandahållandet av spännings- pulser till lindningen. Tillhandahållandet av sådana spänningspulser med en viss repetitionsfrekvens kan orsaka komponentema att vibrera så att oljud alstras.

Föreliggande uppfinning avser problemet att förbättra prestandan för en reglerkrets för en reluktansmaskin.

Detta problem löses medelst en reglerkrets för en reluktansrnaskin som har två in- bördes rörliga delar och minst en induktiv faslindning, vars induktans beror av det ömsesidiga läget mellan delarna; varvid reglerkretsen innefattar: en första anslutning och en andra anslutning för koppling till en kraftkälla; ventilorgan för att ställa lindningen i ett drivtillstånd för att orsaka en driv- ström att flöda genom lindningen, varvid drivströmmen har ett visst maxvärde; och organ för fastställande av det ömsesidiga läget i beroende av ett uppmätt strömvärde och/eller tidvärde. Enligt en utföringsforrn av uppfinningen innefattar l0 15 20 25 30 517 014 3 reglerkretsen en strömsensor för mätning av en testström när lindningen är i ett icke- drivtillstånd, varvid strömsensom är anpassad för mätning av testströmmarna som har ett andra maxvärde som är lägre än ovarmänmda vissa maxvärde; varvid lägefastställningsorganet är anpassat att fastställa det ömsesidiga läget i be- roende av testströmmen.

Denna lösning medför fördelen att möjliggöra positionsmätningar med användning av lägre strömamplituder. De lägre strömamplitudema medför fördelen att sänka alstrandet av oljud fiån reluktansmaskinen, eftersom oljudsnivån är nära förbunden med strömamplituderna.

Vidare möjliggör ovannänmda lösning tätare strömmätningar, vilket därigenom för- bättrar reglerkretsens användbarhet. Eftersom läget och induktansvärdet, med an- vändning av den ovarmänmda reglerkretsen, kan fastställas med ett lägre strömtopp- värde, kan också repetitionsfrekvensen ökas. Detta beror på det faktum att ett lägre strömtoppvärde genom lindningen vid slutet av spänningspulsen svarar mot en lägre mängd lagrad energi i lindningen. Sålunda kan den i lindningen lagrade energin tömmas snabbare och en ny mätcykel kan initieras tidigare. Sålunda kan induktans mätningsproceduren användas vid högre maskinhastigheter.

Med en mer frekvent strömmätning kan onoggrannheten i de resulterande induk- tansmätningarna också sänkas, vilket leder till mer noggrarm positionsmätning för en reluktansmaskin i rörelse. Denna positiva effekt erhålles efiersom strömmätpro- cedurens förkortade varaktighet, när reluktansmaskinen är under rörelse, leder till mindre rotorrörelse under mätproceduren. Eñersom induktansen är positionsbe- roende, leder den reducerade rotorrörelsen till minskad rörelseberoende induktans- förändring under strömmätproceduren.

Eftersom den föreliggande strömmätlösningen gör det möjligt att utföra induktans- mätningen med användning av separata strömsensorer S3 A, S33, S35 så är det möj- 10 15 20 25 30 517 014 4 ligt att använda lägre strömvärden under mätningen för att fastställa lindningens momentana induktansvärde. Med andra ord ökas förhållandet mellan maximal driv- ström och maximal testström. En ökning av detta förhållande är fördelaktig eftersom mätströmmen skulle kunna alstra ett negativt moment när mätströmmen flyter ge- nom en lindning som är i icke-drivtillstånd. Att förhållandet mellan den maximala drivströmmen och den maximala mätströmmen är stort innebär att det negativa momentet orsakat av mätströmmen minskas. Sålunda leder ett ökat förhållande mellan maximal drivström och maximal mätström till förbättrad prestanda för reluktansmaskinen.

Kort figurbeskrivning Fig. 1A är en schematisk principskiss av en elektrisk maskin med två inbördes rörliga delar och faslindningar.

Fig. IB illustrerar ett magnetiskt flöde i maskinen enligt fig. 1A.

Fig. 2A illustrerar att induktansen i en lindning i en maskin enligt fig. 1A varierar beroende av det inbördes läget mellan de rörliga delarna.

Fig. 2B illustrerar lägesberoendet hos det drivmoment som kan erhållas genom akti- vering av en faslindning.

Fig. 3 illustrerar en reglerapparat med ventilbryggor kopplade till faslindningama i motom enligt fig. 1A.

Fig. 4A är ett ekvivalent kretsschema för en av ventilbryggoma enligt fig. 3.

Fig. 4B är ett ekvivalent kretsschema för en arman utföringsform av en ventilbrygga. . . » . .- 10 15 20 25 W 014 5 Fig. 5 är ett flödesschema som illustrerar en utföringsfonn av en mätprocedur.

F ig. 6 är ett ekvivalent kretsschema för en altemativ utföringsfonn av en ventil- brygga.

Beskrivning av föredragna utförinqsfonner För enkelhets skull beskrivs uppfinningen nedan med hänvisning till roterande maskiner. Uppfinningen är emellertid inte begränsad till roterande maskiner. Tvärt- om är det som beskrivs också fullt applicerbart på andra maskiner, såsom exempel- vis linjära maskiner där en rörlig del gjord av mjukt magnetiskt material är linjärt förskjutbar längs en rak linjär stator med ett antal statorlindningar. Uppfinningen är applicerbar på en reglerkrets för en reluktansmaskin under motordrifl, men också applicerbar på en reglerkrets för en reluktansmaskin som fungerar som generator.

Fig. 1A är ett schematisk vy som illustrerar en utföringsform av en reluktansmaskin 10 med en stator 20 och en rotor 30 som är roterbar inuti statorn.

Statorn 20 är försedd med tre separata lindningar WA, WB respektive WC.

Enligt en utföringsform är rotorn tillverkad av ett mjukt magnetiskt material inne- fattande ett antal utsprång 40 såsom illustrerats i fig. IA. Det mjuka magnetiska materialet är ett ferromagnetiskt material som, när det en gång magnetiserats, myc- ket lätt kan avmagnetiseras, d.v.s. endast en liten koerciv krafl krävs för att avlägsna magnetismen som uppstod när materialet magnetiserades. Enligt en version av upp- finningen innefattar rotorn mjukt magnetiskt järn. Enligt en utföringsfonn innefattar också statorn ett mjukt magnetiskt material, såsom exempelvis mjukt magnetiskt järn. 10 15 20 25 30 51 7 01 4 šïï” - Ilšï 6 När rotorn vrids runt en central axel förändras dess läge, såsom illustreras av vinkel- läget 9 i fig. 1A. Såsom illustreras i fig. 1A, har ett imaginärt koordinatsystem sitt origo i motoms centrala axel, med två inbördes ortogonala axlar x respektive y.

Rotoms läge kan då definieras som vinkelläget 6 för ett rotorutsprång 40 i förhål- lande till x-axeln.

När ström drivs genom en lindning, exempelvis lindning WA, alstras ett magnetiskt flöde som flödar från statom via rotom och tillbaka till statom, och därigenom upp- står en magnetisk krets. Fig. IB illustrerar ett exempel på en sådan magnetisk krets för en trefas reluktansmotor i det fall att ström skulle drivas genom lindningen WA när rotoms utsprång är riktat mot de delar av statom där de magnetisk-fältproduce- rande lindningarna WA är placerade. Det bör noteras att fig. IB endast illustrerar principen för magnetiskt flöde och att figuren inte skall tolkas som att ström nöd- vändigtvis måste drivas genom en lindning när rotorn är i det läge som visas i fig. lB.

Strömmen till motoms faslindningar bör regleras så att strömmen levereras när rotoms läge i förhållande till statom är sådant att motoms drivmoment optimeras.

Fig. 1A och lB illustrerar en maskin med tre lindningar, vars rotor har åtta utsprång och vars stator har tolv utsprång. Enligt en föredragen utföringsfonn har rotom emellertid fyra utsprång, s.k. utskjutande poler, och statom har sex utsprång.

Fig. 2A illustrerar hur induktansen i lindningen WA varierar i beroende av rotoms läge 6.

F ig. 2B illustrerar det drivmoment som kan erhållas, vid rotorläge 6, genom att akti- vera en faslindning. Medelst jämförelse av den kurva som illustrerar induktansen LWA för lindning WA med den kurva som illustrerar drivmomentet TWA som erhålles medelst aktivering av lindning WA (de heldragna linjema i fig. 2A respektive fig. 10 15 20 25 30 S17 014 7 2B), kan utläsas att ett positivt drivmoment erhålles från lindning WA om denna lindning aktiveras när induktansen har en positiv derivata.

Detta betyder att under vissa driflfórhållanden, när maximalt drivmoment önskas i frarnätriktningen, så är det lämpligt att aktivera lindning WA så att en ström flyter genom lindningen då denna är i sådana rotorlägen att TWA har ett positivt värde. I rotorlägen där TWA har ett negativt värde bör lindning WA helst vara oaktiverad, d.v.s. ingen drivström bör flyta genom lindningen vid sådana lägen. Likaledes bör lindningama WB och WC styras att vara aktiverade eller oaktiverade på motsvarande sätt i förhållande till optimalt vridmoment TWB respektive TWC.

En utforingsforrn av en regleragparat Fig. 3 illustrerar en reglerapparat 60 ansluten till tre faslindningar WA, WB och WC.

Reglerapparaten 60 innefattar en kraftkälla 70 som levererar en likspänning med en amplitud +Ud till en anslutning 80. Faslindningen WA är kopplad mellan spännings- källans jordanslutning 90 och pluspolen 80 via en bryggkrets 85A.

Bryggkretsen 85A innefattar en forsta effekttransistor T1 A fór att kunna förbinda anslutning 80 till ena änden av lindning WA, och en andra effekttransistor T2A i serie med en strömsensor S2 A kopplad mellan den andra änden av lindningen och jordanslutning 90 såsom visas i fig. 3. En diod Dl A i serie med en strömsensor S1 A, är kopplad mellan jordanslutning 90 och transistoms T2A emitter så att diodens katod är kopplad till transistoms T1 A emitter. En diod D2 A är ansluten så att dess katod är ansluten till effekttransistoms T1 A kollektor och dess anod är kopplad till effekttransistoms T2 A kollektor. Vidare innefattar bryggan 85A en seriekoppling av en tredje transistorventil T3 A och en tredje strömsensor S3 A. Den tredje transistor- ventilen T3 A och den tredje strömsensorn S3 A är parallellkopplade med den andra effekttransistorn TA och den andra strömsensorn S2A. 10 15 20 25 30 517 014 8 Även om det här beskrivs med effekttransistorer kan en aktiv ventil T1 A, T2A, T3 A utgöras exempelvis av en bipolär transistor, en tyristor, en IGBT eller en MOSFET.

De passiva ventilema Dl A, D2A kan utgöras av dioder, såsom exempelvis SCHOTTKY-dioder.

De andra faslindningarna WB respektive WC är kopplade till bryggkretsar 85B respektive 85C på samma sätt som den första lindningen WA.

En reglerenhet 100 innefattande en mikroprocessor är anordnad att styra transistor- ventilema. Reglerenheten 100 har nio utgångar som var och en är kopplad via sin egen förstärkare 110 till basen hos sin egen av de sex transistorventilerna. Regula- tom 100 kan utgöras av en digital signalprocessor (DSP) som har en timer för att möjliggöra tidmätningar.

Strömsensorema S1 A, S2A och S3 A är, enligt en utföringsfonn, Hall-sensorer som levererar uppmätta strömvärden till reglerenheten 100. Enligt en föredragen utfö- ringsform innefattar emellertid strömsensorema S1 A, S2A och S3 A shuntresistorer, och strömmen mäts som ett spänningsfall över respektive resistor.

Den avkända signalen, som indikerar strömmen genom sensorn S2A, levereras till reglerenheten via en multiplexer 115. Avkända signaler från sensorema S 1 A och S3 A levereras till respektive ingångar på reglerenheten 100 via multiplexern på samma sätt. Multiplexem fungerar att ta mätprov av de uppmätta strömmarna från de tre lindningarna WA, WB, WC på ett kontrollerat sätt så att reglerenheten 100 kan fungera som om den hade tillgång till kontinuerliga mätvärden. Multiplexem är styrd och synkroniserad av reglerenheten 100 för att åstadkomma detta.

På samma sätt levereras uppmätta strömvärden för lindningama WB och WC till reglerenheten 100. 10 15 20 25 517 014 9 En sensorenhet 120 är kopplad så att den avkänner spänningen Ud mellan den posi- tiva polen 80 och jordanslutningen 90. Sensorenheten 120 levererar ett uppmätt spänningsvärde Udm till reglerenheten 100. Sensorenheten 120 innefattar, enligt en utföringsform, en spänningsdelare med resistorer RX och Ry, som är kopplade mel- lan den positiva spärmingsanslutningen 80 och jordanslutningen 90. Såsom illustre- ras i fig. 3, är sensorenhetens 120 utgång kopplad till en punkt 140 mellan resisto- rema RX och Ry så att sensoms utsignal Udm är proportionell mot drivspänningen Ud.

Emedan sensorema S1 A, S13, Slc och sensorema S2A, S23, S2C främst används för att fastställa huruvida någon ström flyter genom respektive gren i kretsen, så an- vänds sensorema S3 A, S33, S3C för att fastställa en momentan induktans i respektive lindning WA, WB, WC (se fig. 4A). Fig. 4A är ett kretsschema som illustrerar ventil- bryggan 85A för lindning WA i fig. 3.

Med hänvisning till fig. 4B visas en alternativ utföringsform av en ventilbrygga. I den utföringsformen kan drivströmmarna mätas med en Hall-sensor SWA kopplad i serie med lindningen WA. Hall-sensorn ersätter sålunda strömsensorema S1 och S2 som visas i fig. 4A.

Eftersom föreliggande strömmätlösning gör det möjligt att utföra induktansmät- ningen med användning av separata strömsensorer S3 A, S35, S3C så blir det möjligt att använda lägre strömvärden under mätningen för att fastställa lindningens momentana induktansvärde. Med andra ord ökas förhållandet mellan maximal drivström iwmax och maximal testström itesLmax. En ökning av detta förhållande är fördelaktigt eftersom testströmmen kan alstra ett negativt drivmoment (se fig. 2B) när testströmmen flyter genom en lindning som är i ett icke-drivtillstånd. Ju lägre testströmmen är i förhållande till drivströmmen desto bättre är det sålunda. 10 15 20 25 30 W 014 10 Enligt en utföringsfonn av uppfinningen är förhållandet mellan maximala driv- strömmen iwmax och den maximala testströmmen imsgmax större än 40. Enligt före- dragna utföringsformer är förhållandet större än 100. Enligt mest föredragna utfö- ringsforrner är förhållandet 120 eller större.

Reglerapparaten 60 kan anpassas för olika driftsvillkor och för olika reluktans- maskiner. Det första exemplet nedan avser en reglerapparat anpassad för drivning av en reluktansmaskin med en hög drivspärming Ud och en låg motoreffekt: Exempel 1A: Ud = 300 volt iwmx = 3,0 ampere Induktans i lindningar WA, WB, WC är positionsberoende inom det ungefärliga området 0,16 Hemy till 1,6 Henry.

Resistans i sensorer S2A, S25, SZC och i sensorer Sl A_ S13, SlC är 50 milliohm.

Resistans i strömsensorer S3 A, S33, S3C är 100 ohm.

Maximal testström genom S3 A, S33, S30 är 25 milliampere.

Förhållandet mellan maximal drivström iwmax och maximal testström iteswax är i detta exempel: iwmax/imt = 120.

Med användning av denna maximala testström kan mätproceduren som beskrivs med hänvisning till fig. 5 nedan upprepas upp till 3750 gånger per sekund (en repetitionsfrekvens om 3,75 kHz).

Exempel IB: Ud = 300 volt iwmx = 3,0 ampere Induktans i lindningarna WA, WB, WC är positionsberoende inom det ungefärliga området 0,16 Henry till 1,6 Henry.

Resistans i sensorema S2A, S25, S2C och i sensorema S1 A, SlB, SlC är 50 milliohm.

Resistans i strömsensorema S3 A, S33, S3C är 100 ohm. 10 15 20 25 30 517 014 11 Maximal testström genom S3 A, S33, S33 är 5 milliampere.

Förhållandet mellan maximal drivström iwmax och maximal testström iteskmax är i detta exempel: iwmax/iæst = 600.

Med användning av denna maximala testström kan mätproceduren som beskrivs med hänvisning till fig. 5 nedan upprepas upp till 18 750 gånger per sekund (en repetitionsfrekvens om 18,75 kHz).

Exempel 2: Ett exempel på en reglerapparat anpassad för drivning av en reluktansmaskin med en låg drivspänning Ud och en medelstor motoreffekt har följande parametervärden: Ud = 24 volt iwma, = 200 ampere Induktans i lindningarna WA, W3, WC är positionsberoende inom det ungefärliga området 1/12 milliHenry till 1 milliHenry.

En Hall-sensor (fig. 4B) anpassad att möjliggöra mätning av strömmar upp till 200 ampere används.

Resistans i strömsensorer S3A, S33, S33 är 1,0 ohm.

Maximal testström genom S3 A, S33, S33 är 2 ampere. Med användning av denna maximala testström kan mätproceduren som beskrivs med hänvisning till fig. 5 nedan upprepas mer än 2500 gånger per sekund (en repetitionsfrekvens av mer än 25 00 Hz). Enligt en fóredragen utfóringsfonn är repetitionsfrekvensen cirka 6000 Hz.

Förhållandet mellan maximal drivström iwmax och maximal testström itcsmax är i detta exempel: iWmax/iæs, = 100.

Med hänvisning till exempel 2 bör noteras att om en 1 ohms shuntsensor skulle användas i stället för Hall-sensom skulle den maximala drivströmmen begränsas till 24 ampere, och sålunda skulle det inte fungera. Om, å andra sidan, Hall-sensom (anpassad att möjliggöra mätning av strömmar upp till 200 ampere) skulle användas för alstrande av mätvärden för att fastställa den momentana induktansen i stället for 10 15 20 25 30 .-. 1.. o . -- .o . o - - - - »o o oo oo o o oo o o. o. o o o o o. oo o o oo o o o 0 o ooo o.. I o o oo o. . o o o o o o o o o o o o o o . o o o o o u o. .o o.. .oo oooo o 12 att använda sensorn S3, skulle mätströmmen im, behöva vara större, eller Hall-sen- sorutsignalen skulle behöva förstärkas. En större mätström skulle leda till större negativt drivmoment, vilket har negativa implikationer såsom diskuterats ovan.

Förstärkning av låga utsignaler involverar en förstärkare som har ett antal kompo- nenter vars onoggrannhet adderar till mätsignalen. Sålunda skulle mätningen bli mindre noggrann än den som beskrivs i exempel 2.

Med hänvisning till fig. 4A inses att fyra alternativa exciterade drifttillstând kan inträffa för en lindning beroende på vilken av ventilerna T3 A, T2 A och/eller Tl A som är sluten respektive öppen. Fastän det följande beskrivs för lindning WA, är samma drifttillstånd tillgängliga för de övriga lindningarna.

DSI. Ett första drifitillstånd I ett första drifitillstând DSI är både ventilen T2 A och ventilen Tl A ledande, och ventilen T3 A är icke-ledande. I detta tillstånd flyter en drivström från pluspolen 80 genom ventilen T1 A via lindningen, ventil T2A och strömsensor S2 A till jord 90.

DSII. Ett andra drifttillstånd I ett andra drifitillstând (DSII) är de aktiva ventilerna Tl A respektive T2 A blockera- de så att de är icke-ledande, och en ström flyter i lindningen från jordanslutningen 90 till den positiva anslutningen 80. T3 A är också blockerad i detta drifitillstând.

DSIII. Ett tredje drifttillstånd I ett tredje drifttillstånd (DSIII) är endast en av ventilema, T1 A, ledande, och när lindningen fortfarande innehåller energi för att driva en ström, så flyter den ström- men i den krets som definieras av D2A, Tl A och lindningen. 10 15 20 25 30 517 014 13 DSIV. Ett fjärde drifttillstånd I ett fjärde drifttillstånd (DSIV) är endast en av ventilema, T2A, ledande och när lindningen fortfarande innehåller energi för att driva en ström så flyter den ström- men i den krets som definierats av T2A, S2A, S1 A, D1 A och lindningen.

De ovannämnda fyra tillstànden DSI - DSIV kan betraktas som drivtillstånd, efier- som de kan involvera strömmar av drivstorlek genom lindningen, d.v.s. strömmar som är av betydelse för alstrandet av avsevärt vridmoment, såsom diskuteras i sam- band med fig. 2 ovan. Strömmar vars storlek är mindre än 2,5 % av maximal driv- ström kan anses vara av icke drivstorlek. Tillhandahållandet av den tredje strömsen- som S3 A medför fördelen att det blir möjligt att göra strömmätningar med minskad mätonoggrannhet, såsom kommer att beskrivas närmare nedan.

DSV. Ett femte drifitillstánd I det femte drifttillståndet DSV är ventilen T3 A och ventilen Tl A ledande, och ven- tilen T2 A är icke-ledande. I detta tillstånd flyter en testström i, från pluspolen 80 genom ventilen T1 A via lindningen, ventil T3 A och strömsensor S3 A till jord 90.

DSVI. Ett sjätte drifttillstånd I ett sjätte drifttillstånd leder endast en av ventilerna, T3 A, och när lindningen fort- farande innehåller tillräcklig energi att orsaka en ström att flöda, så flyter den ström- men i den krets som definieras av T3 A, S3 A, Sl A, Dl A och lindningen.

Det femte och det sjätte drifttillståndet kan användas i kombination för att fastställa lindningens momentana induktans på ett fördelaktigt sätt. Detta kommer att beskri- vas närmare nedan. 10 15 20 25 30 517 014 14 En utföringsfonn av en strömmätmetod Reglerenheten 100 fastställer det faktiska drifttillståndet för lindningen WA med hjälp av insignalema från strömsensorema S1 A, S2A, S3A och utsignalema från förstärkama 1101 A, l102A och 1l03A. Genom att kombinera de logiska värdena för dessa signaler kan det faktiska drifttillståndet fastställas.

Reluktansmaskinen kan styras att arbeta genom att switcha drivventilema Tl A respektive T2 A så att önskat drivmoment erhålles genom att utnyttja utvalda kom- binationer av de ovan beskrivna drifttillstånden DSI - DSIV. Reglerförfarandet för att driva maskinen kan involvera vilken som av ett flertal kända förfaranden varvid ventilen T3 A hålles i ett icke-ledande tillstånd under drivaktiveringen av lindningen.

Enligt en utföringsform av uppfinningen styrs reluktansmaskinen på ett sätt liknande det förfarande som beskrivs i US 4 868 478 vars innehåll härmed inkorporeras genom hänvisning. I enlighet med uppfinningen utförs emellertid de strömmätningar som används för fastställande av den momentana induktansen i en icke-aktiverad faslindning medelst strömsensorema S3.

Fig. 5 illustrerar en utföringsforrn av ett forfarande enligt uppfinningen. I ett steg S110 utförs ett test för att fastställa huruvida faslindningen är i ett mättillstånd eller i ett drivtillstånd. Detta fastställes i beroende av huruvida den relevanta lindningen, exempelvis WA, är i ett sådant läge att den kan tillhandahålla positivt drivmoment.

När exempelvis lindning WA är i ett läge att den kan tillhandahålla positivt drivmo- ment och en ström överstigande ett visst värde flyter genom lindningen WA så är den lindningen i ett drivtillstånd. Om lindningen WA är i ett läge att kunna tillhanda- hålla negativt drivmoment, så är den faslindningen i ett mättillstånd, enligt en utfö- ringsforrn. Det slutliga avgörandet av drifitillstånd utförs av regulatorn 100, och det beror sålunda på huruvida regulatorn önskar lindningen att alstra drivmoment (posi- tivt eller negativt) eller att tillhandahålla mätdata för induktansestimeringar. Om lindningen inte är i ett mättillstånd så kommer den att vara i ett drivtillstånd, såsom . » - . .- 10 15 20 25 51 7 014 15 illustreras av steg S115 i fig. 5. I drivtillstånd reglerar regulatom 100 strömmen till fasen genom att använda några eller samtliga av drifttillstånden DSI - DSIV.

Om lindningen är i ett mättillstånd, så blir nästa steg (S 120) att testa huruvida lind- ningen är inaktiv, d.v.s. huruvida strömmen IWA har nått noll. Detta test kan invol- vera mätningar av spänningsnivåer vid båda ändar av lindningen WA med använd- ning av en högimpediv resistanskoppling kopplad till jord och till +Ud för att till- handahålla definierade spänningsnivåer vid båda ändar av lindningen även om ingen ström flödar genom lindningen. Med hänvisning till fig. 4A, kan strömmen IWA genom lindningen fastställas att vara noll när spänningsnivån vid den vänstra änden av lindningen är lika med spänningsnivån vid den högra änden av lindningen.

Om teststeget S120 fastställer att strömmen genom lindningen inte är noll, så kommer regulatom att ställa bryggan i tillstånd DSII för att ladda ur energin ur lindningen på ett snabbt sätt (steg S130). Regulatom kommer också att övervaka lindningsströmmen medelst de ovan beskrivna spänningsmätningarna för att hålla bryggan i tillståndet DSII tills strömmen når noll.

När strömmen fastställts vara noll kommer steg S 140 att utföras. I steg S140 ställer regulatom 100 om till det femte drifttillståndet DSV för att tillhandahålla en spän- ningspuls med en amplitud +Ud över lindningen med användning av ventilema T3A och TlA. I detta tillstånd kommer en ström att flöda från pluspolen 80 genom ven- tilen Tl via lindningen, ventil T3 och strömsensor S3 till jord 90. Synkront med omställningen av bryggan till tillstånd DSV, startas en timer av regulatom 100 för att mäta tiden det tar för strömmen att nå en förutbestämd nivå. Tidsåtgången beror av den momentana induktansen i lindningen.

Tiden mäts genom att övervaka strömmen (S 150) för att detektera I(S 160) när ström- men når den förutbestämda nivån. När den förutbestämda strömnivån detekteras så 10 15 20 25 30 517 014 16 avläses timervärdet (S170), och tidsvärdet levereras (S180) till ett förfarande för induktansestimering. Steg S180 följs av en repetition av steg S110.

Strömmätningen enligt stegen S150, S160 görs med användning av strömsensor S3 A. Enligt en föredragen utföringsform innefattar sensor S3 A en resistor som har en väldefinierad resistans, och en komparator för att avkänna spänningen över resis- tom. Komparatorn levererar en indikatorsignal till regulatorn 100 (se fig. 3) när den detekterade spänningen når den förutbestämda nivån. Vid mottagning av indikator- signalen avläser regulatorn tidsvärdet. Denna utföringsform är föredragen eftersom en noggrann timer med lätthet kan integreras i den datoriserade regulatom, och komparatorkomponenten reagerar snabbt på detektering av den förutbestämda spänningsnivån.

Förfarandet har beskrivits med hänvisning till lindning WA men samma förfarande kan med fördel implementeras för de övriga lindningama på den elektriska maskin som skall regleras.

Den ovan beskrivna mätmetoden resulterar i ström- och tidvärden som kan användas för fastställande av den momentana induktansen i lindningen.

Drivmomentet TWA, som erhålles genom att aktivera lindning WA, är en funktion av strömmen genom lindningen och rotorläget 0: TwA = fifiwA, 9) (1) rotorläget 0 kan beräknas ur det magnetiska flödet xp som flödar genom motsvaran- de magnetiska krets och fasströmmen iWA: Ü = fzÜwA, WA) (2) 10 15 20 25 517 Û 1 4 .':I='§ï* 17 Detta betyder att vridmomentet TWA kan uttryckas som en funktion av det magnetis- ka flödet WA som flödar genom motsvarande magnetiska krets och fasströmmen iWA: TwA = fsfiwA, WA) (3) Såsom närrmts ovan regleras strömmen iWA genom faslindningen så att ett önskat vridmoment TW erhålles från den aktiverade faslindningen, såsom visas i fig. 2B.

Det erhållna vridmomentet är en funktion delvis av lindningsströmmen iWA och delvis av det magnetiska flödet. Det magnetiska flödet ty beror i sin tur på induk- tansen LWA och strömmen iwA. Därmed är TWA beroende av iWA och LWA: TWA = f4ÜwA, LWA) (4) Induktansen LWA kan fastställas genom integrering över tiden, såsom beskrivs i US 5 043 643: Lim) = 1/10» * (UWA - iwl RWA) d: (S) där: t0 är den tidpunkt då ventil T3A ställs till ledande tillstånd för att leverera en spänning över lindningen. tl är den tidpunkt när mätströmmen har nått det förutbestämda värdet.

För vissa reglerförhållanden kan induktansen LWA fastställas medelst en förenklad version av ekvation (5). Faktum ä att den momentana induktansen LWA kan beräknas _ SOIIlI LAÜO = l/ifin) * UwA * (fl _ fo) (5) 10 15 20 517 014 .-j:=':r= u o o | u . . - .- 18 Ett bra estimat av rotorläget 6 och av det tillgängliga drivmomentet kan beräknas från detta induktansvärde LA(t1) och fasströmmen iWA.

En andra uttöringsforrn av en strömmätrnetod Enligt en andra uttöringsforxn kan induktansen (och läget) fastställas genom att mäta den tid det tar för strömmen att sjunka från ett visst startvärde ner till ett visst stopp- värde. En sådan mätning kan utföras med användning av det ovan beskrivna sjätte drifitillståndet. Det förutbestämda stoppvärdet för testströmmen kan vara noll, eller en lämplig nivå som avviker från noll.

Fig. 6 är en altemativ utföringsforrn av en ventilbrygga. Utiöringsformen enligt fig. 6 motsvarar väsentligen uttöringsfonnen i fig. 4A. I utföringsfonnen enligt fig. 6 är emellertid kretslösningen förenklad genom att utnyttja komparatorer för att indikera när vissa gränsvärden erhålles. Såsom illustreras i fig. 6 järnfor en komparator 200 » spänningen över sensor 83A med ett referensvärde som åstadkommes av en spän- ningsdelare 210. En spänningsdelare 215 tillhandahåller en definierad spännings- amplitud till lindningen även om samtliga ventiler är icke-ledande, och en kompa- rator 220 är anordnad att detektera amplituden. En komparator 230 indikerar huru- vida sensor 81A eller 82A detekterar den högsta strömmen. Ett flertal ventilbryggor enligt fig. 6 kan kopplas till en regulator 100 såsom beskrivs i samband med fig. 3.

Claims (9)

10 15 20 25 30 517 014 19 Ändrade Patentkrav

1. l. En reglerkrets för en reluktansmaskin som har två inbördes rörliga delar och åtminstone en induktiv faslindning (W A, WB, WC), vars induktans (LWA, LWB, LWC) beror av delamas inbördes läge; varvid reglerkretsen innefattar: en första anslutning (80) och en andra anslutning (90) för inkoppling till en kraftkälla (70); ventiler(T1A, TZA) för att ställa lindningen i ett drivtillstånd för att orsaka en drivström att flyta genom lindningen, varvid drivströmmen har ett visst maxvärde; och organ för fastställande av det ömsesidiga läget i beroende av ett uppmätt strömvärde och/eller tidsvärde; kännetecknad av att reglerkretsen innefattar en strömsensor (S3 A) för mätning av en testström när lindningen är i ett icke-drivtillstånd, vilken strömsensor (S3 A) är anpassad för mätning av testströmmar som har ett andra maxvärde som är lägre än ovannämnda vissa maxvärde; _ organet för lägesfastställande är anpassat att fastställa det ömsesidiga läget i beroende av testströmmen; och av att M reglerkretsen styr ventilema (T1 A, T2A, T3A, TlB, T2 B, T3 B, Tlc, T2 C, T3 C) så att drivströmmen inte flyter genom testströmsensom under drivtillståndet.

2. Reglerkretsen enligt krav 1, vidare innefattande: en testventil (T3A) för att försätta lindningen i ett icke-drivtillstånd så att en testström orsakas att flyta genom lindningen och genom strömsensorn (S3 A) under en viss tidsvaraktighet.

3. Reglerkretsen enligt krav 2, varvid organet för fastställande av läge är anordnat att fastställa det ömsesidiga läget i beroende av testströmmen och ovannämnda tidsvaraktighet. 10 15 20 25 30 517 014 20

4. Reglerkretsen enligt något av kraven 1, 2 eller 3, varvid förhållandet mellan drivströmmens maxvärde (iwm) och testströmmens max- värde (iæsumx) är större än 40.

5. Förfarande för drift av en reglerkrets för en reluktansmaskin som har två inbördes rörliga delar och minst en induktiv faslindning ONA, WB, WC), vars induktans GWA, LWB, LWC) beror av delamas inbördes läge; varvid förfarandet innefattar stegen att: försätta lindningen i ett drivtillstånd så att en drivström orsakas att flyta genom lindningen, varvid drivströmmen har ett visst maximalt värde; och fastställa det inbördes läget i beroende av ett uppmätt strömvärde och/eller tidsvärde; kännetecknat av att orsaka en testström att flyta genom faslindningen (W A, WB, WC) och genom en strömsensor (S3 A) när lindningen är i ett icke-drivtillstånd, varvid testströmmen har ett andra maximalt värde som är lägre än ovannärrmda vissa maximala värde; och av att fastställa det ömsesidiga läget i beroende av strömsensom (S3 ^); och av att styra reglerkretsen (100) så att drivströmmen inte flyter genom testströmsensom under drivtillståndet.

6. Förfarandet enligt krav 5, vidare innefattande stegen att: försätta lindningen i ett icke-drivtillstånd så att en testström orsakas flyta genom lindningen och genom strömsensom (S3 A) under en viss tidsvaraktighet.

7. Förfarandet enligt krav 6, varvid _ det ömsesidiga läget fastställes i beroende av testströmmen och den vissa tidsvaraktigheten. 10 15 517 014 21

8. Förfarandet enligt något av kraven 5, 6 eller 7, vidare innefattande stegen att: kontrollera drivströmmen och testströmmen så att förhållandet mellan driv- strömmens maximala värde och testströmmens maximala värde är större än 40.

9. Ett forfarande för drifi av en reglerkrets för en reluktansmaskin som har två in- bördes rörliga delar och åtminstone en induktiv faslindning (WA, WB, WC) anpassad för ett visst maximalt drivströmvärde; varvid förfarandet innefattar stegen att: detektera när en faslindning är i ett icke-drivtillstånd; orsaka en testström, som har ett andra maximumvärde som är lägre än ovan- nänmda vissa maximumvärde, att flyta genom faslindningen (W A, WB, WC) och genom en testströmsensor (S3 A,S3B, S3C) när lindningen är i icke-drivtillståndet; styra reglerkretsen (100) så att drivströmmen inte flyter genom testströmsensom (S3 A,S3B, 839); och fastställa ett ömsesidigt läge i beroende av utsignalen från testströmsensorn (S3A,S3ß, S3c)-