SE511217C2 - Förfarande och drivsystem för reglering av en reluktansmaskin - Google Patents

Description

15 20 25 30 511 217* (U -R'i) = d/dt(L'i), däri är strömmen genom faslindningen, där U är spänningen över en seriekoppling av faslindningen en transistorventil och en strömsensorresistor, och där R är en för- utbestämd konstant motsvarande summan av resistansema i en faslindning, en akti- verad transistor och en strömmät-resistor.

Redogörelse för uppfinningen Föreliggande uppfmning avser problemet att förbättra regleringen av drivmomentet hos en reluktansmaskin.

Uppfmningen avser vidare problemet att åstadkomma förbättrad reglering av driv- momentet hos en elektrisk maskin utan någon separat givare för detekteiing av ro- torläget medelst motorns axel.

Närmare bestämt avser uppfinningen problemet att åstadkomma förbättrad reglering av drivmomentet vid såväl höga som låga varvtal utan separat rotorlägesgivare.

Vidare avser uppfinningen problemet att åstadkomma styrning av drivmomentet hos en reluktansmotor med utnyttjande av uppskattning av faslindningsvärden, såsom reluktansvärde eller magnetiskt flöde, för bedömning av rotoms läge. Uppfinningen avser vidare styrning av motoms moment med hjälp av uppskattade faslindningsvär- den, varvid faslindningsvärdena uppskattas med förbättrad noggrannhet och med minskat eller helt eliminerat beroende av såväl motorns varvtal som motorlindnirig- aIIlaS fßmpefafllf.

En reluktansmaskin innefattar två inbördes rörliga delar och minst en faslindnjng som har en resistans, och vars induktans beror av delarnas inbördes läge. En anord- ning för reglering av reluktansmaskinen innefattar en styrbar ventil som är kopplad i serie med faslindningen och som är ställbar mellan ett väsentligen brutet tillstånd 10 15 20 25 511 217 och ett ledande tillstånd. De ovannämnda problemen löses med ett förfarande för styrning av ventilen, innefattande stegen att: a) mäta en ström genom faslindningen; b) mäta en spänning över faslindningen och ventilen; c) alstra ett signalvärde i beroende av strömmätvärdet och spänningsmät- värdet i enlighet med ett matematiskt uttryck innefattande en inställbar parameter; d) fastställa ett relationsvärde mellan signalvärdet och strömmätvärdet varvid parametem beror av en resistans i faslindningen; e) justera parametervärdet i beroende av relationsvärdet, och f) reglera ventilen i beroende av signalvärdet.

Uppfinningen utnyttjar det faktum att det magnetiska flödet ligger i fas med lind- ningsströmmen, för en maskin av ovan beskrivet slag, för att estimera det magnetis- ka flödet i beroende av ett strömmätvärde, och för att med ökad noggrannhet styra den elektriska maskinen.

Enligt en utföringsfonn alstras ett signalvärde motsvarande det magnetiska flödet tu i enlighet med det matematiskt uttrycket W = l ULW dT där Urw = Ks * Ua+ iw'K1+ K: Det inställbara parametervärdet K1 avser resistansen i faslindningen, parametem K; motsvarar ett spänningsfall i ventilen och parametem K3 beror av maskinens aktu- ella drifttillstånd.

Den ovan beskrivna lösningen medför den fördelen att estimatom automatiskt an- passar styrparametem Kl så att magnetflödesestimatet har god överensstämmelse med det sanna magnetflödet även när motoms lindning förändrar sin serieresistans RW, exempelvis till följd av temperaturfiirändringar. Om spänningen Ud fastställs 10 15 20 25 30 511 21.7 4 över både faslindningen och ventilen anpassas parametem Kl även med hänsyn till eventuella resistansändringar i ventilen.

Kort figu_rbeskrivning Figur 1A är en schematisk principskiss av en elektrisk maskin med två sinsemellan rörliga delar samt faslindningar.

Figur lB illustrerar ett magnetiskt flöde i maskinen enligt Fig. 1A.

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

Figur 2B illustrerar lägesberoendet hos det drivrnoment som kan erhållas vid aktive- ring av en faslindning.

Figur 3 illustrerar en styrkrets med ventilbryggor kopplade till faslindningarna i motorn enligt Fig. 1A.

Figur 4 är ett ekvivalent kretsschema för en av ventilbryggoma Figur 3.

Figur 5 illustrerar en estimator, enligt en utföringsforrn av uppfinningen, för att es- timera det magnetiska flödet för en faslindning i motom enligt Fig. IA.

Figur 6 illustrerar exempel på tidsförlopp för estimatet av magnetflödet såsom det kan alstras av estimatorn enligt Figur 5.

Figur 7 illustrerar en andra utforingsform av en estimator för att estimera det mag- netiska flödet för en faslindning i motom enligt Fig. 1A. 10 15 20 25 511 217 Un Föredragna utföringsforrner För enkelhets skull beskrivs uppfinningen i det följande med hänvisning till roteran- de maskiner. Uppfrnningen är emellertid inte begränsad till roterande maskiner, utan det som beskrivs gäller även andra maskiner, såsom exempelvis linjära maskiner där en rörlig del av ett mjukt magnetiskt material är rätlinjigt förskjutbar längs en rätlin- jig stator med ett flertal statorlindningar.

Figur lA är en schematisk bild som illustrerar en utföringsforrn av en reluktansmo- tor 10 med en stator 20 och en inuti statom roterbar rotor 30.

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

Enligt en utföringsfonn är rotom tillverkad av ett mjukt magnetiskt material innefat- tande ett flertal utsprång 40, såsom illustreras i Figur 1A. Det mjuka magnetiska materialet är ferromagnetiskt material som, när det en gång blivit magnetiserat, mycket lätt blir avrnagnetiserat, dvs. det behövs endast en liten koerciv kraft för att avlägsna den magnetism som uppstått då materialet blivit magnetiserat. Enligt en version av uppfinningen innefattar rotorn mjukt magnetiskt järn. Även statom inne- fattar enligt en utföringsforrn ett mjukt magnetiskt material, såsom exempelvis mjukt magnetiskt järn.

När rotorn vrids kring en centrumaxel ändras dess läge, vilket illustreras medelst lä- gevinkeln 6 i Figur 1A. Såsom illustreras i Figur l har ett tänkt koordinatsystem sitt origo i motoms centrumaxel, med två sinsemellan ortogonala axlar x respektive y.

Rotorns läge kan då deñnieras som vridningsvinkeln 9 hos ett rotorutsprång 40 i förhållande till x-axeln.

När ström drivs genom en lindning, t.ex. lindningen WA, alstras ett magrretiskt flöde som flyter från statom via rotorn och tillbaka till statom, och därmed åstadkommes en magnetisk krets. Figur IB illustrerar ett exempel på en sådan magnetisk krets för 10 20 25 511217 6 en trefas reluktansmotor i det fall att ström skulle drivas genom lindningen Wi när rotorns utsprång är riktade mot de delar av statom där magnetfáltalstrande lindning- ar WA firms anbringade. Det bör noteras att Figur IB endast illustrerar principen för magnetflödet, och inte ska tolkas så att ström nödvändigtvis ska drivas genom en lindning då rotom står i det läge som visas i Figur IB.

Sfiömmen till motorns faslindningar ska regleras så att strömmen levereras när ro- toms läge i förhållande till statom är sådant att motoms drivmoment optimeras.

F igurerna 1A och IB illustrerar en maskin med tre lindningar vars rotor har åtta ut- språng, och vars stator har tolv utsprång. Enligt en föredragen utföringsfonn har emellertid rotom fyra utsprång, så kallade utpräglade poler, och statom har sex ut- språng.

Figur 2A illustrerar hur induktansen varierar i lindningen WA i beroende av rotorlä- get 9.

Figur 2B illustrerar det diivmoment som kan erhållas, i rotorläge 6, vid aktivering av en faslindning. Genom jämförelse av kurvan som illustrerar induktansen LWA för lindningen WA med det drivmoment TWA som erhålles vid aktivering av lindningen WA, dvs. de heldragna linjema i Figur 2A respektive Figur 2B, inses att ett positivt drivmoment erhålles från lindningen WA om denna lindning aktiveras när induktan- sen har en positiv derivata.

En utföringsforrn av en stvrkrets Figur 3 illustrerar en styrkrets 60 kopplad till de tre faslindningama WA, WB och WC. Styrkretsen 60 innefattar en kraftkälla 70 som levererar en likspänning med amplituden +Ud till en anslutning 80. Faslindningen WA är kopplad mellan spän- ningskällans jordansluming 90 och pluspolen 80 via en krets som innefattar en strömsensor SwA, en effekttransistor T 1A och en effekttransistor TZA, såsom xisas i Figur 3. 10 15 20 25 30 7 511217 En diod D1 A är kopplad med anoden till jordanslutningen 90 och med katodanslut- ningen till transistoms TZA emitter.

En diod D2A är kopplad så att dess katod är förbunden med kollektorn hos ef- fekttransistom TZA via en strömsensor SmA och dess anod är kopplad till kollektom hos effekttransistom TM. Strömsensom SDZA levererar en signal till styrenheten 100 så att styrenheten får information om huruvida ström flyter genom dioden Du.

De övriga faslindningama WB respektive WC är kopplade till strömsensorer, ef- fekttransistorer och dioder på samma sätt.

En styrenhet 100 innefattande en mikroprocessor är anordnad att styra till- och frånslag av transistorventilerna. Styrenheten 100 har sex utgångar, vilka är kopplade via var sin förstärkare 110 till basen hos var sin av de sex transistorventilerna.

Strömsensom SWA utgörs enligt en utföringsfonn en Hallsensor som levererar ett strömmätvärde iwAm till styrenheten 100. På samma sätt levereras strömmätvärden för lindningama WB och WC till styrenheten 100.

En sensorenhet 120 är kopplad så att den avkärmer spänningen Ud mellan den posi- tiva polen 80 och jordanslutningen 90 . Sensorenheten 120 levererar ett spännings- mätvärde Udm till styrenheten 100. Sensorenheten 120 innefattar enligt en urförings- form en spänningsdelare med resistorerna RX och Ry vilka är kopplade mellan den positiva spärmingsanslutningen 80 och jordanslutningen 90. Såsom illustreras i Fi- gur 3 är sensorenhetens 120 utgång kopplad till en punkt 140 mellan resistorerna RX och Ry så att sensoms utsignal Udm är proportionell mot drivspäriningen Ud.

Figur 4 är ett ekvivalent kretsschema som illustrerar ventilbryggan för lindningen 10 20 30 511217 g ström flyter genom en ventil, såsom exempelvis ventilen TZA i Figur 3 uppstår ett spánningsfall över ventilen. Spänningsfallet över ventilen T2A betecknas i Figur 4 med Un. Ventilen TZ illustreras i Figur 4 med ett ekvivalent schema ur vilket framgår att spänningsfallet UT; beror dels av den inre serieresistansen Rv och dels av ett fast spänningsfall UV. Detsamma gäller för ventilen TlA.

Lindningen WA har en impedans som är väsentligen induktiv, men som också inne- fattar en resistiv komponent. I Figur 4 illustreras detta med en ren incluktans LW som är seriekopplad med en resistans RW.

Hallsensom SWA har en mycket låg impedans som i sammanhanget kan försummas.

Det noteras dock att sensoms inre impedans kan behandlas på samma sätt som resi- stansen RW i analysen nedan, vilket innebär att estimatom kompenserar för såväl lindningens resistans som strömsensoms eventuella resistans, som framgår av det nedanstående Det drivmoment TWA som erhålles vid aktivering av lindningen WA är en funktion av strömmen genom lindningen och rotoms läge 6.

TWA = fIÜWA, 9) (1) Rotorläget 9 kan beräknas ur det magnetiska flöde w som flödar genom motsvarande magnetiska krets och fasströmmen iA: 9 = fzÜwA, WA) (2) Detta innebär att momentet TWA kan uttryckas som en funktion av det magnetiska flöde w som flödar genom motsvarande magnetiska krets och fasströmmen iA: TWA = fsÜwA, WA) (3) 10 20 25 9 511217 Såsom nämndes ovan, kan strömmen iW genom en faslindning styras så att ett önskat diivmoment TW erhålles från den aktiverade faslindningen. Det erhållna drivmomen- tet är en funktion dels av lindningsströmmen iW och dels av det magnetiska flödet.

Det magnetiska flödet ty beror i sin tur av induktansen LW och strömmen iW. Sålun- da beror TW av iW och LW: TWA = fziiA, LwA) (4) Tidsförändringen av det magnetiska flödet, dxu/dt, är lika med det momentana spänningsfallet över den rena induktansen LW i Figur 4: dry/dt = ULW (S).

Ur ekvation (5) erhålles det magnetiska flödet tu genom integrering över tiden: w = I Utw af <6) Ekvation (3) innebär att om det magnetiska flödet u; kan fastställas, så kan ett öns- kat drivmoment TW alstras. Ekvation (6) innebär att det magnetiska flödet xp kan fastställas om spänningen ULW fastställs.

Enligt en utföringsfonn av uppfinningen fastställs det magnetiska flödet ip enligt ek- vation (6), dvs genom att tidsintegrera spänningen ULW över den "rena" induktansen LW.

Spärmingen ULW låter sig emellertid inte mätas, eftersom LW är induktansen i lind- ningen som också har ett inre resistivt spänningsfall URW. Enligt en utföringsform av uppfinningen alstras därför ett värde UtLW motsvarande spänningen ULW genom ett estimetingsförfarande. Detta beskrivs närmare nedan. 10 15 20 25 511 217 10 Figur 4 visar det ekvivalenta schemat för lindningen WA. Därur framgår att: ULw = Uw - iwA * RWA (7) Från ekvation (5), (6) och (7) inses att: KL/:HUW-íwfx* RwAldf (3) Med hänvisning till Figur 4 inses att tre alternativa driftstillstånd kan uppstå beroen- de på vilken eller vilka av ventilema T2 och Tl som är sluten respektive bruten.

I Ett första drifttillstånd Vid ett första drifttillstånd I är både ventilen T2 och ventilen TI slutna. Spänningen ULW utgör den del av spänningen över faslindningen som ger upphov till ett magne- tiskt flöde, dvs. den resistiva förlusten i lindningen räknas bort. Vid det första drifts- fallet blir spänningen ULW: ULw = Ua-iw (RVWZRÜQUV (9) II Ett andra diifttillstånd I ett andra drifttillstånd (II) är båda aktiva ventiler T1 respektive T2 bruma så att de blockerar, och en ström flyter i lindningen från jordanslutningen 90 till den positiva spänningsanslutningen 80. Spänningen ULW blir då: ULw = -Ud-iwiRw-(UofiUozl (19) III Ett tredie drifttillstånd 10 20 ¿25 11 511 217 Vid ett tredje dnfttillstånd (III) leder endast en av de aktiva ventilerna Tl eller TZ.

Under antagande att förlusterna är desamma för diodema D1 respektive D2 och för de aktiva ventilerna T1 respektive T2 blir spänningen ULW över faslindningens ”sanna induktans” LW enligt följande: ULw = - iw (RwitRv) ' (UV+UD1) (11) Med utnyttjande av de ovan angivna ekvationema (9), (10) och (1 l) för beräkning av spänningen ULW samt ekvation (6) ovan för att beräkna magnetflödet ry samt med kännedom om vilket drifttillstånd maskinen befinner sig i och med mätning av den faktiska lindningsströmmen iw kan således det drivmoment TW som kan erhållas ge- nom aktivering av lindningen W beräknas med stor noggrannhet i enlighet med ek- vation (3).

Styrenheten fastställer det aktuella drifttillståndet för lindningen WA med hjälp av irisignalen från diodströmsensom 502,, och utsignalema från förstärkama 110m och 11013. Var och en av dessa tre signaler har ettdera av de logiska värdena "LEDER" eller "LEDER lNTE". Ur tillståndskombinationen hos dessa tre signaler kan där- med det aktuella drifttillståndet utläsas.

En första utföringsforrn av en estimator Utgående från den ovan beskrivna ekvationen (6) för det magnetiska flödet u; och med kännedom om att det magnetiska flödet härrörande från en lindning i en reluk- tansmotor är noll när strömmen är noll konstruerade uppñnnama den i Figur 5 visa- de estimatorn 200.

Figur 5 illustrerar en estimator enligt en utföringsform av uppfinningen för att esti- mera ett värde av det magnetiska flödet ru för en lindning WA med utgångspunkt från de ovan beskrivna ekvationema (9) - (1 l) samt (6). 10 15 20 25 511 217 ip ..- De tre ekvationema (9), (10) och (11) kan sammanfattas som en ekvation som beror av tre parametrar Kl, K2 och K3: ULW: Ks l' Ua+íWK1+K2 (12) där paratnetervärdena har följande beroende av drifttillståndet: Vid drifttillstånd I gäller: K1,1= '(Rw + 2Rv) Kz.1 = -2Uv K3.1= 1 Vid drifttillstånd II gäller: K1.11= '(Rw) Kz. 11 = '(UD1+UD2) Ks. 11 = -1 via arifniiiståna 111 gamer; K1. 111 = '(Rw + Rv) K2,111= '(Uv ”i” Um) K3,111= Û Parametern K] är alltså den sanna totala fórlustresistansen i strömkretsen i varje tid- punkt, och parametern K; är det sanna strömoberoende spänningsfallet i strömkret- S611.

Estimatorn 200 innefattar en ingång 202 för mottagande av det logiska värdet från sensorn SMA, samt ingångar 204 och 206 för mottagande av tillståndet för de aktiva ventilerna T1 A resp TM (Se ñg. 3 och 4). lngångama 202, 204 och 206 är kopplade till en tillståndsanalysator 208 som ur insignalkombinationen fastställer det aktuella drifttillståndet och som på en utgång 209 levererar en drifttillståndsignal. 10 15 20 25 30 130 511 217* Estimatorn 200 innefattar vidare en ingång 210 för mätvärdet Udm som motsvarar spänningen Ud och en ingång 220 för inmatning av det aktuella strömvärdet iw. lngången 210 är kopplad till en additionspunkt 230 via en multiplikationsenhet 232.

Multiplikationsenheten 232 har en styringång kopplad till drifttillståndsigrialen från analysatorn 208. Multiplikationsenheten 232 multiplicerat spänningsvärdet Ud med parametem Kg, och levererar sålunda värdet Ud, -Ud eller 0 till additionspunkten 230 beroende på det aktuella drifttillståndet Ingången 220 är kopplad till en ingång hos en nolldetektor 240 samt till en ingång hos en multiplikationspunkt 250. Nolldetektom 240 har en utgång som är kopplad till en trigg-ingång 260 hos en sample-and-hold-krets 270. Sample-and-hold-kretsen 270 har en utgång 280 för ett flödesfelvärde ty.. Utgången 280 är kopplad till en pa- rameterregulator 290. Parameterregulatom 290 alstrar ett variabelt värde C på en utgång som är kopplad till en multiplikationsenhet 300 och till en multiplikationsen- het 310.

Utsignalen från multiplikationsenheten 300 är parametervärdetK1, och utsignalen fiån multiplikationsenheten 310 är parametervärdet K2. Multiplikationsenheten 300 innefattar en minnesenhet med parametrarna G11, Gl" samt Glm och har en styrin- gång kopplad till drifttillståndsignalen från analysatom 208. I beroende av dnfttill- ståndet multipliceras antingen Gll, GIII eller GlIlI med variabeln C, och resultatet matas till multiplikationspunkten 250. Multiplikationsenheten 310 fungerar på sam- ma sätt som enheten 300, men har tre parametrar G21, G2" samt G2m i sin minnes- enhet.

Multiplikationsenheten 300 är förbunden med multiplikatorpunkten 250 och enheten 310 är förbunden med additionspunkten 230. Multiplikationspunkten 250 har en ut- gång som är kopplad till en ingång hos additionspunkten 230. Additionspurtkten 230 har en utgång som är kopplad till en integrator 320. Integratom 320, som alstrar ett 10 15 20 25 511 217 14 estimerat magnetflödesvärde west, är kopplad till en utgång 330 hos estirnatom 200.

Vidare är integratoms utgång kopplad till en sample-ingång 340 hos sample-and- hold-kretsen 270.

Estimatorn 200 fungerar enligt följande: Ett aktuellt värde motsvarande spänningen Ud matas in på ingången 210 och ett ak- tuellt värde motsvarande strömmen iw matas in på ingången 220. Multiplikationsen- hetens 300 minne är försett med parametrar G1 som är så valda att produkten C*G1 blir ett närmevärde till parametem Kl i ekvation (12).

C*G|_1 := K1= -(RW+2'Rv) för drifttillstånd I Multiplikationsenheten 310 förses med parametervärden G2 så att produkten C*G2 är närmevärden till det strömoberoende spänningsfallet i de aktiva ventilema Tl re- spektive T2: C * G2_1 I: Kz = -ZUV fÖI' I Således erhålles på utgången från additionspunkten 230 ett estimat av spänningen ULW. Detta estimat matas till integratorn 320, och således erhålles på utgången 330 ett estimat av magnetflödet w.

När strömvärdet iw på ingången 220 blir noll så detekteras detta av nolldetektorn 240 och en triggsignal levereras till sample-and-hold-kretsens triggingång 260. Vid mottagande av triggsigiialen läser sample-and-hold-kretsen 270 in det aktuella vär- det på magnetflödesestimatet. Eftersom detta värde, som nämnts ovan, borde vara noll när strömvärdet är noll, så utgör det samplade värdet en representation av flöde- sestimeringsfelet wc. Detta felvärde levereras till parametenegulatorn 290 som utför en justering av variabeln C (och därmed av pararnetervärdena K; respektive Kg) i en sådan riktning att flödesestimeringsfelvärdet ska närma sig noll. 10 15 20 lså 5112517 Figur 6 illustrerar tidsförloppet för estimatet w' av magnettlödet såsom det alstras av estimatorn 200 enligt Figur 5.

I Figur 6 förutsätts spänningen Ud vara konstant, och strömvärdet iw varierar såsom illustreras i Figuren. Den feta linjen i Figur 6 illustrerar värdet på magnetflödesesti- matet när C*G1 är lika med summan Kl av de sanna förlustresistansema, och i Figu- ren 6 illustreras också det estimat U'l_w av spänningen Ul_w som då alstras av addi- tionspunkten 230 i Figur 5.

Såsom framgår av Figur 6 blir estimatet av magnetilödet noll samtidigt som ström- värdet blir noll när C * Gl = Kl. Såsom nämnts ovan i samband med Figur 5 blir värdet på flödesestimeringsfelet ip., då noll.

I Figur 6 visas också värdet hos flödesestimatet när absolutbeloppet av produkten C*G1 är mindre än absolutbeloppet av Kl. Såsom illustreras i Figur 6 kommer flö- desestimatet att ha ett positivt värde we när strömmen iw passerar noll om absolutbe- loppet av produkten C*G1 är mindre än absolutbeloppet av Kl. Detta innebär att flödesestimeringsfelet ty, som matas ut från sample-and-hold-kretsen 270 i Figur 5 kan utläsas i Figur 6.

I Figuren illustreras vidare ett estimat w' för magnetflödet när absolutbeloppet av produkten C*G1 är större än absolutbeloppet av det sanna värdet Kl hos förlustre- sistansen.

Såsom visas i Figur 4B utgörs det ekvivalenta schemat för de aktiva ventilema T2 respektive T1 av en resistor Rv och en spärmingskälla som illustrerar ett konstant spänningsfall UV i serie med en brytare. Detta ekvivalenta schema gäller generellt for en aktiv ventil såsom en bipolär transistor, en tyristor, en IGBT och för en MOSFET. För de tre förstnämnda gäller att spänningsfallet UV har ett positivt värde skilt från noll, medan det för en MOSF ET gäller att spänningsfallet UV är väsentli- gen lika med noll. 10 15 20 511217 16 För de passiva ventiler Dl och D2 som visas i Figur 4B gäller att ett väsentligen konstant spänningsfall uppstår när ventilen är framspänd, dvs. när ventilen leder ström. Exempel på sådana passiva ventiler är dioder, såsom exempelvis en SCHOTTKY-diod. Spänningsfallet UD har ett positivt värde skilt från noll, vanligen i storleksordningen 0,6 volt.

Om spänningsfallen UV och UD är små i förhållande till spänningsfallet iw(Rw+Rv) så kan U., och UD försummas och enheten 310 i Figur 5 kan utgå, varvid parameter- regulatorns 290 utsignal endast multipliceras med parametern G1 i enheten 300.

En andra utförinesfonn av en estimator En andra utföringsforrn av en estimator för estimenng av magnetflödet w visas i Fi- gur 7. Den i Figur 7 visade estimatom 400 överensstämmer med den i Figur 5 visade estimatom i så motto att den har en ingång 210 för ett värde motsvarande spänning- en Ud, en ingång 220 för ett värde motsvarande strömmen iw, en utgång 330 för ut- matning av ett magnetflödesestimat samt en additionspunkt 230 som alstrar ett värde motsvarande ett estimat Ulw av spänningen ULW över den rena induktansen, och en integrator 320 för att alstra magnetflödesestimatet i beroende av spänningsestimatet U1w.

Estimatorn 400 skiljer sig från den i Figur 5 visade estimatom genom att innefatta en fasfelsdetektor 410 vars ena ingång är kopplad till ingången 220, och vars andra ingång 430 är kopplad till integratorns 320 utgång. Fasfelsdetektorn har en utgång för en signal indikerande fasförhållandet mellan strömsignalen och magnetflöde- sestimatsignalen. Utsignalen från fasfelsdetektom 410 kan enligt en utföringsform av uppfinningen inta ettdera av följande tre logiska värden: Höj, Sänk, Frys . Detta kan realiseras exempelvis genom att fasfelsdetektom levererar en signal vars värde 10 20 25 17 511 21% har tre nivåer. Fasfelsdetektoms utsignal levereras till en räknerikmingsport hos en räknare 440.

Räknaren 440 har vidare en räkneingång 450 som mottar en pulssignal med väsent- ligen konstant pulsfiekvens från en oscillator 460. Räknaren 440 har en utgång 470 via vilken råknaren levererar ett digitalt räknevärde. Detta räknevärde är ett estimat av lindningsresistansen RWA.

Räknevärdeutgången 470 är kopplad till en adderare 472 som också mottar det ak- tuella parametervärdet ZRV, 0 eller Rv beroende på det aktuella drifttillståndet. En parameterenhet 474 har minnespositioner för ventilresistansvärden för de tre drift- tillstånden och en omkopplare 476 för att mata ut det aktuella ventilpararnetervärdet i beroende av en tillståndssignal på en ingång 478. Tillståndssignalen levereras från en tillståndsanalysator 208 som beskrivits ovan.

Adderarens 472 utsignal motsvarar parametem Kl i ekvation (12). Den utsignalen levereras till en ingång 480 hos en digital-analog-omvandlare 490. D/A- omvandlaren 490 har en referensspärmingsingång 500 som är kopplad till ingången 220 för mottagande av det analoga värdet iw.

Estimatorn 400 fimgerar enligt följande. Såsom nämnts ovan gäller för en reluk- tansmotor att magnetflödet och strömmen har värdet noll vid samma tidpunkt, vilket innebär att strömmen och magnetflödet i en reluktansmotor ligger väsentligen i fas med varandra. Medelst fasfelsdetektorn 410 detekteras fasförhållandet mellan den faktiska strömmen iw och det estimerade magnetflödet tyg, Det räknevärde som räknaren 440 alstrar motsvarar lindningsresistansen RW.

D/A-omvandlaren 490 åstadkommer en multiplikation av strömvärdet iw och räkne- värdet Kl, eftersom det analoga strömvärdet matas in på D/A-omvandlarens refe- rensingång. Därmed kommer D/A-omvandlarens utsignal att vara en analog signal 10 15 20 25 511 217 18 vars amplirud motsvarar strömvärdet multiplicerat med parametem Kl i ekvation (12).

Räknaren 440 i kombination med oscillatorn 460 utgör en integrerande krets, och utsignalen på räknarens utgång 470 utgör resultatet av tidsintegralen. Enligt denna utföringsform kommer parametervärdet K 1 att kontinuerligt justeras i beroende på fasförhållandet så att fasfelet minimeras, dvs. så att magnetsflödesestimatet anpassas att ligga i fas med den faktiskt uppmätta strömmen iw som matas in på estimatoms ingång 220. Detta medför den fördelen att estimatom automatiskt anpassar styrpa- rametern KI så att magnetflödesestimatet stämmer även när motorns lindning för- ändrar sin serieresistans RW och när transistorema Tl respektive TZ förändrar sin serieresistans, exempelvis till följd av temperaturförändringar.

En tredie utföiingsfonn av en estimator En tredje utföiingsform av estimatorn överensstämmer med estimatorn 400 i Fig. 7, men adderaren 472 och parameterenheten 474 utgår, dvs räknarens utgång 470 är kopplad direkt till D/A-omvandlarens ingång 480. Denna utföringsforrn av estima- tom är därför fördelaktigt enkel i sin konstruktion.

Ur ekvation (9) inses att ett noggrant estimat av magnetflödet erhålles även med den tredje utföringsforrnen när ventilresistansen 2Rv är mycket mindre än lindningsresi- stansen RW.

Varvtalsoberoende reglering av drivmomentet Genom reglering av de aktiva ventilema TIA, TZA, TIB, TZB, Tlc, TZC, (se Fig. 3) enligt ovan kan maskinens moment och varvtal styras med stor noggrannhet och minimerad energiförlust, eftersom ventilerna kan aktiveras att driva ström genom lindningama WA, WB, WC när momentutbytet blir som störst. Vidare innebär regle- 10 15 20 25 19 511 217 ringen enligt uppfinningen att maskinen kan styras med förbättrad noggrannhet och väsentligen varvtalsoberoende. Det minskade varvtalsberoendet inses av det ned- anstående: Som nämnts ovan i samband med Fig. 2A förändras induktansen LW i beroende av läget 9 när reluktansmaskinen drivs. Magnetflödet w förändras i beroende av induk- tansen och strömmen. När magnetkretsen ej är mättad blir sambandet: w = Lw(9) * iw (13) Derivering med avseende på tiden ger: div/dt = LW(9) * diW/dt + dLW(6)/d9 * dG/dt * iW (14) Ur ekvation (S) och (7) ovan inses att: UW = Dip/dt + RW * iW (15) Insättning av ekvation ( 14) i ekvation (15) visar att: UW = LW(9) * diW/dt + dLW(9)/d9 * dG/dt * iW + RW * iW (16) där dG/dt är rotorvinkelfrekvensen, dvs maskinens rotationshastighet.

Den andra termen dLW(9)/d6 * dG/dt * iW i ekvation 16 orsakar maskinens driv- moment, medan den tredje termen RW * iW utgör ren förlust. Eftersom den andra termen är proportionell mot rotationshastigheten inses att en större andel av lind- ningsspänningen UW leder till förlusteiïekt vid lägre varvtal. 511 217 20 Likaså inses från ekvation (16) att om reluktansmaskinen skulle regleras med ut- gångspurtkt från att lindningsresistansen RW år en förutbestämd konstant RC motsva- rande summan av resistansema i en faslindning så skulle felet bli störst vid låga varvtal, när den faktiska lindningsresistansen avviker från den förutbestämda kon- stanten. Eftersom lindningsresistansen har ett visst temperaturberoende ändrar sig den faktiska lindningsresistansen RW under maskinens drift. En estimator enligt uppfinningen medfor den fördelen att regleringen av maskinen kan anpassas till ma- skinens faktiska lindníngsresistans, och därmed kan regleringen av maskinen åstad- kommas med god noggrannhet i alla varvtal och i ett stort temperaturområde.

Claims (10)

10 15 20 25 30 21 511 217 PATENTKRAV

1. Förfarande för reglering av en reluktansmaskin med två inbördes rörliga delar och minst en faslindning (W A, WB, WC) vars induktans (LW) beror av delarnas inbördes läge, varvid förfarandet innefattar reglering av en styrbar ventil (Tl, T2) som är ställbar mellan ett väsentligen brutet tillstånd och ett ledande tillstånd, varvid venti- len är kopplad i serie med faslindningen och faslindningen har en resistans (RW): innefattande stegen att: a) mäta en ström (iw) genom faslindningen; b) mäta en spänning (Ud; Uw) över faslindningen och ventilen; c) alstra ett signalvärde (IJLWeSe, lPese) i beroende av strömmätvärdet och spänningsmätvärdet i enlighet med ett matematiskt uttryck innefattande en inställbar parameter (Kl; R*w), varvid parametem(K1; Rlw) beror av en resistans i faslind- ningen; d) fastställa ett relationsvärde mellan signalvärdet (ULWeet, West) och strömmätvärdet (iw); e) justera parametervärdet (Kl; R*w) i beroende av relationsvärdet; och t) reglera ventilen (Tl, T2) i beroende av signalvärdet (U Lwest, Teg).

2. F örfarandet enligt krav 1, modifierat genom att steget b) ersätts med steget att: antaga ett väsentligen konstant spänningsvärde (Ue) över faslindningen och ventilen.

3. Förfarandet enligt lcrav 1 eller 2, vidare innefattande stegen att: upprepa åtminstone stegen a) och c) efter justeringen av parametervär- det (Kl) så att det alstrade signalvärdet (U Lweet, Weee) utgör ett estimat av en storhet (ULw, W) som beror av strömvärdet och induktansen (Lw); ställa ventilen (Tl, T2) i beroende av signalvärdet (IJLwese, West) så att ett önskat drivmoment (TWA, TWB, TWC) erhålles. 10 15 20 25 30 511 217 22

4. Förfarande vid en reluktansmaskin med en första del och en andra del, vilka delar är rörliga i förhållande till varandra, varvid den första delen (30) innefattar ett mjukt magnetískt material och den andra delen (20) innefattar minst en faslindning (W A, WB, WC) som har en induktans (LW) som beror av delamas inbördes läge: vilket förfarande innefattar stegen att: a) mäta en ström (iw) genom faslindningen; b) mäta en spänning (Ud, UW) över faslindningen; c) alstra ett signalvärde (Umm, Wm) i beroende av snömmätvårdet och spärmings- mätvärdet i enlighet med ett matematiskt uttryck innefattande en parameter (Kl ; R'W) som motsvarar ett resistansvärde; d) fastställa delamas momentana inbördes läge i beroende av signalvärdet (U West, West) kännetecknat av att fastställa en skillnad eller en relation mellan signalvärdet (ULwcfl, *Pßg och strömmätvärdet (iw); och justera parametervärdet (K1; Rlw) i beroende av skilhiadsvärdet eller relationsvärdet.

5. Förfarandet enligt krav 4, vidare innefattande stegen att: upprepa åtminstone stegen a) och c) efter justeringen av parametervär- det (K1) så att det alstrade signalvärdet (U west, Wm) utgör ett esfimat av en storhet (U LW, LP) som beror av strömvärdet och induktansen (Lw); och fastställa delarnas momentana inbördes läge i beroende av signalvärdet wLWests Test)-

6. Förfarandet enligt lcrav 4 eller 5, vidare irmefattande stegen att: upprepa åtminstone steget d) efter justeringen av parametervärdet (Kl).

7. . Förfarandet enligt krav 4, 5 eller 6, varvid 10 15 20 25 30 23 511 217 justeringen av parametervärdet (Kl) påverkar ett därefter alstrat signal- värde (U Lwcst, Wm) så att absolutbeloppet av skillnadsvärdet minimeras.

8. Förfarandet enligt något av kraven 4 - 7, varvid steget e) innefattar stegen att: höja parametervärdet (Kl) när skillnadsvärdet har ett första tecken (+) och sänka pararnetervärdet (Kl) när skillnadsvärdet har ett andra tecken (-).

9. F örfarandet enligt något av kraven 1 - 8, varvid steget d) innefattar stegen att: fastställa en fasskillnad mellan signalvärdet (Umm, West) och ström- mätvärdet (iw); eller att fastställa en amplitud hos signalvärdet (U rwm, *Pegg vid en förutbe- stämd amprimdmvå hos suömmäwäfder (iw). i

10. Ett drivsystem för reglering av en elektrisk maskin med en första del och en and- ra del, vilka delar är rörliga i förhållande till varandra, varvid den första delen inne- fattar ett mjukt magnetiskt material och den andra delen innefattar minst en faslind- ning som har en induktans (LW) som beror av delarnas inbördes läge; vilket drivsys- tem innefattar: en styrbar ventil (Tl, T2) som är ställbar mellan ett väsentligen brutet tillstånd och ett ledande tillstånd; en första anslutning (80) och en andra anslutning (90), mellan vilka an- slutningar faslindningen är inkopplingsbari serie med ventilen, varvid seriekopp- lingen har en resistans (RW, Rv); en styrenhet (100) för styming av ventilen under inbördes rörelse mel- lan motordelarna; organ för mätning av en ström (iw) genom faslindningen; organ för mätning av en spänning (Ud) över faslindningen; organ för alstring av ett signalvärde (U Lwest, TM) i beroende av ström- mätvärdet och spänningsmätvärdet i enlighet med ett matematiskt uttryck innefat- tande en pararneter (K1; R'w) som motsvarar ett resistansvärde; 511 217' 24 organ for fastställande av en relation mellan signalvärdet (IJLWm, Wm) och strömmätvärdet (iw); organ for justering av parametervärdet (K1; Rlw) i beroende av rela- tionsvärdet; och varvid styrenheten innefattar organ for styrning av ventilen (T1, TZ) i beroen- de av signalvärdet (LJLWCSt, West) så att ett önskat drivmoment (TW) erhålles.