DE69305787T2

DE69305787T2 - Sensorlose Rotorlagemessung in elektrischen Maschinen

Info

Publication number: DE69305787T2
Application number: DE69305787T
Authority: DE
Inventors: William Frederick Ray
Original assignee: SWITCHED RELUCTANCE DRIVES Ltd; Switched Reluctance Drives Ltd
Current assignee: Nidec SR Drives Ltd
Priority date: 1992-06-03
Filing date: 1993-05-25
Publication date: 1997-03-06
Anticipated expiration: 2013-05-26
Also published as: ES2093363T3; EP0573198A1; EP0573198B1; US5467025A; GB9211685D0; SG52188A1; DE69305787D1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Messung der Rotorlage für eine elektrische Maschine. Die Erfindung ist insbesondere auf geschaltete Reluktanzmaschinen anwendbar.
Das Funktionsprinzip eines geschalteten Reluktanz(SR)motors und seines Aufbaus, die Erregung und die Steuerung sind durch viele Veröffentlichungen, wie die von P J. Lawrenson et al "Variable-speed switched reluctance motors" IEE Proc B, Electr Power Appl., Vol 127, No. 3, pp 253-265, 1980 bekkannt.
Das ist ebenso bekannt, daß um die beste Ausführung euies SR Motors oder Generators zu erhalten, die Anregung seiner Phasen vorsichtig in Beziehung auf die Rotorlage zeitlich abgestimmt werden sollte (siehe GB 1591346). Dies hat vorher den Gebrauch eines zusätzlichen Rotolagenumwandlers benötigt, welcher gewöhnlich eine Scheibe mit Zahnung oder Linien zusammen mit einem optischen oder elektromagnetischen Sensor, weicher dazu imstande ist, die Zeitpunkte, bei denen die Zähne oder Linien vorgeschriebene Lagen kreuzen, zu detektieren, gewesen sind.
Der Einbau eines Rotorlagentumwandlers in einen SR Motor schafft zusätzliche elektrische Verbindungen, zusätzliche Kosten und eine potentielle Quelle an Unzuverlässigkeit. Verschiedene Verfahren sind deshalb vorgeschlagen worden, um den Rotorlagenumwandler zu eliminieren. Als eine Alternative ist es möglich, die Rotorlage durch Messung und Prüfung des Stromes und der Flußverkettung in einer oder mehreren Phasen des Motors herzuleiten. Da der Phasenstrom für gewöhnlich für Steuerungszwecke sowieso gemessen werden muß und die Flußverkettung billig durch Messung der Phasenspannung erhalten werden kann, ist die sensorlose Rotorlagenmessung kommerziell nützlich.
Sensorlose Verfahren hängen für gewöhnlich von gespeicherter Information der Fluß-Strom-Rotorpositionskennzeichen des Motors ab. Ein typisches Beispiel für diese Kennzeichen ist in Figur 1 gezeigt. Die Speicherung dieser Daten hat ein zweidimensionales Feld von bedeutender Größe zur Folge, um akzepüable Genauigkeit zu erreichen. Einige Verfahren sind nur für relativ langsaine Geschwindigkeitsfunktion geeignet, auf welche der bekannte "Chopping" Modus der Stromsteuerung anwendbar ist, und andere Verfahren sind nur für relativ hohe Geschwindigkeitsfunktion passend, für welche der bekannte "Einzel-Impuls"-Modus der Stromsteuerung anwendbar ist.
Ein Verfahren, welches mehr dafür geeiguet ist, die Geschwindigkeitsftinktion herabzusetzen, welches bekannt ist (N M Mvungi und J M Stephenson "Accurate sensorless rotor position detection in an SR motor" EPE Conf Proc 1991 Vol I pp 390-393) beinhaltet die Anwendung von Explorationsstromimpulsen auf jede Phasenwicklung in Perioden, während welcher die Phase nicht für Drehmomenterzeugung betrieben wird. Um ein Gegenerzeugungsdrehmoment zu vermeiden, müssen diese Impulse klein in der Höhe sein und als ein Ergebnis wird der gemessene Fluß durch Ströme in anderen Phasen beeinflußt. Dies kann Fehler verursachen und Korrekturen müssen durchgeführt werden, welche die zusätzliche zweidimensionale Speicherung von gegenseitigen Magnetisierungsdaten erfordert.,
Ein Verfahren von Hedlund (siehe WO91/02401), welches für höhere Geschwindigkeitsfunktion geeigneter ist, benutzt die normalen Phasenströme für Lagenmessungszwecke. Dieses Verfahren erfordert das ständige Abtasten des Flusses und des Stromes und das Vergleichen des Flusses mit gespeicherten Werten für eine Referenzlage. Dies kann einen diesen gewidmeten digitalen Prozessor erfordern, um die sensorlose Lagenmessung durchzuführen.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, sensoriose Lagenmessung durch einmaliges Abtasten pro Erregungszyklus des Stromes und des Flusses in einer Phase zu liefern. Dies kann denselben digitalen Prozessor ermöglichen, welcher für die SR Motorsteuerung benutzt wird, ebenfalls zum Bestimmen der Rotorlage benutzt zu werden.
Entsprechend der Erfindung wird ein Rotorlagendetektionssystem für eine elektrische Maschine mit einer oder mehreren Phasen geliefert, das mindestens einen Stromumwandler, der zum Messen des Stromes in einer überwachten Phasenwicklung angeordnet ist, eine Einrichtung zum Herleiten einer Messung des magnetischen Flusses, der die überwachte Phasenwicklung anbindet und eine Stellereinrichtung zuin Messen des Stromes und gleichzeitig des Flusses für die überwachte Phasenwicklung zu einem Zeitpunkt, bei weichem die Wickelposition des Rotors nach einer Vorhersage mit einer Referenzposition übereinstimmt, wobei der Fehler zwischen der Position zu diesem Zeitpunkt und der Referenzposition, der durch einen Vergleich des gemessenen Stromes und des Flusses mit dem erwaiteten Strom und Fluss bei der Referenzposition bestimmt wird, umfaßt.
Das Verfahren entsprechend der Erfindung wird in Anspruch 11 definiert.
Andere Aspekte und Merkmale der Erfindung werden in den beigefügten Ansprüchen definiert.
Die Eründung kann auf verschiedene Arten in die Praxis umgesetzt werden, eine davon wird nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, in welchem:
Figur 2 zwei typische Referenzrotorlagen für verschiedene Funktionsmoden, die mit der Induktanz für eine Phase verbunden sind, zeigt;
Figur 3 ein schematisches Diagramm ist, das eine Ausführungsform des sensorlosen Rotorlagenmessungssysteines der Erfindung zeigt;
Figur 4 ein Graph der Veränderungen einer phaseninduktiven Kupplung nnt dem Strom für Referenzrotorlagen ist;
Figur 5 ein Graph für die Veränderung mit dem Strom der partiellen Ablenkung des Winkels im Hinblick auf den Fluß für eine gegebene Referenzrotorlage ist; und
Figur 6 ein schematisches Diagramm ist, das eine andere Ausführungsform des sensorlosen Rotorlagenmessungs-systemes der Erfindung zeigt.
Im Folgenden:
θ stellt die Rotorlage dar
ψ stellt die phaseninduktive Kopplung dar
i stellt den Phasenstrom dar
ψ' stellt die Phasen Voltsekunden dar
vs stellt die Gleichspannung dar.
Die Referenzrotorlage θr für eine Phase wird verschieden sein, abhängig davon, ob die Maschine motorisiert oder erzeugend ist und ob, die Geschwindigkeit über oder unter einem Schwellenwert ist.
Wenn die Geschwindigkeit über dem Schwellenwert (der "höhere Geschwindigkeitsmodus") ist und die Maschine motorisiert ist, ist die Referenzlage für eine Phase vorzugsweise so, daß für diese Lage die Phaseninduktanz ansteigend ist (typisch gezeigt als Position A in Figur 2). Die Referenzposition für diesen Fall sollte ebenfalls vorzugsweise so gewählt werden, daß der Strom normalerweise in der Phase bei dieser Lage anwesend ist.
Wenn die Geschwindigkeit über dem Schwellenwert ist und die Maschine erzeugend ist, ist die Referenzlage für eine Phase vorzugsweise so, daß für diese Lage die Phaseninduktanz abnehmend ist (typischerweise gezeigt als Position B in Figur 2). Die Referenzlage für diesen Fall sollte ebenfalls so gewählt werden, daß der Strom normalerweise in der Phase bei dieser Lage anwesend sein wird.
Wenn die Geschwindigkeit unter dem Schwellenwert ist (der "untere Geschwindigkeitsmodus") und die Maschine motorisiert ist, wird die Referenzlage für eine Phase vorzugsweise dieselbige wie die Position B sein, jedoch kann sie eine andere Lage in dem fallenden Induktanzbereich sein.
Wenn die Geschwindigkeit unter dem Schwellenwert ist und die Maschine erzeugend ist, wird die Referenzlage für eine Phase vorzugsweise dieselbige wie die Lage A sein, jedoch kann sie eine andere Lage in dem ansteigenden Induktanzbereich sein.
Die Schwellenwertgeschwindigkeit wird von dem Motoraulbau und der Anwendung ahängen, jedoch wird die für gewöhnlich so niedrig wie es passend mit ein er zufriedenstellen den sensorlosen Rotorlagenmessung, die die höhere Geschwindigkeitsreferenzlage benutzt, ist, sein. Für einige Anwendungen muß nur die höhero Geschwindigkeitsreferenzlage benutzt werden, in welchem Fall diese Schwellenwertgeschwindigkeit gleich null sein wird.
Die Geschwindigkeit kann durch zeitliche Abstiminung des Intervalls zwischen den gemessenen Rotorlagen oder durch Benutzen von bekannter Frequenz auf die Spannungsumwandlungstechniken, wie für vorangegangene SR Motorsteuerungssysteme, gemessen werden.
Figur 3 ist ein schematisches Diagramm, das eine besondere Ausführungsform zeigt, wobei die Rotorlage gemessen werden kann. Ein geschalteter Reduktanzmotor 1 hat eine Anzähl an Phasenwicklungen 2, welche mit Hilfe einer Leistungsumschaltschaltung 3, die Halbleiterschalter beinhaltet und den Strom von einer Gleichspannungsstromquelle 4 abzieht (oder Leistung zurückgibt). Die Gleichspannungsquelle kann durch Gleichrichtung einer Wechselstromhauptquelle erhalten werden. Die Halbleiterschalter werden einund ausgeschaltet, abhängig von der Rotorlage, entsprechend den vorherigen bekannten Strategien, durch eine elektronische Steuereinheit 5. Um diese Stralegien auszuführen, erfordert die elektronische Steuer einheit Informationen über die Phasenströme und die Rototlage und die Geschwindigkeit.
Die Erfindung betrifft nicht die Form der Gleichspannungsquelle, der Leistungsumschaltschaltung oder der Steuerungsstrategien, welche alle in verschiedenen Veröffentlichungen beschrieben worden sind, und diese Aspelte werden nicht weiter detailliert beschrieben werden.
Die Einrichtungen, die zum Bestimmen der Rotorlage notwendig sind, umfassen einen digitalen Prozessor 6, einen Stromumwandler 7 zum Ausstatten des digitalen Prozessors mit einer Messung des Phasenstromes (Ströme), und einen oder mehrere Spannungsumwandler 8 und zurücksetzbare elektronische Integiatoren θ zum Ausstatten des digitalen Prozessors mit einer Messung der phasenindliktiven Kopplung. Die Strommessungssignale werden ebenfalls an die elektronische Steuereinheit und die zurücksetzbaren Integratoren geliefert. Obwohl aus Bequemlichkeitsgründen der Darstellung Figur 1 den Strom und den Spannungsumwandler in der Box, die den Motor 1 darstellt, zeigt, werden in der Praxis diese Umwandler in der Leistungsumschaltschaltung 3 enthalten sein, um so die Anzahl der Verbindungen mit dein Motor zu minimieren.
Eine Steuersignalschnittstelle 10 verbindet die elektronische Steuereinheit init dein digitalen Prozessor und die Steuerungssignale zum Iniziieren und Zurücksetzen des Integrators θ verlaufen von dem digitalen Prozessor entlang der Linien 11. Der digitale Prozessor kann ebenfalls analoge und digitale Umwandler beinhalten, um die gemessenen Werte in digitale Form, falls notwendig, umzuwandeln.
Durch Betrachten der Funktion in dem höheren Geschwindigkeitsmodus unter Antriebsbedingungen und angenommen, daß, bei einem Vorhaltezeitpunkt, die Rotorlage θm sind nahe der Referenzlage θr für eine besondere Phase ist, welche aus Bequeinlichkeit die Phase 1 genannt wird. Zu dem Vorhaltezeitpunkt werden Messungen von dem Fluß ψV in und dem Strom im für die Phase 1 durchgeführt.
Figur 4 zeigt die Veränderung des Flusses ψ mit dem Strom i für die Referenzrotorlage θr und aus dieser Charakteristik kann der erwartete Fluss ψe für den gemessenen Strom im verrechnet werden. Der Fluß ψe ist der Fluß, welcher gemessen werden würde, wenn die Vorhalterotorlage θm in identisch mit der Referenzlage θr sein würde.
Um ψm mit ψe für jeden gemessen Strom im zu vergleichen, ist es deshalb ein Merkmal dieser Ausführungsform, in dein digitalen Prozessor für die Referenzlage Werte des Flusses ψ für einen Wertesatz am Phasenstrom i zu speichern Dies hat den Vorteil, verglichen init anderen Verfahren der sensorlosen Lagendetektion, daß ein eindimensionales Wertefeld erforderlich ist. Der Unterschied zwischen dem gemessenen Fluß ψm und dem erwarteten Fluß ψe wird durch den digitalen Prozessor
Δψ = ψm - ψe berechnet.
Figur 4 zeigt ebenfalls die Veränderung des Fluß ψ mit dem Strom i für die Position θr, - Δθ, knapp vor der Referenzlage, und für θr + Δθ knapp nach der Referenzlage. Es wird gesehen werden, daß für einen gegebenen Strom ψ mit θ für den Bereich der Referenzlage für den Fall des höheren Geschwindigkeitsmoduses unter Antreibebedingungen ansteigt.
Figur 5 zeigt die Variation der Veränderung des Rotorwinkels mit dem Fluß (δθ/δψ) mit dem Strom i für die Referenzrotohage θr und aus dieser Charakteristik kann der Wert (δθ/ ψ)m für den gemessenen Strom im bestimint werden.
Der Winkelunterschied Δθ zwischen der Vorhaltelage θm, und der Referenzlage θr kann dann durch den digitalen Prozessor mit berechnet werden.
Die den Winkelunterschied zwischen der Vorhaltelage (bei welcher die Messungen des Flusses und des Stromes gemacht werden) und der Referenzlage zu bestimmen, ist es deshalb auch ein Merkmal dieser Ausführungsform, in dem digitalen Prozessor für die Referenzlagewerte die partielle Ableitung δθ/δψ (oder ihrer Umkehrung δψ/δθ) für einen Wertesatz des Phasenstromes i zu speichern.
Da die Referenzlage θr bekannt ist, kann die wahre Rotorlage bei dem Vorhaltezeitpunkt aus Δθ mit
θm θ + θ berechnet werden.
Die erwartete Zeit bis zu der nächsten Rotorlage kann dann durch Benutzen des bekannten Wertes der Motorgeschwindigkeit abgeschätzt werden. Unter Beschleunigungs- oder Bremsbedingungen kann eine Korrektur notwendig sein, an der Motorgeschwindigkeit durchgeführt zu werden.
Wenn alle Phasen zur Messung benutzt werden, wird die nächste Rotorreferenzlage die für Phase 2 sein (oder was für eine nächste Phase auch ummer in der Reihenfolge sein wird). Für einen n-Phasenmotor mit p Rotorpolen wird der Rotationswinkel zu dieser Lage (360/np)º - Δθ sein und durch Dividieren dieses Winkels durch die Geschwindigkeit kann die Zeit, die erforderlich ist, um diese nächste Lage zu erreichen, abgeschätzt werden.
Wenn nur Phase 1 für die Messung benutzt wird, wird die nächste Rotorreferenzlage nach einer Rotation von (360/p)º - Δθ sein und durch Dividieren dieses Winkels durch die Geschwindigkeit kann die Zeit, die erforderlich ist, um diese Position zu erreichen, abgeschätzt werden.
Die Vorhaitezeit für die nächste Referenzlage wird dann durch Benutzen eines hohen Frequenztaktes durch bekannte Einrichtungen ausgezählt und zu dem Zeitpunkt hat solch eine Zeit eine weitere Messung des Flusses ψm verstrichen und der Strom im wird für die korrespondierende Phase hergestellt. Aufgrund von Veränderungen in der Geschwindigkeit und Toleranzen in den gespeicherten Daten und den Berechnungen wird die Vorhaltelage θm nicht identisch mit der Referenzlage θr sein. Der Winkelunterschied für θr - θm kann wiederum durch Benutzen der Gleichungen (1) und (2) und dem Ablauf, der oben aufgeführt ist, berechnet werden.
Der Ablauf des Vorherplanens der Rotohagen auf einer Phasen-auf- Phasen-Basis und des Messens dei wahren Rotorlage bei jedem Messungszeitpunkt wird wiederholt, um eine zusätzliche Anzeige der Rotorlage als ein direkter Ersatz für existierende optische und elektromagnetische Rotorlagesensoren zu liefern.
Der Ablauf für den Fall der höheren Geschwindigkeitsftinktion und der Rückkopplungsbedingungen ist derselbe wie oben beschrieben, außer, daß die Werte von δθ/δψ, die in Figur 5 gezeigt werden, negativ sein werden (anstelle von positiv) für die korrespondierende typische Referenzrotorlage, die als Position B in Figur 2 gezeigt wird. Wenn die Lage B symmetrisch gegenüber der Lage A ist (im Hinblick auf die maximale Induktanzlage), dann wird nur ein Wertesatz für jede der Figuren 4 und 5 benötigt, um in dem digitalen Prozessor gespeichert zu werden und dein Vorzeichenwechsel für die Rückkopplungsbedingungen in dem Berechnungen entsprechend Rechnung zu tragen. Wenn die Lagen A und B wesentlich verschieden sind, dann wird ein Wertesatz für Figur 4 und Figur 5 sowohl für die motorisierte als für die Rückkopplungsbedingungen gespeichert werden müssen.
Für den niedrigeren Geschwindigkeitsmodus ist es, wenn die bekannte Stromchoppensteuerung in Funktion ist, nicht passend den Hauptanregungsstrom für die Phase für Rotorlagenmessungszwecke benutzen. In diesem Fall worden Explorationsstromimpulse in den Zeiten eingespeist, bei denen die Phase nicht normal betrieben wird.
Es wird der Fall des niederen Geschwindigkeitsanüeibens betrachtet. Die Rotorreferenzlage für eine Phase wird jetzt als die Lage B angenommen (d. h. dieselbige oder ungefähr dieselbige Lage, wie für das höhere Geschwindigkeitsabgeben). Bezüglich des höheren Geschwindigkeitsfalles wird die nächste Rotorreferenzlage auf einer Phase-durch-Phase-Basis vorhergesagt. Bei Ankommen an der Vorhaltelage wird ein kurzer Dauerspannungsimpuls auf die Phase durch die Leistungsumschaltschaltung angewendet und der Fluß und der Strom werden am Ende des Spannungsimpulses gemessen. Die Anweisung zum Ausführen des Spannungsimpulses wird an die elektronische Steuerung 5 durch den digitalen Prozessor 6, der die Steuerungsschnittstelle 10, die in Figur 3 gezeigt wird, benutzt, liefert. Der Unterschied zwischen der Vorhalterotorlage θm und der Rotorreferenzlage θr wird auf derselben Basis wie oben beschrieben berechnet. Die wahre Rotorlage wird dadurch zu jedem Zeitpunkt, bei dem die Messungen durchgeführt werden, festgestellt.
Der Fall der niedrigeren Geschwindigkeitsrückkopplung ist derselbe wie für niedrigere Geschwindigkeitsantreibung, außer daß die Referenzrotorlage typischerweise die Lage A anstelle von der Lage B ist.
Die Erfindung ist deshalb auf alle Funktionsgeschwindigkeiten anwendbar, wenn die Maschine angetrieben oder rückgekoppelt wird.
Verschiedene Anordnungen können für die Messung des Flusses benutzt werden. Jede bekannte Form des Flußumwandlers könnte benutzt werden. Die Messung ist vorzugsweise mit Hilfe der analogen und digitalen Elektronik zurücksetzbaren Integratoren (welche die Phasenspannung im Hinblick auf die Zeit t integlieren) zusammen mit der Einrichtung zur Kompensation für die Widerstandsspannung in der Phasenwicklung.
Dei Integiator führt die Gleichung aus: wo
v die Phasenspannung ist
i der Phasenstrom ist
R der Phasenwiderstand ist
tm der Zeitpunkt der Messung ist.
Die Integratorstartzeit t&sub0; wird angesetzt, um der Zeitpunkt der Anwendung der Spannung auf die Phase zu jeder Zeit, wenn die Phase erregt wird (für den höheren Geschwindigkeitsmodus) oder zu jeder Zeit, in der ein Explorationsimpuls angewendet wird (für den niedrigeren Geschwindigkeitsmodus) zu sein. Zur Zeit t&sub0; ist der Strom i null. Der digitale Prozessor wird von dem Zeitpunkt der Anwendung der Spannung auf die Phase durch die elektronische Steuerung, die die Steuerungsschnittstelle (10), welche in Figur 3 gezeigt wird, benutzt, informiert.
Der Integrator wird durch den digitalen Prozessor zurückgesetzt, nachdem jedes Flußlesen durchgeführt worden ist.
Der digitale Prozessor ist nur vorläufig, um den Integrationsprozess zu starten und zu beenden und um die Berechnungen, die der Strom- und Flußmessung folgen, durchzuführen, welche das Vorhersagen der nächsten Rotorreferenzlage ermöglichen. Dies kann nur einen kurzen Teil des Zeitintervalles zwischen aufeinanderfolgenden Vorhaltelagen darstellen, und für die verbleibende Zeit wird der digitale Prozessor leerlaufend sein. Es ist deshalb möglich, die existierende elektronische Steuerung 5 in Figur 3 ebenso zu benutzen, um Rolle des digitalen Prozessors 6 in Figur 3 zu erfüllen und dadurch den Bedarf eines separaten digitalen Prozessors für den Zweck der Rotorlagenmessung zu vermeiden. Der Gebrauch eines Einzelprozessors/Steuerung ist ein Vorteil der Erfindung, und das korrespondierende System wird schematisch in Figur 6 gezeigt.
In den Anwendungen, für welche die Gleichspannung vs (siehe Figur 3) relativ groß im Vergleich zu dein Spannungsabfall an den Halbleiterschaltern in der Leistungsumschaltschaltung ist, kann die Gleichspannung gemessen werden und anstelle der individuellen Phasenspannung integriert werden. Dies hat den Vorteil, daß nur eine Spannung gemessen werden muß. In diesem Fall des höheren Geschwindigkeitsmoduses der Funktion ist es notwendig, für die Referenzlage, vor der Umschaltlage für die Phase zu sein. Dies kann durch geeignete Wahl der Reterenzlage ein gerichtet werden.
Der Fluß wird dann gemessen durch:
Als ein Alternative zum Benutzen von separaten Elektronikintegratoren kann der digitale Prozessor durch Vervielfachen der Gleichspannung (oder der Phase) mit der Zeit auf einer Schritt-für-Schritt-Basis benutzt werden. Dies hat den Nachteil, daß der digitale Prozessor im wesentlichen belegt ist und nicht eine separate Einheit sein kann.
Vorausgesetzt die Versorgungsspannung ist im wesentlichen konstant und groß im Vergleich zu der Widerstandsspannung iR, können verschiedene Näherungen durchgeführt werden.
Zum Beispiel:
ψm = (Vs - kim R)(tm - to) (5)
wobei k eine Konstante ist, typischerweise k = 0.5, so daß:
Als eine weitere Ausführungsform kann in dem Fall, wo die Versorgungsspannung vs relativ gioß im Vergleich zu der Widerstandsspannung iR isl, der Bedarf, den Widerstandsspannungsabfall zu kompensieren, durch Benutzen eines modifizierten Wertes für den Fluß in den gespeicherten Daten, die durch Figuren 4 und 5 dargestellt werden, vermieden werden.
In diesem Fall werden die Werte der induktiven Phasenkopplung ψ für einen besonderen Strom i und eine besondere Rotorlage θ, die in dem digitalen Prozessor, wie durch Figuren 4 und 5 dargestellt, gespeichert ist, durch Wert des Vollsekundenintegrals ψ', das erforderlich ist, um den Phasenstrom i für die Rotorlage zu erzeugen, wie es durch
gegeben ist, ersetzt.
Durch Testen der Maschine, um die Tabelle der Werte von ψ' und δθ/δψ' festzustellen, kann v aus Bequemlichkeit konstant gehalten werden (vorausgesetzt, v ist relativ groß) und vorzugsweise vs sein.
Der Rotorlagenmessungsablauf ist derselbe, wie bereits in dieser Anwendung beschrieben, außer daß der gemessene Fluß ψm und der erwartete Fluß ψe und eine partielle Ableitung (δθ/(δψ) jeweils durch ψe und (δθ/δψ') ersetzt werden, worin ψ'e und (δθ/δψ) so erhalten werden, wie es von den gespeicherten Daten, die durch die Figuren 4 und 5 dargestellt werden, beschrieben wird, wo der Fluß ψm' gemessen wird durch
ψm = Vs (tm - t&sub0;) (6)
Die Gleichung (3), (4), (5) und (6) stellen verschiedene Abschätzungsverfahren für die induktive Phasenkopplung für den Zweck des Identifizierens der Rotorlage dar und somit stellen sie verschiedene Verwirklichungen der Eifindung dar.
Im Falle der Gleichungen (5) und (6) sind die zurücksetzbaren elektronischen Integratoren nicht erforderlich. Die gemessene Quellenspannung vs wird direkt an den digitalen Prozessor geliefert. Der Phasenfluß ψm (oder ψm') wird dann durch Beixutzen der Gleichüngen (5) oder (6) durch den digitalen Prozessor berechnet.
Die verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung, die oben beschrieben werden, sind auf der Messung des Flusses ψm und des Stromes im bei einer Vorhalterotorlage im Nachschlagen des erwarteten Flusses ψe für den gemessenen Strom im, der mit der Referenzrotorlage korrespondiert, und der Berechnung des Unterschiedes Δθ zwischen der Referenzrotorlage und der Vorhalterotonage entsprechend der Gleichung passieren:
Die Gleichung (7) ist die Kombination der vorangegangenen Gleichungen (1) und (2).
Als ein weiterer Satz der Ausführungen kann, immer noch auf der Messung des Flusses ψm und des Stromes im, wie es Gegenstand dieser Erfindung ist, basierend der erwartete Strom ie für den gemessenen Fluß ψm, der mit der Referenzrotorlage konespondiert, aus der Charakteristik, die in Figur 4 gezeigt wird, nachgeschlagen werden und benutzt werden, um die wahre Rotorlage zu berechnen, anstelle des Benutzens des erwarteten Flusses ψe für den gemessenen Strom im. In diesem Fall:
Die Gleichung (8) ist der Folgesatz der Gleichung (7).
Für diese Ausführungsformen ist es deshalb notwendig, in dem digitalen Prozessor für die Referenz lagewerte der partiellen Abgleichung δθ/δi (oder ihrer Umkehrung δi/δθ) für einen Wertesatz des Flusses ψ (anstelle des Speicherns der Werte von δθ/δψ für einen Wertesatz des Stromes i, wie in Figur 5 gezeigt) zu speichern.
Die alternative Berechnung, die durch die Gleichung (8) definiert wird, ist insbesondere für den niedrigeren Geschwindigkeitsmodus der Funktion relevant, für welchen Explorationsimpulse der Spannung auf die Phasenwicklung, wie oben beschrieben, angewendet werden. Da diese Impulse von einer festgesetzten Zeitdauer sein können und die Phasenspannung im wesentlichen die gleiche, wie die Versorgungsspannung sein kann, wird der "gemessene" Fluß ψm in wesentlichen derselbe für jeden Spannungsimpuls sein. Es ist deshalb möglich, sofern die Versorgungsspannung im wesentlichen dieselbige verbleibt, nur einen Wert für δθ/δi (oder δi/δθ) korrespondierend zu diesem besonderen Wert von ψ für die Referenzrotorlage zu speichern.

Claims

1. Ein Rotorlagedetektionssystem für eine elektrische Maschine nüt einer oder mehrerer Phasen, umfassend mindestens einem Stromumwandler (7), der zum Messen des Stromes in einer überwachten Phasenwicklung (2) angeordnet ist, eine Einrichtung (9) zum Herleiten einer Messung des magnetischen Flusses, der die überwachte Phasenwiddung anbindet, und eine Steuereinrichtung (5) zum Messen des Stromes und gleichzeitig des Flusses für die überwachte Phasenwicklung zu einem Zeitpunkt, bei welchem die Winkelposition des Rotors nach einer Vorhersage mit einer Referenzposition ( r) übereinstimmt, wobei der Fehler ( ) zwischen der Position zu diesem Zeitpunkt und der Referenzposition, der durch einen Vergleich des gemessenen Stromes und des Flusses mit dem erwarteten Strom und Fluß bei der Referenzposition bestümnt wird.

2. System nach Anspruch 1, das eine Einrichtung zum Berechnen der Zeit beinhaltet, bevor der Rotor die nächste Referenzlage erreicht, und um es der Steuereinrichtung zu ermöglichen, die Messungen zu dem nächsten Zeitpunkt zu wiederholen, bei welchem die Winkellage des Rotors nach der Vorhersage mit ein er nächsten Referenzlage übereinzustimmen.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, in welchem die Steuereinrichtung einen digitalen Prozessor (6) beinhaltet.

4. System nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, in welchem die Referenzlage der überwachten Phasenwicklung mit einer Winkellage zusammenfällt, bei welcher die überwachte Phaseninduktanz steigend oder abfallend ist.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in welchem die Einrichtung zum Herleiten einer Messung des Flusses eine Integratoreinrichtung (9) zum Empfangen der Eingangssignale, die sich auf den Stromdurchfluß und die Spannung entlang der überwachten Phasenwicklung beziehen, umfaßt.

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, in welchem die Steuereinrichtung einen Maschinenstrom und Flußvorhersagealgorithmus speichert, wobei der Algorithinus angeordnet ist, um eine gemessene Rotorwinkellage zu liefern, die auf dem Produkt der Differenz des gemessenen und vorhergesagten Flusses und der Änderungsrate des Rotorwinkels im Hinblick auf den Fluß basiert.

7. System nach Anspruch 6, in welchem die Steuereinrichtung angeordnet wird, um eine Nachschautabelle der Werte der parziellen Ableitung des Rotorwinkels im Hinblick auf den Fluß für jeden Satz von Werten des überwachten Phasenstromes oder von Rotorwinkel im Hinblick auf den Strom für jeden Satz an Werten der überwachten Phasenflußanbindung zu speichern.

8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, in welchem die Steuereinrichtung zum Bestimmen des Momentes, bei welchem eine Folgereferenzlage passieren wird, das auf der Zeitgebung des Rotors bei einer gemessenen Geschwindigkeit von der bestimmten Referenzlage basiert, bedienbar ist.

9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das eine Spannungserzeugungseinrichtung beinhaltet, die durch die Steuereinrichtung zum Anlegen eines Spannungsimpulses an der überwachten Phase bei der Lage zu dein Zeitpunkt gesteuert wird, wobei die Steuereinrichtung angeordnet ist um den Strom in der überwachten Phasenwicklung und des Flusses, dei die überwachte Phasenwicklung durch Bestimmung des Spannungsimpulses verbindet, zu messen.

10. Eine elektrische Reluktanzmaschinensteuereinrichtung, die ein Lagendetektionssystem nach jedem der Ansprüche 1 bis 9 beinhaltet.

11. Verfahren zum Detektieren der Lage eines Rotors relativ zu einem Stator auf einer elektrischen Maschine, wobei das Verfahren umfaßt:

Messen des Stromes durch eine überwachte Phasenwicklung der Maschine; Messen des Flusses, der die überwachte Phasenwicklung verbindet, gleichzeitig mit der Messung des Stromes zu einem Zeitpunkt, bei welchem die Winkellage des Rotors bestimmt wird, um mit einer Referenzlage übereinzustimmen; und Bestimmen des Fehlers zwischen der Lage zu dem Zeitpunkt und der Refereazwinkellage durch einen Vergleich des gemessenen Stromes und des Flusses mit dein erwarteten Strom und Fluß bei der Referenzlage.

12. Verfahren nach Anspruch 11, das das Berechnen der Zeit, bevor der Rotor die nächste Referenzlage erreicht, und das Wiederholen der Messungen zu dem nächsten Zeitpunkt, bei welchem die Winkellage des Rotors bestimmt wird, um mit einer nächsten Referenzlage übereinzustimmen, beinhaltet.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, in welchem die Referenzlage für die überwachte Phasenwicklung mit einer Winkellage übereinstimmt, bei welcher die überwachte Phaseninduktanz ansteigend oder abfallend ist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, das das Messen des Flusses durch integrierende Signale, die sich auf den Strom durch und die Spannung an den überwachten Phasenwicklungen bezieht, beinhaltet.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, das das Speichern eines Maschinenstromes und eines Flußvorhersagealgorithmusses beinhaltet, der eine gemessene Rotorwinkellage liefert, die auf dem Produkt der Differenz des gemessenen und bestimmten Flusses und der Änderungsrate des Rotorwinkels im Hinblick auf den Fluß basiert.

16. Verfahren nach Anspruch 15, das das Speichern der Werte der partiellen Ableitung des Rotorwinkels im Hinblick auf den Fluß für jeden Satz an Werten des überwachten Phasenstromes oder der Rotorwinkel im Hinblick auf den Strom für jeden Satz an Werten der überwachten Phasenflußverbindung beinhaltet.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, das das Bestimmen des Momentes, bei welchem eine folgende Referenzlage passieren wird, beinhaltet, die auf der Zeitgebung des Rotors bei einer gemessenen Geschwindigkeit von der bestimmten Referenzlage basiert.

18. Verfahren nach jedem der Ansprüche 11 bis 17, das das Anlegen eines Spannungsimpulses an der überwachten Phase an der Lage zu dem Zeitpunkt und das Messen des Stromes in der überwachten Phasenwicklung und des Flusses, der die überwachte Phasenwicklung über das Bestimmen des Spannungsimpulses verbindet, beinhaltet.