DE69724564T2 - Hysterese-Regelung des Stromes einer Reluktanz-Maschine - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft Hysteresestromsteuerungen für Reluktanzmaschinen.
• Die geschaltete Reluktanzmaschine ist ein Beispiel für eine elektrische Last, die eine variable Induktivität aufweist. Sie enthält einen Stator, der Statorpole definiert, und einen Rotor, der Rotorpole definiert. Erregerwicklungen sind in Bezug auf die Statorpole gewickelt. Typischerweise stehen Gruppen von Wicklungen gleichzeitig als Phase unter Energie. Die Erregung der Wicklungen der oder jeder Phase wird durch Schalten einer elektrischen Energiequelle in einer Phasenschaltung gesteuert, die die Phasenwicklungen aufweist. Die Reluktanzmaschine kann entweder als Motor oder als Generator betrieben werden. Eine Beschreibung der geschalteten Reluktanzmaschinen und ihrer Steuerung kann in dem Artikel „The Characteristics, Design and Applications of Switched Reluctance Motors and Drives' von Stephenson und Blake gefunden werden, vorgelegt bei PCIM' 93 Konferenz und Ausstellung in Nürnberg, Deutschland, Juni 21–24, 1993.
• Das Drehmoment, das von dem geschalteten Reluktanzmotor entwickelt wird, wird normalerweise bei geringer Geschwindigkeit gesteuert, indem die Strommenge in den Phasenwicklungen eingestellt wird, also der Motor wird als „stromgespeist„ bezeichnet. Normalerweise ist eine Spannungsquelle das praktikabelste Mittel zum Herleiten elektrischer Energie, und so ist eine Stromsteuerung notwendig. Die Stromsteuerung steuert die Zustände der Energieschalter, um eine Spannung über die Phasenwicklung derart anzulegen, dass der erforderliche Strom in der Phasenwicklung aufgebaut wird. Die Leistungsfähigkeit der Stromsteuerung im instabilen Zustand und im stabilen Zustand wird durch die Eigenart der elektrischen Last bewirkt, die die Phasenschaltung liefert.
• Im Gegensatz zu Gleichstrom- und Induktionsmotoren hat die Wicklung der geschalteten Reluktanz-Maschine weder eine konstante Induktivität noch weist sie einen einfachen Bewegungs-EMF-Effekt auf. Ein mathematischer Ausdruck für das elektrische Verhalten der geschalteten Reluktanzphasenschaltung kann beschrieben werden durch:

  

  wobei:
  ν die Phasenspannung,
  R der Phasenwiderstand,
  i der Phasenstrom,
  L die Phaseninduktivität,
  l die inkrementelle Phaseninduktivität,
  ω die Winkelgeschwindigkeit,
  θ der Rotorwinkel relativ zum Stator
  sind.
• Die drei unterschiedlichen Ausdrücke in der Gleichung 1 können wie folgt erklärt werden:
  der erste Ausdruck (iR) ist der Widerstandsspannungsabfall in der Phasenwicklung;
  der zweite Ausdruck (l(i, θ)di/dt) ist proportional zur Änderungsrate des Phasenstroms und ist die effektive Induktivität der Phase, also die inkrementelle Induktivität. Dieser Ausdruck kann von Natur aus als nichtlinear angesehen werden, da die inkrementelle Induktivität eine Funktion des Stroms und des Winkels ist. Ein Ausdruck, der die Änderung der inkrementellen Induktivität einer beispielhaften geschalteten Reluktanzmaschine zeigt, ist in 1 der Zeichnungen dargestellt, die einen Graphen der inkrementellen Induktivität gegenüber dem Rotorwinkel für verschiedene Werte des Phasenstroms zeigt. Dies zeigt, dass die inkrementelle Induktivität von 10 bis 1 variieren kann für eine Maschine, die bei einem breiten Strombereich betrieben wird, beispielsweise ein Servoantrieb;
  der letzte Term der Gleichung 1 (iω∂L(i, θ)/∂θ) kann als proportional zu der Winkelgeschwindigkeit (ω) angesehen werden, und wird folglich manchmal als „Bewegungs-EMF„ bezeichnet. Er entsteht, da die Phaseninduktivität eine Funktion des Rotorwinkels ist und folglich mit der Zeit variiert, wenn die Maschine dreht. Er ist ebenfalls von Natur aus nicht linear und hängt davon ab, wie die Phaseninduktivität mit dem Rotorwinkel bei einem bestimmten Phasestrom und einem Rotorwinkel variiert. 2 zeigt die Bewegungs-EMF für eine geschaltete Reluktanzmaschine für eine gegebene Geschwindigkeit und verschiedene Werte des Phasenstroms.
• Eine Form der Stromsteuerung, die oft verwendet wird, bei Reluktanzmaschinen ist die Hysteresestromsteuerung. Sie ist weit verbreitet aufgrund der hohen Bandbreitensteuerung, die erreichbar ist, und aufgrund der Einfachheit ihrer Implementierung. Formen der Hysteresestromsteuerung sind in der EP-A-06 35931 beschrieben.
• Die Hysteresestromsteuerung arbeitet durch Änderung des Leitzustandes der Energieschalter in der Stromsteuerung, jedes Mal wenn der Strom einen Schwellenwert über oder unter dem geforderten Strom erreicht. Der Bereich zwischen dem oberen und unteren Schwellenwert ist als Hystereseband bekannt. Eine einfache Hysteresestromsteuerfunktion ist in dem Graphen gemäß 3 gezeigt, bei dem die angelegte Spannung einen konstanten Betrag aufweist, jedoch entgegengesetzte Polarität, für den Ein- und Auszustand der Energieschalter, und es wird angenommen, dass der Strom in linearer Weise ansteigt und abfällt. In der Praxis ist dies nicht der Fall, jedoch dient es zur allgemeinen Darstellung der Hysteresechoppingwellenform, bei der der Strom frei ist innerhalb der Grenzen des oberen und unteren Schwellenwertes zu variieren, und durch Schalten gesteuert wird, wenn er einen Schwellenwert überschreitet. Vereinfachte Ausdrücke für die Ein- und Aus-Zeiten (in 3 mit t_on und t_off gezeigt) können verwendet werden, um die folgende Gleichung abzuleiten: f = (V2 – i2a R2 – 2iaνRε – ε2)/2lihV (2)wobei:
  f die Schaltfrequenz,
  V die DC-Linkspannung,
  i_aν der durchschnittliche Phasenstrom,
  R der Phasenwiderstand,
  ε der „Bewegungs-EMF„,
  l die inkrementelle Induktivität,
  i_h die Breite des Hysteresebandes
  sind.
• Die Gleichung 2 nimmt an, dass der instabile Phasenstrom in linearer Weise ansteigt und abfällt, wie oben erwähnt. Da dies nicht vollständig exakt ist, vorausgesetzt, dass die Schaltperiode kurz ist, verglichen mit der Zeitkonstante der induktiven Last (was normalerweise der Fall ist für eine geschaltete Reluktanzmaschine) ist der Fehler aufgrund dieser Näherung an die Linearität akzeptabel klein.
• Aus Gleichung 2 ist ersichtlich, dass die Schaltfrequenz gemäß den bestimmten Phasenschaltungsparametern variiert, sofern nicht die Breite des Hysteresebandes geeignet eingestellt ist. In der Praxis wird dies nicht durchgeführt, aufgrund der Anforderung eine signifikante Datenmenge basierend auf den elektromagnetischen Eigenschaften der Maschine zu speichern. Es würde ebenfalls ein Erfassen der Rotorposition und der Geschwindigkeit erfordern, zusätzlich zum Strom, und eine sehr schnelle Datenverarbeitung, um die richtige Breite des Hysteresebandes zu bestimmen. Wenn eine herkömmliche Hysteresestromsteuerung verwendet wird, ändert sich folglich die Energieschaltfrequenz und es entsteht oft ein unerwünschtes akustisches Rauschen.
• In der einfachsten Form einer Hysteresestromsteuerung wird ein festes Hystereseband verwendet, welches um einen geforderten Strom herum zentriert angeordnet ist. Es ist eingestellt, um sicherzustellen, dass die Energieschaltfrequenz derart ist, dass die maximalen akzeptablen Schaltverluste bei allen Betriebsbedingungen des Antriebs nicht überschritten werden. Bei einem Positionierungs-Servoantrieb, der auf einer Schaltreluktanzmaschine basiert, die bei Überlast betrieben werden soll, hat dieser notwendigerweise ein vergleichsweise breites Hystereseband, um mit der sehr geringen inkrementellen Induktivität, die bei hohen Strömen auftritt, fertig zu werden. Dies wiederum kann einen signifikanten stabilen Zustandsfehler bei geringen Durchschnittströmen verursachen, da die positiven und negativen Abweichungen um den geforderten Strom ungleichmäßig werden, sobald die untere Grenze des Hysteresebandes den Nullstrom erreicht.
• Eine Aufgabe der Erfindung ist die Reduzierung des Ausmaßes des akustischen Rauschens, welches von der Steuerung einer geschalteten Reluktanzmaschine herresultiert, die eine variierende Energieschaltfrequenz aufweist.
• Eine andere Aufgabe der Erfindung ist die Optimierung des Hysteresebandes für einen gegebenen Satz von Betriebsbedingungen bei der Hysteresestromsteuerung einer geschalteten Reluktanzmaschine.
• Die Erfindung ist in den beigefügten unabhängigen Ansprüchen 1 und 12 definiert für ein Verfahren zur Steuerung der Strom und für ein geschaltetes Reluktanzmaschinensystem. Bevorzugte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen genannt.
• Eine Frequenzsteuerung gemäß der Erfindung wird zur aktiven Einstellung der Breite des Hysteresebandes verwendet, um die Schaltfrequenz zu regulieren. In dieser Weise kann die Schaltfrequenz näher an einer bevorzugten Rate gehalten werden. Es ist ebenfalls möglich, den Phasenstrom in der geschalteten Reluktanzmaschine auf geringeren Strömen zu halten, indem die Stromsteuerung gemäß der Erfindung verwendet wird.
• Zur Steuerung des Stroms ist ein Signal notwendig, das für den Strom kennzeichnend ist. Dies kann ein Rückkopplungssignal des Stroms sein, oder ein Signal, das von einer anderen Variablen abgeleitet wird, die für den Strom kennzeichnend ist.
• Die Erfindung kann in der Praxis in verschiedenen Formen realisiert werden, von denen einige beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im folgenden erklärt werden. Es zeigen:
• 1 einen Graphen der inkrementellen Induktivität gegenüber dem elektrischen Drehwinkel über einen halben Zyklus der geschalteten Reluktanzmaschine für verschiedene Phasenstromwerte;
• 2 einen Graphen der Bewegungs-EMF gegenüber dem elektrischen Winkel der Rotation über einen halben Zyklus einer geschalteten Reluktanzmaschine für verschiedene Phasenstromwerte;
• 3 eine graphische Darstellung eines Phasenstromschaltens zwischen Hysteresestromschwellenwerten;
• 4 ein verallgemeinertes schematisches Blockdiagramm einer Stromsteuerung gemäß der Erfindung;
• 5 ein detaillierteres schematisches Blockdiagramm gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel einer Steuerung gemäß der Erfindung; und
• 6 ein detailliertes schematisches Blockdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels der Steuerung gemäß der Erfindung.
• Wie in 4 gezeigt, weist ein geschaltetere Reluktanzantrieb eine Hysteresestromsteuerung auf, enthaltend einen ersten Fehlerverstärker 10, der ein Fehlersignal I_e liefert, welches für die Differenz zwischen einem Motorstrom Sollsignal I_d und einem Motorstromrückführungssignal I_f kennzeichnend ist. Das Signal I_f wird von dem Phasenstrom in der Starterwicklung der geschalteten Reluktanzmaschine 28 durch einen Stromtransducer abgeleitet. Das Fehlersignal I_e wird als Eingangssignal an die Hysteresesteuervorrichtung 14 geliefert. Das Ausgangssignal der Vorrichtung 14 ist ein SchaltAuslösesignal T, welches angeordnet ist, um die Energieschalter der bestimmten Phasenschaltung des Motors selektiv zu aktivieren, indem Spannung an die Phasenwicklungen angelegt wird.
• Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird die Zeitgebung der Phasenleitperioden für jede Phase und die Phasenfolge durch eine Steuerung 22 gesteuert, die den entsprechenden Strom gemäß der Positionsinformation von dem Rotor der Maschine 28 bestimmt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird die Rotorpositionsinformation von der Rotorwelle 23 durch einen Positionstransducer 25 und einem Signalprozessor 27 abgeleitet. Fachleute auf diesem Gebiet erkennen, dass andere Arten der Rotorpositionsdetektion verwendet werden können, beispielsweise wie in der US 5,467,025 gelehrt. 4 zeigt nur eine Phasenschaltung 24 für die Maschine 28. Im allgemeinen hat die Maschine andere Phasen, jede mit ihren eigenen Schaltkreisen. Alternativ können die Schaltkreise von zwei oder mehreren Phasen gemeinsam verwendet werden. Die Zeitgebung und die Folge des Schaltens ist gemäß der allgemein bekannten geschalteten Reluktanz-Maschine und wird im folgenden nicht im einzelnen beschrieben. Das Ausführungsbeispiel gemäß 4 kann in eine Stromsteuerschleife unterteilt werden, die allgemein bekannt ist und in eine Frequenzsteuerschleife. Für einen Fachmann auf diesem Gebiet ist es offensichtlich, dass die Blöcke gemäß 4 entweder in Hardware oder in Software implementiert werden können.
• Das Ausgangssignal der Hysteresesteuervorrichtung 14 ist ein Auslösesignal für die Phase der geschalteten Reluktanzmaschine 28. Getaktet zu jeder Phasenleitperiode liefert die Hysteresesteuervorrichtung 14 eine Reihe von Auslöseimpulse, um die Spannung über der Phasenwicklung zu steuern, um den Strom in der Wicklung zwischen dem oberen und unteren Schwellenwert des Hysteresebandes zu regulieren.
• Ein zweiter Fehlerverstärker 16 liefert ein Frequenzfehlerausgangssignal F_e, welches für die Differenz zwischen einer Referenzschaltfrequenz F_r und einem Frequenzrückkopplungssignal F_e kennzeichnend ist. Das Signal F_r muss nicht konstant sein – es kann durch einen Benutzer gesteuert werden oder programmiert sein, um in Antwort auf irgendein anderes Ereignis oder ein zylindrisches Muster an Ereignissen zu variieren. Das Signal F_f wird von dem Frequenzsensor 18 von dem Schaltauslöseausgangssignal der Hysteresesteuervorrichtung 14 abgeleitet.
• Das Frequenzfehlersignal F_e wird an die Frequenzsteuerung 20 angelegt, die eine Hysteresebreite I_h an die Hysteresesteuervorrichtung 14 liefert.
• Das Signal I_d hat ein Vorzeichen und einen Betrag, der proportional zu dem geforderten Stromwert ist. Wenn die Breite des Hysteresebandes fest wäre, dann würde die Schaltfrequenz der Stromsteuerung gemäß dem bestimmten Betriebspunkt variieren (wie oben in Gleichung 2 definiert).
• Durch Erfassen der Frequenz mit der das Schalten auftritt aufgrund des Fehlerstromsignals I_e, die einen der Hystereseschwellenwerte überschreitet, ist die Steuerung gemäß der Erfindung in der Lage, die obere und/oder untere Hysteresegrenze derart einzustellen, dass die Durchschnittsschaltfrequenz in die Mitte auf die vorbestimmte Referenzfrequenz F_r gesteuert wird.
• Die Frequenzsteuerung variiert die Hysteresebreite I_h langsam, verglichen zu einer Rate, bei der der Phasenstrom gesteuert wird. In dieser Weise wird die durchschnittliche Schaltfrequenz reguliert, egal wie die bestimmte Phasenbetriebsbedingungen sind. Dies wird im folgenden detaillierter beschrieben.
• Ein detailliertes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 5 gezeigt. Die Steuerung der Schaltfrequenz wird durch Verwendung einer Phasenverriegelungsschleife (PLL) implementiert, die in der Hysteresesteuervorrichtung 14 als ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) des PLL enthalten ist. Der Frequenzkomparator ist ein digitaler Phasenerfassungsdetektor (PSD) 30 vom Typ II. Der Detektor vom Typ II wird verwendet, da er immer einen korrekten Betrieb erlaubt, obwohl die Arbeitszyklen von F_r und F_f unterschiedlich sind. Es sei ebenfalls erwähnt, dass das Rückkopplungsfrequenzsignal F_f an den nichtinvertierenden Eingang + des Detektors 30 angelegt ist, die Referenzfrequenz F_r an den invertierenden Eingang – des Detektors angelegt ist. Dies berücksichtigt die inverse Beziehung zwischen der Breite des Hysteresebandes und der Schaltfrequenz, also wenn das Hystereseband zunimmt, reduziert sich die Schaltfrequenz bei einem bestimmten Betriebspunkt.
• Ein Proportional-plus-Integral (P + I)-Kompensator 32 wird als Frequenzsteuerung verwendet. Er empfängt das Fehlerfrequenzsignal F_e von dem PSD 30. Ein Fachmann auf diesem Gebiet erkennt, dass aufgrund der Natur des zyklischen Erregerstroms, der an die geschaltete Reluktanzmaschine geliefert wird, der Strom normalerweise nicht kontinuierlich in irgendeiner Phase fließt, im Gegensatz zu beispielsweise dem Dreiphaseninduktionsmotor. Zwischen den Zeitperioden der Erregung der Wicklungen jeder der Phasen ist die VCC-Funktion der Hysteresesteuervorrichtung 14 effektiv abgeschaltet. Dies ist ebenfalls der Fall, wenn die Änderungsrate des Sollstroms den „Slew„-Grenzwert des Systems überschreitet, um zu reagieren, die Versorgungsspannung bestimmt die Änderungsrate des Erregungsstroms. Aufgrund der Eigenart des Phasenerregungsstroms ist es von signifikantem Vorteil, wenn der PLL in der Lage ist, schnell und zuverlässig zu Beginn jeder Phasenerregungsperiode zu verriegeln. Es ist ebenfalls vorteilhaft, wenn der PLL in der Lage ist, durch nichtstabile Störungen in dem gesteuerten Strom „durchzureiten„, die die Wahrscheinlichkeit erhöhen, dass der PLL die Verriegelung verliert, so dass ein schnelles erneutes Erfassen der Verriegelung erreicht wird. Die Steueraktion, um dies zu erlauben, wird im folgenden beschrieben.
• In 5 ist ein einstellbarer Offset I_o durch einen Addierer 34 auf dem Steuersignalausgang von dem P + I Kompensator 32 gebildet. Der Wert des Offsets I_o ist eine Anfangsschätzung der entsprechenden Breite des Hysteresebandes, die zu Beginn der Erregungsperiode erforderlich ist. Durch Bereitstellen des Offsets muss der PLL nicht von der Nullhysteresebreite beginnen, um eine Verriegelung zu erzielen, und die Erfassung kann im Ergebnis schneller erfolgen.
• Ein Begrenzer 36 wird zur Steuerungsausgabe des Addierers 34 verwendet, so dass die Abweichungen des Hysteresebandes zwischen festen Grenzen liegen, so dass übermäßige Schaltfrequenzen verhindert werden, die während der Verriegelungserfassung auftreten können. Ein derartiges nicht-lineares Element innerhalb der Steuerschleife des PLLs führt auch zu einer Verriegelungserfassung.
• Das System ist ebenfalls ausgelegt, um die PLL zu unterstützen, um eine glatte Steuerfunktion bei Vorhandensein von schnellen Änderungen des Sollstroms bereitzustellen. Mit „schnell„ ist eine Rate gemeint, bei der die Schaltfrequenz auf Null abfällt, wenn der Phasenstrom anstiegsbegrenzt ist, aufgrund der endlichen Kraftspannung, die von der Energieversorgung V_DC verfügbar ist. Dies wird erreicht durch einen Stromanstiegsbegrenzungsdetektor 38, der das Stromfehlersignal I_e empfängt, und das Ausgangssignal des Begrenzers, das das Hysteresebreitensignal I_h ist. Das Ausgangssignal des Detektors 38 wird an einen Eingang eines zwei Eingänge aufweisenden UND-Gatters 39 geliefert. Der andere Eingang des UND-Gatters 39 ist der Ausgang des PSD 30. Der Ausgang des UND-Gatters 39 ist das Ausgangssignal F_e des PSD 30, gated von dem Anstiegsbegrenzungsdetektor 38, und an dem P + I Kompensator 32 geliefert. Wenn die Änderungsrate des Fehlerstromsignals I_e derart ist, dass eine Anstiegsbegrenzung erfolgt, wird der Ausgang von PSD 30 abgeschaltet, mit dem P + I Kompensator 32 verbunden zu sein. Sobald irgendeine derartige instabile Bedingung vorüber ist, gibt der Anstiegsratendetektor 38 einen Änderungszustand aus, um den Ausgang des PSD 30 in die Lage zu versetzen für den P + I Kompensator verwendet zu werden. Dies bewahrt die P + I Steuerung 32 vor einer Reaktion auf die VCO-Aktion der Hysteresestromsteuerung, die während der Anstiegsbegrenzung abgeschaltet ist. Es erlaubt auch eine relativ schnelle Wiederverriegelung, der PLL ist durch den nichtstabilen Zustand gegangen.
• Letztendlich ist die Geschwindigkeit, mit der PLL in der Lage ist eine Verriegelung zu erzielen, durch ein Reseteingangssignal I_r unterstützt, an den P + I Kompensator 32, der den integralen Ausdruck auf Null zurücksetzt, jedes Mal wenn für das System keine Phasenerregung erfolgt, also das Rücksetzsignal ist getaktet, um den integralen Ausdruck außerhalb einer Phasenleitperiode zu entfernen.
• Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet eine Phasenverriegelungsschleife, die in der Hysteresesteuervorrichtung als spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) enthalten ist. Der Gewinn der VCO bei dieser Implementierung eines PLL variiert um eine signifikante Menge gemäß bestimmten Betriebsbedingungen. Dies erzeugt eine dynamische Antwort des PLL, um gemäß den Betriebsbedingungen zu variieren, jedoch nicht die Antwort der stromregulierenden Schleife, die die Auslösesignale an die Phasenschalter liefert. Die Erfindung nutzt die Tatsache aus, dass ein Signal (entweder ein digitales oder ein analoges) der gewünschten Schaltfrequenz als Eingangssignal an die Rückkopplungssteuerschleife verwendet werden kann, was das Hystereseband in Antwort auf die überwachte Schaltfrequenz einstellt.
• Die Bandbreite der PLL-Steuerung der Frequenz ist vorzugsweise signifikant schmäler, als die der Stromsteuerschleife. Es ist beispielsweise praktikabel, dass die PLL-Bandbreite um einen Faktor von 10 schmäler ist, als die Stromsteuerschleife. Die Antwort der PLL zu Zwecken der Frequenzsteuerung basiert auf einem Durchschnitt von einer Anzahl von Zeitperioden der Schaltfrequenz. Wenn der PLL zu sehr antworten würde, bestünde das Risiko für das System instabil zu werden wenn eine Steuerschleife versucht, auf die Änderungen in der anderen Schleife zu reagieren.
• 6 zeigt eine alternative Form der Erfindung, die ein digitalisiertes Ausführungsbeispiel zeigt, welches die Schaltperiode anstelle der Frequenz detektiert. Das Schaltauslösesignal T wird an eine Periodenmessvorrichtung 40 angelegt. Die Vorrichtung bestimmt die Schaltbetätigungsperiode P_f, indem die Anzahl der Übergänge eines digitalen Hochfrequenztaktes 42 gezählt werden, während einer aktivierten Periode, die der Schaltbetätigungsperiode entspricht. Ein digitaler Subtrahierer 44 leitet die Differenz zwischen dem Ausgangssignal P_f in der Messvorrichtung 40 und einem Referenzschalterperiodensignal P_r ab. Die Subtraktion kann die Form eines allgemein bekannten 2er-Komplement Addierers aufweisen.
• Der Offset I_o wird an den Ausgang eines digitalen P + I Kompensatar 46 durch einen digitalen Addierer 48 angelegt. Ein digitaler Begrenzer 50 definiert die maximale und die minimale Breite des Hysteresebandes. Ein D/A Wandler empfängt das digitale Ausgangssignal des Begrenzers 50, um das analoge Hysteresebandsteuersignal I_h zu erzeugen.
• Im übrigen ist das Ausführungsbeispiel gemäß 6 äquivalent zu 5. In beiden Fällen wird die gewünschte Schaltfrequenz durch eine Schleife gesteuert, die der Stromsteuerschleife hinzugefügt ist. In der Praxis kann diese Implementierung größtenteils durch Software realisiert werden.
• Obwohl die Erfindung in Verbindung mit dargestellten Ausführungsbeispielen diskutiert worden ist, erkennen Fachleute auf diesem Gebiet, dass viele Änderungen durchgeführt werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Obwohl analoge und digitale PLLs beschrieben worden sind, ist es offensichtlich, dass andere Formen von Steuerschleifen verwendet werden können, wie bei Steuerungssystemen allgemein bekannt. Andere Formen einer Steuerungsregel, die eine andere ist als die proportional-plus-integral Aktion, wie oben beschrieben, kann verwendet werden. Beispielsweise kann eine Polnullnäherung verwendet werden. Ein Fachmann erkennt, dass Teile der Schaltung entweder digital, analog oder in Software implementiert werden können. Entsprechend ist die oben gegebene Beschreibung der Ausführungsbeispiele beispielhaft und nicht zu Zwecken der Beschränkung. Die Erfindung soll nur durch den Schutzbereich der folgenden Ansprüche definiert werden.

Claims (19)

1. Verfahren zur Regelung des Stroms in einer geschalteten Reluktanz-Maschine (28), die mindestens eine Wicklung aufweist, welches Verfahren aufweist: Herleiten eines den Strom kennzeichnenden Stromsignals (I_f); Vergleichen des Stromsignals mit einem einen gewünschten Strom kennzeichnenden Signal, um ein Fehlersignal zu erzeugen; Setzen eines einzelnen Hysteresebandes (i_h) um einen für einen gewünschten Strom kennzeichnenden Pegel (i_aν); Schalten (24) des Stroms, wenn das Fehlersignal anzeigt, dass der Strom eine Grenze des einzelnen Hysteresebandes überquert hat, um den Strom in das Hystereseband zurückzubringen; und Überwachen der Frequenz des Schaltens und Einstellen der Breite des Hysteresebandes in Antwort auf die überwachte Frequenz, um die Frequenz des Schaltens einzustellen, während die Maschine in Betrieb ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Hystereseband in Antwort auf die überwachte Frequenz eingestellt wird, um eine Schaltfrequenz im wesentlichen bei einer gewünschten Rate zu halten.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Vergleichen der überwachten Frequenz (F_f) mit einer Referenzfrequenz (F_r), um ein Frequenzfehlersignal (F_e) zu erzeugen, und einem Erzeugen eines Steuersignals basierend auf dem Frequenzfehlersignal und einer Steuerfunktion (PI).
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Steuerfunktion eine Proportional-Plus-Integral Steuerfunktion (PI) ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Integralausdruck (I) der Steuerfunktion auf Null gesetzt wird, wenn kein Strom in der Wicklung fließt.
6. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem ein Offset (I₀) dem Steuersignal hinzuaddiert wird.
7. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem Begrenzen der minimalen und/oder maximalen Breite des Hysteresebandes.
8. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Herleiten (38) eines Signals, das für eine Anstiegsgeschwindigkeit des Stroms kennzeichnend ist, und Abschalten (39) des Steuersignals, wenn die Anstiegsgeschwindigkeit eine vorbestimmte Rate übersteigt.
9. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem Vergleichen eines gewünschten Strompegelsignals (I_d) mit dem Stromsignal (I_f), um ein Stromfehlersignal (I_e) herzuleiten, wobei das Hystereseband um einen Nullstromfehler gesetzt ist.
10. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Stromsignal ein Rückführsignal (I_f) ist.
11. Geschaltetes Reluktanz-Maschinensystem, aufweisend eine geschaltete Reluktanz-Maschine (28) mit einem Rotor, einem Stator und mindestens einer Phasenwicklung; ein Mittel zum Herleiten eines Stromsignals (I_f), das für den Strom in der Wicklung kennzeichnend ist; ein Schaltmittel (24), das betreibbar ist, um eine Spannung an die Wicklung anzulegen; ein Fehlerdetektionsmittel (10) zum Vergleichen des Stromsignals mit einem Signal, das für einen gewünschten Strom (I_d) kennzeichnend ist, um ein Fehlersignal (I_e) zu erzeugen; ein Hysteresesteuermittel (14), das angeordnet ist, um das Fehlersignal zu empfangen, und das betreibbar ist, um das Schaltmittel anzusteuern, wenn das Fehlersignal anzeigt, dass der Strom einen oberen oder unteren Hystereseschwellenwert eines einzelnen Hysteresebandes (i_h) überschritten hat, um den Strom in das Hystereseband zurückzubringen; und ein Frequenzsteuermittel (20), das betreibbar ist, um die Frequenz des Schaltens zu überwachen, und die Breite des Hysteresebandes in Antwort auf die überwachte Frequenz einzustellen, um die Schaltfrequenz einzustellen, während die Maschine in Betrieb ist.
12. System nach Anspruch 11, mit einem Überwachungsmittel (18) zur Überwachung der Schaltfrequenz, um ein Ausgangssignal (F_f) zu erzeugen, wobei das Frequenzsteuermittel betreibbar ist, um ein Frequenzsteuersignal basierend auf dem Ausgangssignal zu erzeugen, wobei das Hysteresesteuermittel auf das Frequenzsteuersignal antwortet, um die Breite des Hysteresebandes einzustellen.
13. System nach Anspruch 12, bei dem das Hysteresesteuermittel auf das Frequenzsteuersignal antwortet, um das Hystereseband einzustellen, um die Schaltfrequenz im wesentlichen bei einer gewünschten Rate zu halten.
14. System nach Anspruch 13, bei dem ein Fehlerdetektormittel (16) angeordnet ist, um ein Frequenzfehlersignal (F_e) gemäß der Differenz zwischen dem Ausgangssignal des Überwachungsmittels und der gewünschten Rate zu erzeugen.
15. System nach Anspruch 14, bei dem das Frequenzsteuermittel eine Proportional-Plus-Integral Steuerung (32) aufweist.
16. System nach irgendeinem der Ansprüche 12 bis 15, mit einem Offset-Mittel (34), das angeordnet ist, um dem Frequenzsteuersignal einen Offset (I₀) hinzuzuaddieren.
17. System nach irgendeinem der Ansprüche 12 bis 16, mit einem Anstiegsgeschwindigkeits-Überwachungsmittel (38), das betreibbar ist, um die Anstiegsgeschwindigkeit des Stroms in der Wicklung zu überwachen und das Frequenzsteuersignal abzuschalten, wenn der Stromanstieg eine vorbestimmte Rate übersteigt.
18. System nach irgendeinem der Ansprüche 11 bis 16, mit einem Mittel zum Setzen des Integralsteuerausdrucks der Steuerung auf Null, wenn kein Strom in der Wicklung fließt.
19. System nach irgendeinem der Ansprüche 11 bis 18, mit einem Begrenzer (36), der angeordnet ist, um die minimale und/oder maximale Breite des Hysteresebandes zu begrenzen.