DE69420976T2

DE69420976T2 - Geschaltetes reluktanz-starter-generator system und verfahren zu seiner regelung

Info

Publication number: DE69420976T2
Application number: DE69420976T
Authority: DE
Inventors: William Heglund; Stephen Jones
Original assignee: Hamilton Sundstrand Corp
Current assignee: Hamilton Sundstrand Corp
Priority date: 1994-03-01
Filing date: 1994-12-23
Publication date: 2000-04-27
Anticipated expiration: 2014-12-24
Also published as: DE69420976D1; EP0748534B1; EP0748534A4; JPH09509820A; EP0748534A1; US6011377A; WO1995024072A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Anlasser- /Generatorsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Steuerverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 12.
Es ist seit langem bekannt, geschaltete Reluktanzmaschinen wegen ihrer robusten und einfachen Bauweise und ihrer leichten Steuerbarkeit für Maschinenantriebsanwendungen einzusetzen. Jedoch wurden sie erst in jüngerer Zeit aufgrund der Fortschritte auf dem Gebiet der Leistungselektronik tatsächlich in diesen Anwendungen eingesetzt. Die typische Maschine ist mit einem Rotor konstruiert, der an eine Welle gekoppelt ist und sich innerhalb eines Stators frei drehen kann. Die Welle ist dann zum Antrieb mit einem Gerät, wie beispielsweise einer Pumpe oder einer anderen Vorrichtung, verbunden, die zu ihrem Betrieb mechanische Energie benötigt. Der Stator der geschalteten Reluktanzmaschine hat typischerweise eine Mehrzahl von einander gegenüberliegenden Polen, auf die einzelne Phasenwicklungen gewickelt sind. Der Rotor der Maschine ist aus eisenhaltigem Material aufgebaut, beispielsweise einer Eisen-Verbindung, und hat eine Anzahl vorstehender Pole, die von derjenigen des Stators verschieden ist. Ein gemeinsames Merkmal dieser Maschinen ist, daß der Rotor keine Windungen oder Magneten aufweist und keine getrennte Erregung erfor dert. Dies gestattet einen Betrieb bei hoher Drehzahl, ohne daß dabei aufgrund des Einflusses von Zentrifugalkräften, die bei einem Rotor mit Wicklung oder Permanentmagnet auftreten können, das Risiko entsteht, daß der Rotor zerstört wird.
Die Maschine arbeitet, indem in eine jede der einzelnen Phasenwicklungen in vorbestimmter Abfolge unter Strom gesetzt wird. Die Erregung der Phasenwicklungen ruft eine Magnetkraft hervor, die einen vorstehenden Pol des Rotors anzieht, so daß dieser sich in eine mit den gegenüberliegenden Polen des Stators fluchtende Stellung bewegt, welche die Reluktanz zwischen den Stator-Polen minimiert. Wenn der Rotor-Pol sich ausrichtet, wird die betreffende Phasenwicklung abgeschaltet und die nächste Phase erregt, um die Drehbewegung des Rotors fortzusetzen. Auf diese Weise wird ein Drehmoment erzeugt, um die Welle anzutreiben. Soll die Bewegung der Welle verlangsamt werden, so wird zugelassen, daß die Phasenwicklung auch nach der fluchtenden Stellung des Rotor-Poles erregt bleibt, und die magnetische Anziehungskraft ruft ein negatives oder Brems-Drehmoment hervor, welches dahingehend wirkt, den Rotor ausgerichtet zurückzuhalten. Dies führt zu einer Bremswirkung und somit zu einer Verlangsamung der Welle.
Während dieses Brems-Eingriffes wird elektrische Energie in der Form eines erzeugten Stromes zum Bus zurückgeführt. Dies geschieht, weil die elektromotorische Kraft (emf), welche in diesem Bereich negativen Drehmomentes entsteht, die Richtung eines unterstützenden Stromflusses hat. Dies wirkt dahingehend, daß der Stromfluß durch die Wicklung schnell anwächst. Wenn die Schalter geöffnet werden, so steigt der Phasenstrom durch die Wicklung für eine gewisse Zeit an, hat ein Maximum und nimmt dann wieder ab. Der Strom ist gezwungen, durch die Rückfluß-Dioden hindurch und zurück auf den Gleichstrom-Bus zu fließen. Der Netto-Gleichstrom, der der Busleitung zugeführt wird, ist die Summe aller Ströme aus allen Phasen und ruft einen neuen Generator-Effekt hervor. Wenn der Rotor mittels einer Maschine angetrieben werden würde, so würde dies zu einem Anwachsen des Netto-Energieflusses zu dem Bus bewirken und somit die Spannung der Busleitung bei einer angeschlossenen Last unterstützen.
Das US-Patent 5 012 172 beschreibt ein Steuerverfahren, das dann verwendet werden soll, wenn eine geschaltete Reluktanzmaschine bei diesem negativen Drehmoment oder im Generator- Betriebsmodus betrieben wird. Das darin beschriebene Verfahren nutzt die Winkelverschiebung zwischen den Rotor- und den Stator-Polen als Steuerparameter, um die Energiemenge, die auf den Bus zurückgeführt wird, zu regeln. Der Winkel, bei dem die Schalter geschlossen werden, wird variiert, indem die Strommenge bestimmt wird, die erforderlich ist, um die Bus- Spannung aufrecht zu erhalten. Je mehr Strom erforderlich ist, desto weiter wird der Einschalt-Winkel der Schalter vorverlagert. Die Energie, die der Busleitung zurückgeführt wird, kann auch, wie in diesem Patent offenbart, geregelt werden, indem der Winkel, bei dem die Schalter geöffnet werden, variiert wird.
Dieses Verfahren erfordert jedoch den Einsatz eines auf hohe Drehzahlen ausgelegten, hochgradig genauen Drehmelders und dazugehörender Schaltkreise, um die genaue Winkelverschiebung des Rotor-Poles bezüglich dem zugehörigen Stator-Pol zu bestimmen. Ein Fehler bei dem überwachten Schaltwinkel kann zu einem großen Fehler bei der erzeugten Strommenge führen, und folglich sind die Verbraucher-Geräte einem Anstieg oder einem Abfallen der Spannung auf dem Bus ausgesetzt. Dieser Fehler kann es erforderlich machen, daß, wenn er zu groß ist, das System eine Schutzmaßnahme vor Überstrom auslöst. Obgleich dieser Ansatz zu einer angemessenen Leistung führen kann, wird seine Anwendbarkeit durch die gesteigerten Kosten für die Präzisions-Schaltkreise und die Anfälligkeit für Fehlergrenzen eingeschränkt.
Das US-Patent 5 166 591 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern der Schalteinheiten in einer geschalte ten Reluktanzmaschine bei Generatorbetrieb. Der Inverter hat wenigstens zwei Schalteinheiten pro Phasen-Zweig. Beim Beginn eines Leitungs-Intervalles für eine bestimmte Maschinen-Phase werden beide Schalteinrichtungen dieser Phase geschlossen, was bewirkt, daß ein Phasenstrom entsteht. Erreicht dieser Phasenstrom einen oberen Hysterese-Bereich-Pegel, so werden die Schalteinrichtungen geöffnet, was dazu führt, daß eine umgekehrte Spannung an die Phasenwicklung gelegt wird, wodurch der Phasenstrom über die Rückfluß-Dioden in die Quelle für elektrische Leistung geleitet wird. Die Druckschrift offenbart Anhalte-Strategien, die in einem Generator-Betriebsmodus und in einem Motor-Betriebsmodus verwendet werden können. In beiden Betriebsmodi spricht die Inverter-Steuerung auf einen erfaßten Phasenstrom, einen angeforderten Strom- Pegel und ein Signal, welches eine Zeitperiode darstellt, während der Schalter in einer zugehörigen Inverter-Phase geöffnet und geschlossen werden, hin an.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein nützliches elektrisches Anlasser-/Generatorsystem bereitzustellen, bei dem die Bus-Spannung im wesentlichen auf einem gewünschten Pegel gehalten wird.
Diese Aufgabe wird durch das System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das Verfahren nach Anspruch 12 gelöst.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt eine geschaltete Reluktanzmaschine, die einen Rotor mit einer Mehrzahl von vorstehenden Polen hat, der zum Antrieb durch eine Welle mit der Maschine verbunden ist, und einen Stator mit einer Mehrzahl von Stator-Polen hat, auf die Phasenwicklungen gewickelt sind. Das System umfaßt weiter einen Inverter, der einen Eingang/Ausgang für Gleichstrom hat, der an den Gleichstrom-Bus gekoppelt ist und wenigstens einen ersten und einen zweiten Schalter hat, der auf Schaltsteuersignale hin anspricht, um eine jede der Phasenwicklungen mit dem Gleichstrom-Bus zu koppeln, und wenigstens eine erste und ei ne zweite Diode hat, um eine jede der Phasenwicklungen über Kreuz an den Gleichstrom-Bus zu legen, um einen Stromrückfluß zu ermöglichen, wenn die Schalter geöffnet sind. Ein Drehmelder zum Erfassen der Rotorstellung oder ein anderes Mittel zur Positionserfassung, das innerhalb der geschalteten Reluktanzmaschine angeordnet ist, überwacht die Winkelstellung des Rotors und erzeugt ein Rotor-Winkelstellungs-Steuersignal, das zu einem Steuermodul hin übertragen wird. Stromsensoren, die in der Nähe der Phasenwicklungen angeordnet sind, überwachen den Strom, der in einer jeden der Wicklungen fließt, und erzeugen einem erfaßten Phasenstrom entsprechende Signale, die ebenfalls einem Steuermodul zugeführt werden. Zusätzlich ist wenigstens ein Spannungssensor an den Gleichstrom-Bus gekoppelt, um die Gleichspannung an einem Regel-Punkt zu überwachen. Dieser Gleichstrom-Spannungssensor erzeugt ein Signal für eine erfaßte Bus-Spannung, welches ebenfalls zu einem Steuermodul übertragen wird.
Weiter weist entsprechend der vorliegenden Erfindung ein Steuermodul eine Mehrzahl von Steuereingängen und -ausgängen auf und ist mit dem Inverter verbunden, um das Systemverhalten in dem Anlasser-Betriebsmodus und dem Generator-Betriebsmodus während dem Betrieb zu überwachen. Für den Generator- Betriebsmodus überwacht das Steuermodul das Rotor-Winkelstellungs-Steuersignal und erzeugt Schaltsteuersignale, um wenigstens die ersten und zweiten Schalter für eine jede der Phasenwicklungen bei einem Winkel vor Fluchten des Rotor- Poles mit dem zu der Phasenwicklung gehörenden Stator-Pol zu schließen. Auf diese Weise wird die Phasenwicklung an den Gleichstrom-Bus gelegt und es wird einem Gleichspannungs- Phasenstrom ermöglicht, aus dem Gleichstrom-Bus durch die Schalter zu der Phasenwicklung zu fließen, um diese zu erregen. Das Steuermodul erzeugt weiter Schaltsteuersignale, um die Schalter bei einem bestimmten Winkel nach Fluchten des Rotor-Poles mit dem zu der Phasenwicklung gehörenden Stator- Pol zu öffnen. Dies entkoppelt die Phasenwicklung von dem Gleichstrom-Bus und zwingt den Gleichstom, aus der Phasen wicklung heraus durch die Dioden und zu dem Gleichstom-Bus zu fließen, um zu ermöglichen, daß die geschaltete Reluktanzmaschine in einem Generator-Betriebsmodus arbeitet.
Während diesem Generator-Betriebsmodus überwacht das Steuermodul die einem erfaßten Phasenstrom entsprechenden Signale und die einer erfaßten Gleichstrom-Bus-Spannung entsprechenden Signale und berechnet ein Steuersignal für maximalen Phasenstrom IHI und ein Steuersignal für minimalen Phasenstrom ILO. Die Signale legen einen Steuerbereich fest, der sich mit der Gleichstrom-Bus-Spannung des Systems ändert. Das Steuermodul moduliert die Schaltsteuersignale, um den Gleichstrom- Phasenstrom in diesem Steuerbereich zu regeln. Dies ermöglicht es dem Steuermodul die Bus-Spannung unabhängig von der Systemlast auf einem gewünschten Pegel zu halten und beseitigt die Empfindlichkeit für Schaltwinkel.
Das Steuermodul erhält weiter ein externes Anlasser-Anforderungssignal und ein Drehmoment-Anforderungssignal, um den Anlasser-Betriebsmodus auszulösen. Das Steuermodul bestimmt dann die Winkelgeschwindigkeit des Rotors und berechnet ein Befehlssignal für einen maximalen Anlasser-Strom in einem offenen Regelkreis aufgrund einer in etwa linearen algebraischen Beziehung zu dem angeforderten Drehmoment-Signal. Das Steuermodul erzeugt Schaltsteuersignale, um die Schalter zu schließen, um die Stator-Wicklung an den Gleichstrom-Bus zu legen, um es dem Strom zu erleichtern, durch die Wicklung zu fließen und ein Drehmoment auszubilden, das ausreicht, die Maschine auf Leerlaufdrehzahl zu beschleunigen. Die Schaltsteuersignale werden entsprechend einer algebraischen Beziehung bei einem bezüglich dem Fluchten des Rotor-Poles mit dem zur Phasenwicklung gehörenden Stator-Pol vorverzögerten Winkel erzeugt. Das Steuermodul generiert weiter Schaltsteuersignale, um die Schalter zu öffnen und die Stator-Wicklung vom Gleichstrom-Bus zu entkoppeln. Die Schaltsteuersignale werden entsprechend einer anderen algebraischen Beziehung bei einem bezüglich dem Fluchten des Rotor-Poles mit dem zur Pha senwicklung gehörenden Stator-Pol vorverzögerten Winkel erzeugt.
Diese Beziehungen ermöglichen, daß der Vorverzögerungs- und Nachverzögerungs-Winkel sich mit der Drehzahl des Rotors und/oder dem angeforderten Strom ändert.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Während die Beschreibung mit Ansprüchen schließt, die klarstellen und genau das beanspruchen, was als die vorliegende Erfindung erachtet wird, gehen für einen Fachmann die Vorteile, das Umsetzen und weitere Aspekte der Erfindung ohne weiteres aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen hervor, in denen:
Fig. 1 ein System-Block-Diagramm zeigt, auf das die vorliegende Erfindung im besonderen anwendbar ist,
Fig. 2 einen schematischen Schnitt einer geschalteten Reluktanzmaschine zeigt, auf die die vorliegende Erfindung anwendbar ist,
Fig. 3 ein einzelnes, schematisches Leitungsschaltbild für ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 4 ein einzelnes, schematisches Leitungsschaltbild für eine Phase bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 5 ein Blockschaltdiagramm für ein Steuersystem der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 6 ein Blockschaltdiagramm für das Spannungssteuermodul der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 7a ein Diagramm eines Belastungsprofiles zeigt, das die variable Stromsteuerung mit wachsender Systemlast veranschaulicht,
Fig. 7b ein Diagramm eines Belastungsprofiles zeigt, das die variable Stromsteuerung bei abnehmender Systemlast veranschaulicht,
Fig. 8a ein Steuersignal-Diagramm zeigt, das die Steuerung des Systems im Generator-Betriebsmodus unter großer Belastung veranschaulicht,
Fig. 8b ein Steuersignal-Diagramm zeigt, das die Steuerung des Systems im Generator-Betriebsmodus unter mittlerer Belastung veranschaulicht,
Fig. 8c ein Steuersignal-Diagramm zeigt, das die Steuerung des Systems im Generator-Betriebsmodus unter geringer Belastung veranschaulicht.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Das Anlasser-/Generatorsystem der vorliegenden Erfindung, wie in der Fig. 1 dargestellt, umfaßt eine geschaltete Reluktanzmaschine 10, die einen (nicht dargestellten) Rotor hat, der zum Antrieb durch ein Wellenmittel 12 mit einer Turbinenmaschine 14 gekoppelt ist. Das Wellenmittel 12 fungiert vorzugsweise als direkte Kopplung mit der Maschine 14, es kann jedoch auch eine Kopplung durch ein geeignetes Räderwerk oder Getriebe, falls gewünscht, bewirken. Die Maschine 10 ist mit einer Mehrzahl von Phasenleitungen 16a, 16b, 16c mit einem Inverter 18 gekoppelt, der über einen Gleichstrom-Eingang/- Ausgang 124 an einen Gleichstrom-Bus 20 angeschlossen ist. Ein Steuermodul 22 überwacht den Gleichstrom-Bus 20 an einem Regel-Punkt 24 und stellt dem Inverter 18 Steuersignale 26 bereit. Mittel 28 zum Sensieren eines Stromflusses werden verwendet, um den Stromfluß in den Phasen-Leitungen 16a, 16b, 16c zu überwachen, und Mittel 30 zum Erfassen der Stellung des Rotors werden verwendet, um die Stellung und Drehzahl des Rotors zu überwachen. Das Steuermodul stellt auch Kommunikationskanäle nach außen bereit, die Steuereingänge 32 und Statusausgänge 34 umfassen.
Vorzugsweise ist das System ein Hochspannungs-Gleichstromsystem, obwohl die hier beschriebenen Konzepte gleichermaßen auch auf ein Gleichstrom-System für veränderliche Geschwindigkeit bei konstanter Frequenz (VSCF-System, d. h. variable speed constant frequency system) anwendbar sind. Vorzugsweise ist das hier beschriebene Generator-System ein 270 V Gleichstrom-System, das zwei grundsätzliche Funktionen ausübt. Die erste Funktion besteht darin, die Turbinenmaschine 14 anzulassen, wobei eine von dem Gleichstrom-Bus 20 zur Verfügung gestellte Gleichstrom-Hochspannung verwendet wird. Die zweite Funktion besteht darin, der Maschine 14 Leistung zu entziehen, um eine Gleichstrom-Hochspannung zu erzeugen, die eine Leistungsgüte hat, wie sie geeigneten Industrie-Standards, etwa dem MIL-STD-704E und anderen entspricht.
Um diese Funktionen auszuüben, wird eine geschaltete Reluktanzmaschine 10 so eingesetzt, daß sie sowohl in einem Anlasser-Betriebsmodus zwischen der Drehzahl 0 und der Maschinenleerlaufdrehzahl arbeitet, als auch in einem Generator- Betriebsmodus, in dem sie zwischen Leerlaufdrehzahl und voller Drehzahl der Maschine arbeitet. Ein Überdrehzahl-Betrieb jenseits von 50.000 U/min ist mit der Maschine 10 auch möglich. Entsprechend dem Maschinen-Konzept, wie dies mittels des Schnittes der Fig. 2 dargestellt ist, werden eine Mehrzahl von vorstehenden Stator-Polen 36 und eine zweite Mehrzahl von vorstehenden Rotor-Polen 38 verwendet. Vorteilhafterweise wird eine 6/4 Topologie mit sechs Stator-Polen 36 und vier Rotor-Polen 38 verwendet. Wie ein Fachmann erkennt, könnte eine unterschiedliche Geometrie mit entsprechenden Änderungen bei Inverter 18 und Steuermodul 22 verwendet werden, ohne daß dabei der Umfang der Erfindung verlassen wird.
Sowohl der Rotor 40 und der Stator 42 sind aus (nicht dargestellten) hochfesten Eisenblechen gefertigt, um die Eisenverluste minimal zu halten. Es hat sich herausgestellt, daß Vanadium-Eisen-Kobalt (2V49FeCo) annehmbare Eigenschaften ermöglicht. Die Stator-Wicklungen 44 bestehen aus Litz-Leitern, um die Randstromverluste, die mit der maximalen fundamentalen Betriebsfrequenz zusammenhängen, zu minimieren. Die (nicht dargestellten) Bleche sind sorgfältig getempert, um die erwünschten magnetischen und mechanischen Eigenschaften zu erhalten. Die Gleichstrom-Magnetisierung, die Wechselstrom- Kernverluste und die mechanischen Festigkeitseigenschaften spielen für die Konstruktion der Maschine 10 eine fundamentale Rolle und müssen bei der thermischen-, Festigkeits- und elektromagnetischen Analyse in Betracht gezogen werden. Bei geringeren Drehzahlen wird die Ausgangsleistung durch die Charakteristika der Maschine begrenzt. Bei höheren Drehzahlen werden Reibungs- und Luftwiderstandsverluste zum dominierenden Faktor für den Maschinen-Wirkungsgrad. Wie erwartet, werden größere Wirkungsgrade bei höheren Leistungspegeln erzielt.
Es wird erneut auf die Fig. 1 Bezug genommen. Der Inverter 18 erhält aus dem Gleichstrom-Bus 20 während dem Anlassen der Maschine Leistung und stellt dem Gleichstrom-Bus 20 im Generator-Betrieb Leistung zur Verfügung. Der Aufbau des Inverters, wie in der Fig. 3 dargestellt, umfaßt Schaltmittel, wie die beiden Schalter 46, 48 und Kommutator-Mittel, wie die beiden Dioden 50, 52 für jede Stator-Pol-Phasenwicklung 44. Jede Phase des Inverters 18 ist identisch, und deshalb wird hier nur eine Phase detailliert beschrieben. Die Phasenwicklung 44 der geschalteten Reluktanzmaschine ist mit den beiden Schaltern 46, 48 in Serie geschaltet. Werden die Schalter 46, 48 leitend geschaltet oder geschlossen, fließt Strom aus dem Gleichstrom-Bus 20, so daß die Wicklung 44 erregt wird. Werden die Schalter 46, 48 nicht-leitend geschaltet oder geöffnet, so ist der Strom gezwungen, durch die über Kreuz geschalteten Dioden 50 und 52 zu kommutieren, weil die Richtung und der Betrag des Stromflusses durch die Windung 44 sich nicht gleichzeitig ändern kann.
Vorzugsweise sind die Schalter 46, 48 isolierte Gate-Bipolar- Transistoren (IGBTs, d. h. insulated gate bipolar transistors), obwohl genau so gut andere Vorrichtungen zum Schalten von Leistung eingesetzt werden können, wie beispielsweise MOS-gesteuerte Thyristoren (MCT, d. h. MOS-controlledthyristors). Gegenwärtig haben diese Schalter eine Nennleistung von 600 V und 300A und es sind daher 2 IGBTs 46a, 46b und 48a, 48b (siehe Fig. 4) parallel geschaltet. Die Dioden werden mit 600 V und 85A belastet und es sind deshalb 3 Dioden 50a, 50b, 50c und 52a, 52b, 52c parallel geschaltet. Um eine Rückkopplung für den augenblicklichen Phasenstrom an den Controller 22 (Fig. 1) zu bewirken, sind in jede Phase Mittel zum Sensieren eines Stromflusses, wie etwa der Stromsensor 54, eingeschleift, die eine Bandbreite haben, die sich von Gleichstrom auf mehr als 50 kHz erstreckt. Eine Verbindung aus einer Kondensatorbank 56, die vorzugsweise aus keramischen Vielschicht-Kondensatoren (MLC-Kondensatoren, d. h. multilayer ceramic capacitors) besteht, wird verwendet, um den Erfordernissen der Betriebsbedingungen zu entsprechen, die, bei einer bevorzugten Ausführungsform eine Kapazität von etwa 840uF hat, um die Stabilität des Systems zu unterstützen. Das System ist in der Lage, große dI/dt-Werte zu beherrschen, die beim Einschalten und Ausschalten der IGBTs 46a, 46b und 48a, 48b auftreten, was geschalteten Reluktanz-Systemen aufgrund der niedrigen, nicht ausgerichteten Impedanzen in der Maschine inhärent ist.
Das Steuermodul 22 stellt eine Anlasser/-Generator-System- Steuerung und einen Schutz für alle Betriebsmodi bereit, die das Anlassen einer Maschine und das Erzeugen von elektrischer Gleichstrom-Leistung umfassen. Zusätzlich fungiert das Steuermodul 22 (siehe Fig. 5) als Schnittstelle für ein (nicht dargestelltes) externes Maschinen-Steuermodul, um Anforderungs-Signale, wie das Drehmoment-Anforderungssignal 58 und das Betriebsmodus-Anforderungssignal 60, anzunehmen und das Rückkopplungs-Status-Informationssignal 62 bereitzustellen. In dem Steuermodul 22 verarbeitet ein Steuermodul für Spannung 66 das Betriebsmodus-Anforderungssignal 60, das Drehmoment-Anforderungssignal 58 und das Drehzahl-Rückkopplungs- Signal 84 in dem Anlasser-Betriebsmodus, sowie das Betriebsmodus-Anforderungssignal 60 und das interne Anforderungssignal für Spannung 64 im Generator-Betriebsmodus. Das Steuermodul 66 für Spannung stellt dann für ein Strom- und Kommutator-Steuermodul 76 ein Anforderungssignal für maximalen Phasenstrom IHI, ein Anforderungssignal für minimalen Phasenstrom ILO, ein Steuersignal 70, ein Einschalt-Steuersignal 72 und ein Ausschalt-Steuersignal 74 bereit. Dieses Strom- und Kommutator-Steuermodul 76 verarbeitet sowohl diese Signale 68, 70, 72 und 74 als auch die Phasenstrom- Rückkopplungssignale 78 (die von Mitteln 28 zum Sensieren von Strom aus Fig. 4 erzeugt werden) und das Winkelstellungs- Rückkopplungssignal 80, das von dem Mittel 30 zum Erfassen der Stellung des Rotors herrührt. Das Steuermodul 76 erzeugt dann Befehle 82 und überträgt sie zum Inverter 18. Der Inverter 18 konfiguriert die dann (nicht dargestellten) Schalter, um die Phasenspannung auf Leitungen 16 mit den (nicht dargestellten) Phasenwicklungen der geschalteten Reluktanzmaschine 10 zu verbinden.
Im Anlasser-Betriebsmodus erhält das Steuermodul 22 ein Drehmoment-Anforderungssignal 58 von dem (nicht dargestellten) Maschinen-Steuermodul und berechnet die erforderlichen Einschaltwinkel 72 und Ausschaltwinkel 74 und das Anforderungssignal 68 für maximalen Phasenstrom IHI und das Anforderungssignal 70 für minimalen Phasenstrom ILO. Das Steuermodul 22 steuert den Inverter 18, um die geschaltete Reluktanzmaschine 10 zu erregen, um das erforderliche Drehmoment zu erzeugen, um die (nicht dargestellte) Maschine auf ihre Zünd-Drehzahl zu beschleunigen und sie beim Beschleunigen auf Leerlauf-Drehzahl zu unterstützen. In diesem Betriebsmodus gestattet das Strom- und Kommutator-Steuermodul 76 eine "zwei Schalter geschlossen und ein Schalter geöffnet" Unterbrecher- Betriebswiese. Indem der Schalter, der geöffnet ist, abgewechselt wird, wird die tatsächliche Unterbrecher-Frequenz für den Schalter halbiert, so daß die Belastung für den (nicht dargestellten) Leistungsschalter verringert wird. Eine Steuerung mit geschlossenem Regelkreis im Anlasser-Betriebsmodus ist bei der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich, weil die Beziehung zwischen den Steuervariablen und dem Ausgangs-Drehmoment über eine algebraische Beziehung linearisiert ist. Anders als dem Stand der Technik entsprechende Systeme, in denen die Gleichungen für Einschalt- und Ausschalt- Winkel Näherungskurven sind, verwendet die vorliegende Erfindung algebraische Beziehungen, die auf Maschinenparametern, angefordertem Drehmoment, Bus-Spannung, und Drehzahl beruhen, so daß ein nahezu linearer Zusammenhang zwischen dem angeforderten Strom und dem Wellen-Drehmoment über den gesamten Drehzahlbereich erzielt wird, um Stabilität eines offenen Steuerkreises zu bewirken. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bleibt der Bereich für Strom-Hysterese bei einem bestimmten Wert und die Unterbrecher-Frequenz zwischen 4 kHz und 8 kHz.
Die bei einer Auftragung des magnetischen Flusses gegenüber dem Phasenstrom eingeschlossene Fläche entspricht dem durchschnittlichen Drehmoment pro elektrischem Zyklus. Die Einschalt- und Ausschalt-Winkel können angepaßt werden, um dieses durchschnittliche Drehmoment konstant zu halten, wenn die Drehzahl variiert wird. Idealerweise ist es für ein konstantes durchschnittliches Drehmoment pro elektrischem Zyklus und einem maximalen Drehmoment pro Stromeinheit wünschenswert, den angeforderten Strom unmittelbar dann zu bewirken, wenn die Pole beginnen, sich zu überlappen, und den Strom unmittelbar auf null abzusenken, wenn die Pole zueinander ausgerichtet sind. Die praktische Umsetzung besteht darin, eine Phase so einzuschalten, daß zu der Zeit, zu der die Pole beginnen, sich zu überlappen, sich in der Phasenwicklung ein Stromfluß ausbildet, und die Phase kurz nachdem die Pole aus gerichtet sind, auszuschalten, so daß dann der Strom auf null absinkt. Ein Kommutieren im falschen Zeitpunkt führt zu einem verringerten Wirkungsgrad des Systems.
Wurde das Anforderungssignal für maximalen Phasenstrom IHI bestimmt, so ist der vorverzögerte Einschalt-Winkel unter Verwendung einer algebraischen Beziehung bestimmt, wie sie in dem US-Patent Nr. 4 707 650 wie folgt dargelegt ist:
(1)
θon-adv = Lmin*ω*IHI / VBUS
wobei Lmin die nicht-ausgerichtete Induktivität ist. Falls daher die Winkelgeschwindigkeit ω und/oder der angeforderte Strom zunimmt, ist es erforderlich, den vorverzögerten Einschalt-Winkel zu vergrößern, um ausreichend Zeit zur Verfügung zu stellen, daß sich ein Stromfluß in der Phasenwicklung ausbilden kann. Eine gute Wirkung wird bei einem Einschalt- Winkel zwischen etwa 200 und 140 elektrischen Graden vor einem Fluchten erzielt.
Ein ähnlicher Ansatz wird verwendet, um den Ausschalt-Winkel zu berechnen. Unglücklicherweise ist der Induktivitätszuwachs für eine Maschine, die im Sättigungsbereich arbeitet, extrem nicht-linear. Die vorliegende Erfindung führt daher unter der Annahme, daß die Induktivität in etwa der ausgerichteten Induktivität Lmax gleicht, und unter Verwendung des ungesättigten Induktivitätsprofils eine Näherung durch. Unter diesen Annahmen ist der vorverzögerte Ausschalt-Winkel:
Der zweite Term im Nenner von (2) ist die Rück-emf, die von der sich ändernden Induktivität herrührt. Wenn die Rotor-Pole 38 und Stator-Pole 36 (siehe Fig. 2) sich in Richtung Fluchten bewegen, wobei die beiden Phasen-Schalter 46, 48 (siehe Fig. 3) geöffnet sind und die Induktivität anwächst, unterstützt die Rück-emf die anliegende Phasen-Spannung beim verringern des Phasenstromes. Weil die Näherungen für die Induktivität auf den Charakteristika einer ungesättigten Maschine beruhen, ist der berechnete Ausschalt-Winkel viel größer als dies für eine gesättigte Maschine notwendig ist. Ein zu baldiges Abschalten der Phase bedeutet, daß weniger Energie der Phase zugeführt wird, was sich in einer verringerten Ausgangsleistung niederschlägt. Die vorliegende Erfindung überwindet dieses Problem, indem der vorverzögerte Ausschalt- Winkel auf etwa 40 elektrische Grade vor Fluchten begrenzt wird.
In dem Generator-Betriebsmodus erhält das Steuermodul 22 ein Spannungs-Anforderungssignal 64 von dem (nicht dargestellten) Steuermodul für die Maschine. Das Ziel der Steuerung ist, den erforderlichen Strom, um die Bus-Spannung aufrecht zu erhalten, effizient zu erzeugen. Der Steueralgorithmus für Spannung ist in der Lage, die Spannung innerhalb Grenzen während Last- und Drehzahltransienten aufrecht zu halten, wobei eine Last zwischen Widerstand und gleichbleibender Leistung variieren kann. Wenn die geschaltete Reluktanzmaschine 10 als Generator arbeitet, kann die Rück-emf dazu führen, daß der Phasenstrom über den angeforderten Wert IHI steigt, sogar wenn die beiden Leistungs-Schalter 46, 48 (siehe Fig. 3) geöffnet sind. Dieser Umstand erschwert es, den Ansatz mit durchschnittlichem Drehmoment pro elektrischem Zyklus, der beim Entwickeln des Anlasser-Betriebsmodus-Algorithmus verwendet wurde, einzusetzen. Wenn nur Winkel-Steuerung verwendet wird, so ist der Ausgangs-Strom für kleine Änderungen der Einschalt- und Ausschalt-Winkel sehr empfindlich und eine schlechte Spannungssteuerung ist die Folge. Die vorliegende Erfindung hält jedoch die Einschalt- und Ausschalt-Winkel fest und verwendet den angeforderten Strom, um den Ausgangsstrom zu steuern. Dieser Ansatz ermöglicht eine einfache Umsetzung, hohe Effizienz und eine annehmbare Änderung der Maschinen-Übertragungsfunktion im Drehzahl- und Lastbereich für das System.
Wie in der Fig. 6 dargestellt, wird eine Proportional- Regelung 86 und eine Integral-Regelung 88 (Proportional- Integral-Regelung) des Spannungsfehlers 90 verwendet, der sich ausbildet, wenn die rückgekoppelte Spannung 98 von der angeforderten Spannung 64 als Folge von Änderungen der Belastung auf dem Gleichstrom-Bus abweicht, um ein Steuersignal für Strom 100 zu erzeugen. Dieses Signal 100 wird mit dem Ausgang 102 eines Proportional-Termes 92 bezüglich dem Laststrom 94 und dem Ausgang 104 eines Proportional-Termes 96 für die rückgekoppelte Spannung 98 verarbeitet. Der Ausgang dieses Summations-Knotens 106 erzeugt das Anforderungssignal 68 für maximalen Phasenstrom IHI, der die obere Stromgrenze für die Generator-Steuerung darstellt. Das (nicht dargestellte) Anforderungssignal für minimalen Phasenstrom ILO hat ein festes Verhältnis zum Anforderungssignal 68 für maximalen Phasenstrom IHI und legt die untere Stromgrenze für die Generator-Steuerung fest. Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung haben die einspeisenden Systemlasten eine hohe Eingangskapazität, und es wird für die Porportional- Terme KPI 92 und KDV 96 ein Wert von null verwendet.
Fig. 7a zeigt, daß die Systemantwort mit der gesamten Last, die über die (nicht dargestellte) geschaltete Reluktanzmaschine versorgt wird, zunimmt. Die Kurve 108 zeigt die anliegende Systemlast, die zum Zeitpunkt t&sub1; erhöht wird. Wie aus der Kurve 110 für die Spannung auf dem Gleichstrom-Bus, welche die Ausgangs-Spannung mit der (nicht dargestellten) Maschine darstellt, sinkt die Spannung als Folge der zum Zeitpunkt t&sub1; anliegenden Last. Wird dieser Spannungseinbruch mittels des Steuermoduls 66 für Spannung (siehe Fig. 5) erfaßt, so wird das Anforderungssignal für Strom, die Kurve 112, er höht, was die Grenze für maximalen Strom IHI anwachsen läßt und folglich die Gesamtmenge von Strom, die mittels der (nicht dargestellten) Maschine erzeugt wird, um eine Erholung der Spannung auf dem Gleichstrom-Bus zu ermöglichen. Dieses Schema wird zu Zeitpunkten t&sub2; und t&sub3; wiederholt, wenn die Systemlast noch weiter erhöht wird.
Fig. 7b veranschaulicht die Systemantwort auf Abnahmen der Gesamtlast hin, die mittels der (nicht dargestellten) geschalteten Reluktanzmaschine versorgt wird. Die Kurve 108 zeigt die anliegende Systemlast, die zum Zeitpunkt t&sub4; verringert wird. Wie aus der Kurve 110 für die Spannung auf dem Gleichstrom-Bus hervorgeht, die die Ausgangs-Spannung des mit der (nicht dargestellten) Maschine verbundenen Gleichstrom- Busses darstellt, nimmt die Spannung als Folge des Entfernens von Last zum Zeitpunkt t&sub4; zu. Wird dieser Zuwachs mittels des Steuermoduls 66 für Spannung (siehe Fig. 5) erfaßt, so wird das Anforderungssignal für Strom, Kurve 112, verringert, was die Grenze für maximalen Strom IHI und folglich die Gesamtmenge des von der (nicht dargestellten) Maschine erzeugten Stromes verringert, um eine Erholung der Gleichstrom-Bus- Spannung zuzulassen. Dieses Schema wird zu Zeiten t&sub5; und t&sub6; wiederholt, wenn die Systemlast weiter verringert wird.
Wie oben dargelegt, wird bei der vorliegenden Erfindung der Einschalt-Winkel vor Fluchten festgehalten und ein Regeln des Gleichstrom-Bus wird erzielt, indem ein Steuerbereich für Strom variiert wird. Vorzugsweise wird der Einschalt-Winkel auf etwa 40 elektrischen Graden vor Fluchten von Stator- und Rotor-Pol (siehe Fig. 2) gehalten. Der Ausschalt-Winkel wird bei der vorliegenden Erfindung nach dem Fluchten festgehalten. Vorzugsweise wird dieser Winkel auf ungefähr 120 elektrischen Graden nach dem Fluchten gehalten. Indem die Einschalt- und Ausschalt-Winkel festgehalten werden und der Phasenstrom als Funktion der Spannung auf dem Gleichstrom-Bus innerhalb eines einstellbaren Bereichs geregelt wird, kann auf einen Drehmelder für hohe Drehzahl mit hoher Auflösung, um die Einschalt- und Ausschalt-Winkel genau zu überwachen, verzichtet werden, ohne daß sich dabei die Regelungsgüte für die Leistung verringert.
Fig. 8a zeigt für eine bestimmte Drehzahl und bei hoher Systemlast den anpaßbaren Steuerbereich bei festem Winkel entsprechend der vorliegenden Erfindung. Wenn die Induktivität zunimmt, weil die (nicht dargestellten) Rotor- und Stator- Pole miteinander fluchten, wie dies mit der Kurve 118 angedeutet ist, werden die beiden Leistungs-Schalter 46, 48 (siehe Fig. 3) zu einer Zeit t&sub7; bei einem festen Winkel von etwa 40 elektrischen Graden vor Fluchten, wie mittels der Kurve 116 angedeutet, geschlossen, und es bildet sich in der Phasenwicklung 44 (Fig. 3) entsprechend der Kurve 114 ein Stromfluß aus. Wenn die Pole zum Zeitpunkt t&sub8; genau einander gegenüberliegen und beginnen, sich aus der fluchtenden Stellung wegzubewegen, so beginnt die Induktivität 118 abzunehmen und die Rück-emf unterstützt die anliegende Bus-Spannung bei der Verringerung des Phasenstromes 114. Wenn der Phasenstrom 114 den Grenzwert 120 für maximalen Phasenstrom IHI zum Zeitpunkt t&sub9; erreicht, so werden beide Schalter 46, 48 (siehe Fig. 3) geöffnet, die Rück-emf wirkt der Bus-Spannung entgegen und der Strom ist gezwungen, durch die Dioden 50, 52 (siehe Fig. 3) zurück zu dem Gleichstrom-Bus 20 (siehe Fig. 3) zu kommutieren. Wenn der Phasenstrom 114 unter das Limit 122 für minimalen Phasenstrom fällt, wie dies in der Fig. 8a zur Zeit t&sub1;&sub0; angedeutet ist, so werden beide Schalter wieder eingeschaltet, um den Phasenstrom 114 innerhalb des Bereiches, der durch die beiden Grenzen 120, 122 definiert ist, aufrecht zu erhalten. Zum Zeitpunkt t&sub1;&sub1; haben jedoch die Rotor- und Stator-Pole den festen Ausschalt-Winkel nach Fluchten erreicht, beide Schalter werden geöffnet und der Phasenstrom 114 nimmt rasch ab.
Die Fig. 8b veranschaulicht dasselbe Steuerverfahren für den Fall, daß bei derselben Drehzahl eine kleinere Last anliegt. Bei dieser Betriebsbedingung sind die Leistungs-Schalter 46, 48 (siehe Fig. 3) bei demselben festen Winkel vor Fluchten noch geschlossen und werden bei demselben festen Winkel nach Fluchten geöffnet, wie in dem stärker belasteten Zustand, jedoch wurden die Grenzwerte 120 für maximalen Phasenstrom IHI und 122 minimalen Phasenstrom ILO mit der verkleinerten Last verringert. Als eine Folge müssen die Schalter 46, 48 (siehe Fig. 3) öfters, wie mittels der Kurve 116 angedeutet, aus- und eingeschaltet (moduliert) werden, um den Phasenstrom in einem Bereich zu halten, der durch die abgesenkten Grenzwerte 120, 122 festgelegt ist. Dieses Schema wird fortgesetzt, wenn die anliegende Last bei einer bestimmten Drehzahl weiter verringert wird, wie dies die Fig. 8c andeutet.
Weiter umfaßt in Übereinstimmung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Steuern einer geschalteten Reluktanzmaschine 10 (siehe Fig. 1), die einen Rotor 40 (siehe Fig. 2) mit vorstehenden Polen hat, der zum Antrieb durch ein Wellen-Mittel 12 (siehe Fig. 1) mit einer Maschine 14 verbunden ist, und einen mehrphasigen Stator 42 (siehe Fig. 1) mit mehreren Polwicklungen aufweist, deren Phasenwicklungen 44 über Schaltmittel, etwa Leistungs-Schalter 46, 48 (siehe Fig. 3), schaltbar an einen Gleichstrom-Bus 20 gelegt sind, um einen Fluß von Erreger- Strom zu ermöglichen, und um über Kommutator-Mittel, etwa Dioden 50, 52, einen Fluß von erzeugtem Strom zu gestatten, um eine Arbeitsweise als Generator zu ermöglichen, das die folgenden Schritte umfaßt: 1.) Schließen der Leistungs-Schalter 46, 48 für eine bestimmte Phasenwicklung 44, um Fluß von Erreger-Strom aus dem Gleichstrom-Leistungs-Bus 20 zu gestatten, um eine bestimmte Phasenwicklung 44 bei einem festen Winkel vor Fluchten eines Rotor-Poles 38 (siehe Fig. 2) mit dem erregten Stator-Pol 36 unter Strom zu setzen; 2.) Öffnen der Schalter 46, 48 (siehe Fig. 3), um Fluß von erzeugtem Strom durch die Dioden 50, 52 zu dem Gleichstrom-Bus 20 bei einem festen Winkel vor Fluchten des Rotor-Poles 38 (siehe Fig. 2) mit dem erregten Stator-Pol 36 zu ermöglichen; 3.) Überwachen der Spannung auf dem Gleichstrom-Bus 20 (siehe Fig. 1) an einem Regelpunkt 24; 4.) Berechnen eines Steuersignals 68 (siehe Fig. 5) für maximalen Phasenstrom IHI und eines Steuersignals 70 für minimalen Phasenstrom ILO, die auf der Spannung auf dem Gleichstrom-Bus 20 beruhen; und 5.) Regeln der Spannung auf dem Gleichstrom-Bus 20, indem die Schalter 116 (siehe Fig. 8a, 8b, 8c) moduliert werden, um Fluß von Erreger-Strom und erzeugtem Strom 114 innerhalb veränderbarer Schranken zu steuern, die durch das Steuersignal 120 für maximalen Phasenstrom IHI und das Steuersignal 122 für minimalen Phasenstrom ILO festgelegt sind.
Zahlreiche Modifikationen und alternative Ausführungsformen sind in Anbetracht der vorhergehenden Beschreibung für einen Fachmann offensichtlich. Folglich dient diese Beschreibung nur zum besseren Verständnis mit dem Zweck, einem Fachmann eine bestmögliche Umsetzung der Erfindung zu vermitteln. Die Details der Vorrichtung können im wesentlichen verändert werden, ohne daß dabei vom Umfang der Erfindung abgewichen wird, und es wird die ausschließliche Verwendung aller Modifikationen vorbehalten, die unter den Schutzumfang der nachfolgenden Ansprüche fallen.

Claims

1. Elektrisches Anlasser-/Generatorsystem zum Umwandeln von elektrischer Energie aus einer entfernt angeordneten, an einen Gleichstrom-Bus (20) gelegten elektrischen Gleichstromquelle in mechanische Energie, um eine Turbinenmaschine (14) in einem Anlasser-Betriebsmodus zu starten, und zum Umwandeln von mechanischer Energie aus der Turbinenmaschine (14) in elektrische Energie, um Verbraucher, die an dem Gleichstrom-Bus liegen, in einem Generator- Betriebsmodus mit elektrischer Energie zu versorgen, wobei das Anlasser-/Generatorsystem enthält:

eine geschaltete Reluktanzmaschine (10), die einen Rotor (40) aufweist, der zum Antrieb durch ein Wellen-Mittel (12) mit der Maschine (14) verbunden ist, und einen Stator (42), der eine erste Mehrzahl vorstehender Stator-Pole (36) aufweist, auf die Phasen-Wicklungen (44) gewickelt sind, wobei der Rotor (40) eine zweite Mehrzahl vorstehender Rotor-Pole (38) umfaßt;

einen Inverter (18), der einen Eingang/Ausgang für Gleichstrom hat, der mit dem Gleichstrom-Bus (20) verbunden ist und wenigstens ein erstes und ein zweites Schaltmittel (46, 48) aufweist, die auf Schaltsteuersignale hin ansprechen, um eine jede der Phasen-Wicklungen (44) an den Gleichstrom-Bus (20) zu legen, und wenigstens ein erstes und ein zweites Kommutator-Mittel (50, 52) enthält, um eine jede der Phasen-Wicklungen über Kreuz an den Gleich strom-Bus zu legen, um einen Stromrückfluß zu ermöglichen, wenn die Schaltmittel geöffnet sind;

Mittel (30) zum Erfassen der Stellung des Rotors, die in der geschalteten Reluktanzmaschine (10) angeordnet sind, um die Winkelstellung des Rotors (40) zu überwachen, wobei das oder die Mittel zum Erfassen der Rotorstellung ein Rotor-Winkelstellungs-Steuersignal erzeugen;

Mittel (28) zum Sensieren eines Stromflusses, die in der Nähe der Phasen-Wicklungen (44) angeordnet sind, um den Strom, der in einer jeden der Phasen-Wicklungen fließt, zu überwachen, wobei das oder die Mittel zum Sensieren von Strom einem erfaßten Phasenstrom entsprechende Signale erzeugen;

Mittel (66) zum Sensieren einer Spannung, die an den Gleichstrom-Bus (20) gelegt sind, um die Gleichspannung an einem Regel-Punkt zu überwachen, wobei die Mittel zum Erfassen von Gleichspannung ein Signal für eine erfaßte Bus- Spannung erzeugen;

ein Steuermodul (22), das eine Mehrzahl von Steuereingängen und -ausgängen aufweist, die mit dem Inverter (18) verbunden sind, um das Systemverhalten in dem Anlasser- Betriebsmodus und dem Generator-Betriebsmodus während dem Betrieb zu überwachen; wobei

das Steuermodul (22) das Rotor-Winkelstellungs-Steuersignal (80, 84) überwacht und die Schaltsteuersignale (72) erzeugt, um wenigstens die ersten und zweiten Schaltmittel (46, 48) für eine jede der Phasenwicklungen (44) bei einem Winkel vor Fluchten des Rotor-Poles (38) mit dem zu der Phasen-Wicklung (44) gehörenden Stator-Pol (36) einzuschalten und dadurch die Phasen-Wicklung an den Gleichstrom-Bus (20) zu legen und es einem Gleichspannungs- Phasenstrom zu ermöglichen, aus dem Gleichstrom-Bus durch wenigstens das erste Schaltmittel (46), die Wicklung (44) und wenigstens das zweite Schaltmittel (48) zu fließen, wobei das Steuermodul weiter die Schaltsteuersignale (74) erzeugt, um wenigstens das erste und das zweite Schaltmittel (46, 48) bei einem bestimmten Winkel nach Fluchten des Rotor-Poles (38) mit dem zu der Phasen-Wicklung (44) gehö renden Stator-Pol (36) zu öffnen, wodurch die Phasen- Wicklung (44) von dem Gleichstrom-Bus (20) entkoppelt wird und der Gleichstrom gezwungen wird, zurück aus der Phasen- Wicklung (44) durch wenigstens das erste und das zweite Kommutator-Mittel (50, 52) zu dem Gleichstrom-Bus (20) zu fließen, um zu ermöglichen, daß die geschaltete Reluktanz- Maschine (10) in einem Generator-Betriebsmodus arbeitet, wobei das Steuermodul (22) die erfaßten Signale für Strom und das erfaßte Signal für die Gleichstrom-Busspannung überwacht,

dadurch gekennzeichnet, daß

das Steuermodul ein Steuersignal (68) für maximalen Phasenstrom und ein Steuersignal (70) für minimalen Phasenstrom berechnet und die Schaltsteuersignale (72, 74) moduliert, um den Gleichspannungs-Phasenstrom innerhalb einem Bereich zu regeln, der durch das Steuersignal (68) für maximalen Phasenstrom und das Steuersignal (70) für minimalen Phasenstrom festgelegt ist, wodurch das Steuermodul die Gleichstrom-Busspannung auf einem gewünschten Niveau hält.

2. Elektrisches Anlasser-/Generatorsystem nach Anspruch 1, wobei das Steuersignal (68) für maximalen Phasenstrom eine Funktion des Signals für die erfaßte Gleichstrom- Busspannung darstellt.

3. Elektrisches Anlasser-/Generatorsystem nach Anspruch 1, wobei das Steuersignal (70) für minimalen Phasenstrom sich in einem festen Verhältnis zu dem Steuersignal (68) für maximalen Phasenstrom ändert.

4. Elektrisches Anlasser-/Generatorsystem nach Anspruch 1, wobei das Steuersignal (68) für maximalen Phasenstrom zunimmt, wenn das Signal für die erfaßte Gleichstrom- Busspannung unter einen vorgegebenen Wert fällt, der einer gewünschten Bus-Spannung entspricht.

5. Elektrisches Anlasser-/Generatorsystem nach Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung (22) PROPORTIONAL-INTEGRAL- Regelung anwendet, um das Steuersignal (68) für maximalen Phasenstrom zu erzeugen.

6. Elektrisches Anlasser-/Generatorsystem nach Anspruch 1, wobei die Schaltmittel isolierte GATE-Bipolar-Transistoren (46, 48) sind.

7. Elektrisches Anlasser-/Generatorsystem nach Anspruch 1, wobei das Steuermodul (22) ein Anlasser-Anforderungssignal (60) und ein Drehmoment-Anforderungssignal (58) erhält, um den Anlasser-Betriebsmodus auszulösen, und wobei das Steuermodul die Winkelgeschwindigkeit des Rotors (40) bestimmt und ein Befehlssignal für einen maximalen Anlasser-Strom in einem offenen Regelkreis aufgrund einer in etwa linearen algebraischen Beziehung zu dem angeforderten Drehmoment-Signal berechnet.

8. Elektrisches Anlasser-/Generatorsystem nach Anspruch 7, wobei das Steuermodul (22) weiter die Schaltsteuersignale (72) erzeugt, um wenigstens das erste und das zweite Schaltmittel (46, 48) zu schließen, um die Stator-Wicklung (44) an den Gleichstrom-Bus (20) zu legen, um es dem Strom zu erleichtern, durch die Wicklung zu fließen und ein Drehmoment auszubilden, das ausreicht, die Maschine auf Leerlaufdrehzahl zu beschleunigen, wobei die Schaltsteuersignale bei einem bezüglich dem Fluchten des Rotor-Poles (38) mit dem zur Phasen-Wicklung gehörenden Stator-Pol (36) vorverzögerten Winkel erzeugt werden.

9. Elektrisches Anlasser-/Generatorsystem nach Anspruch 8, wobei das Steuermodul (22) die Schaltsteuersignale (74) erzeugt, um wenigstens das erste Schaltmittel (46) zu öffnen, um die Stator-Wicklung (44) von dem Gleichstrom-Bus (20) zu entkoppeln, wobei die Schaltsteuersignale bei einem bezüglich dem Fluchten des Rotor-Poles (38) mit dem zur Phasen-Wicklung gehörenden Stator-Pol (36) nachverzögerten Winkel erzeugt werden.

10. Elektrisches Anlasser-/Generatorsystem nach Anspruch 8, wobei das Steuermodul (22) die Schaltsteuersignale (74) erzeugt, um wenigstens das zweite Schaltmittel (48) zu öffnen, um die Stator-Wicklung (44) vom Gleichstrom-Bus (20) zu entkoppeln, wobei die Schaltsteuersignale bei einem bezüglich dem Fluchten des Rotor-Poles (38) mit dem zur Phasen-Wicklung gehörenden Stator-Pol (36) vorverzögerten Winkel erzeugt werden.

11. Elektrisches Anlasser-/Generatorsystem nach Anspruch 8, wobei das Steuermodul (22) die Schaltsteuersignale (74) erzeugt, um alternierend wenigstens die ersten und zweiten Schaltmittel (46, 48) zu öffnen, um die Stator- Wicklung (44) vom Gleichstrom-Bus (20) zu entkoppeln, wobei die Schaltsteuersignale bei einem bezüglich dem Fluchten des Rotor-Poles (38) mit dem zur Phasen-Wicklung gehörenden Stator-Pol (36) vorverzögerten Winkel erzeugt werden.

12. Verfahren zum Steuern einer geschalteten Reluktanzmaschine (10), um eine Arbeitsweise als Generator zu gestatten, wobei die Maschine einen Rotor (40) mit vorstehenden Polen hat, der zum Antrieb durch ein Wellen-Mittel (12) mit einer Maschine (14) verbunden ist, und einen mehrphasigen Stator (42) mit vorstehenden Polen und mehreren Polwicklungen aufweist, deren Phasen-Wicklungen (44) über Schaltmittel (46, 48) schaltbar an einen Gleichstrom-Bus (20) gelegt sind, um einen Fluß von Erreger-Strom zu ermöglichen, und über Kommutator-Mittel (50, 52), um einen Fluß von erzeugtem Strom zu gestatten, das die folgenden Schritte umfaßt:

Schließen der Schaltmittel (46, 48) für eine bestimmte Phasen-Wicklung (44), um Fluß von Erreger-Strom aus dem Gleichstrom-Leistungs-Bus (20) zu gestatten, um eine bestimmte Phasen-Wicklung (44) bei einem festen Winkel vor Fluchten eines Rotor-Poles (38) mit dem erregten Stator- Pol (36) unter Strom zu setzen;

Öffnen der Schaltmittel (46, 48), um Fluß von erzeugtem Strom durch die Kommutator-Mittel (50, 52) zu dem Gleichstrom-Bus (20) bei einem festen Winkel nach Fluchten des Rotor-Poles (38) mit dem erregten Stator-Pol (36) zu ermöglichen;

Überwachen der Spannung auf dem Gleichstrom-Bus (20) an einem Regel-Punkt (24);

dadurch gekennzeichnet, daß

ein Steuersignal (68) für maximalen Phasenstrom und ein Steuersignal (70) für minimalen Phasenstrom berechnet wird, die auf der Spannung auf dem Gleichstrom-Bus (20) beruhen; und die Spannung auf dem Gleichstrom-Bus (20) geregelt wird, indem die Schaltsteuermittel (46, 48) moduliert werden, um Fluß von Erregerstrom und erzeugtem Strom innerhalb der veränderbaren Schranken zu steuern, die durch das Steuersignal (68) für maximalen Phasenstrom und das Steuersignal (70) für minimalen Phasenstrom festgelegt sind.