DE102007022515A1 - Method and device for operating a control unit for controlling an electrical machine - Google Patents

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Abstract

Eine Steuereinheit (CTL) umfasst einen Zwischenkreiskondensator (C) und einen Wechselrichter (WR) und ist ausgebildet zum Ansteuern einer elektrischen Maschine (EM). Zum Betreiben der Steuereinheit (CTL) wird der Wechselrichter (WR) in der Art gesteuert, dass ein schnelles Entladen des Zwischenkreiskondensators (C) erreicht wird.A control unit (CTL) comprises a link capacitor (C) and an inverter (WR) and is designed to drive an electric machine (EM). For operating the control unit (CTL), the inverter (WR) is controlled in such a way that a rapid discharging of the intermediate circuit capacitor (C) is achieved.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Steuereinheit mit einem Zwischenkreiskondensator und einem Wechselrichter, das bzw. die ausgebildet ist zum Ansteuern einer elektrischen Maschine, bei dem ein schnelles Entladen des Zwischenkreiskondensators durch Ansteuerung des Wechselrichters gesteuert wird.The The invention relates to a method and an apparatus for operating a control unit with a DC link capacitor and a Inverter, which is designed for driving a electrical machine, in which a fast discharge of the DC link capacitor is controlled by driving the inverter.

Elektrische Maschinen können sowohl in einem Motorbetrieb als auch in einem Generatorbetrieb eingesetzt werden. So sind beispielsweise Asynchron- und Synchronmaschinen bekannt mit einem Stator, dem drei Wicklungsstränge zugeordnet sind, und einem Rotor.electrical Machines can work both in an engine operation as well be used in a generator mode. For example, asynchronous and synchronous machines known with a stator, the three winding strands are assigned, and a rotor.

Synchronmaschinen finden Einsatz im Bereich der Automobiltechnik, wo sie beispielsweise für Lenksysteme von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Synchronmaschinen können mit Permanentmagneten auf dem Rotor ausgestaltet sein. Sie können jedoch auch mit Erregerwicklungen in dem Rotor ausgestattet sein. Synchronmaschinen können als Schenkelpolmaschinen ausgebildet sein, bei denen der Rotor ein Polrad hat mit ausgeprägten Polen. Die Synchronmaschine kann jedoch auch beispielsweise als Vollpolmaschine mit einem rotationssymmetrisch ausgebildeten Rotor ausgebildet sein.synchronous machines find application in the field of automotive technology, where they, for example used for steering systems of motor vehicles. Synchronous machines can work with permanent magnets on the Rotor be designed. However, you can also use excitation windings be equipped in the rotor. Synchronous machines can be designed as a salient pole, in which the rotor a Polrad has poles with pronounced. The synchronous machine However, for example, as a full-pole machine with a rotationally symmetrical trained Rotor be formed.

Asynchronmaschinen finden Einsatz im Bereich der Aufzugstechnik, wo sie beispielsweise für Antriebsmotoren im Lift eingesetzt werden. Asynchronmaschinen können als Kurzschlussläufermaschinen mit kurzgeschlossenen Leiterschleifen auf dem Rotor ausgestattet sein. Sie können jedoch auch als Schleifringläufermaschinen mit über Schleifringen herausgeführten Leiterschleifen auf dem Rotor ausgestattet sein.asynchronous find application in the field of elevator technology, where they, for example be used for drive motors in the lift. asynchronous can be used as squirrel cage machines with shorted Conductor loops on the rotor be equipped. You can but also as slip ring machines with over Slip rings lead out conductor loops on the rotor be equipped.

Die Steuereinheit mit dem Zwischenkreiskondensator und dem Wechselrichter ist ausgebildet zum Ansteuern der jeweiligen elektrischen Maschine. Eingangsseitig wird die Steuereinheit mit einem Gleichstrom und einer Gleichspannung beaufschlagt, die beispielsweise durch einen Gleichrichter und/oder einer Batterie und/oder einem Gleichspannungswandler bereitgestellt wird. Ein der Steuereinheit zugeordneter Zwischenkreis entkoppelt den Gleichrichter und/oder die Batterie und/oder den Gleichspannungswandler vom ausgangsseitig verschalteten Wechselrichter. Der dem Zwischenkreis zugeordnete Zwischenkreiskondensator übernimmt dabei die Funktion eines Energiespeichers und kompensiert Schwankungen der Eingangsspannung, die durch den Gleichrichter und/oder der Batterie und/oder dem Gleichspannungswandler erzeugt wird.The Control unit with the DC link capacitor and the inverter is designed to drive the respective electric machine. On the input side becomes the control unit with a direct current and a DC voltage acted upon, for example, by a rectifier and / or a battery and / or a DC-DC converter provided becomes. A DC link assigned to the control unit is decoupled the rectifier and / or the battery and / or the DC-DC converter from the output side connected inverter. The associated with the DC link DC link capacitor assumes the function of a Energy storage and compensates for fluctuations in the input voltage, through the rectifier and / or the battery and / or the DC-DC converter is produced.

In bestimmten Einsatzbereichen der elektrischen Maschine wie beispielsweise in der Automobiltechnik, ist die Entladung des der Steuereinheit zugeordneten Zwischenkreiskondensators innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer aus Sicherheitsgründen in bestimmten Zuständen der Steuereinheit und/oder der elektrischen Maschine vorgegeben. Derartige Zustände sind Fehlerzustände die beispielsweise durch das plötzliche Abziehen eines Zündschlüssels hervorgerufen werden können. Auch beim Abschalten eines Kraftfahrzeugs muss sichergestellt werden, dass die Batterie von dem Zwischenkreiskondensator getrennt wird und der Zwischenkreiskondensator innerhalb der vorgegebenen Zeitdauer entladen wird. Durch die Sicherstellung der Entladung des Zwischenkreiskondensators werden hohe Berührungsspannungen vermieden.In certain areas of application of the electrical machine such as in automotive engineering, the discharge is the control unit assigned intermediate circuit capacitor within a predetermined Duration for security reasons in certain states the control unit and / or the electrical machine specified. Such states are error conditions, for example, by the sudden removal of an ignition key caused can be. Also when switching off a motor vehicle must be ensured that the battery from the DC link capacitor is disconnected and the DC link capacitor within the given Duration is discharged. By ensuring the discharge the DC link capacitor become high contact voltages avoided.

Zur Entladung des Zwischenkreiskondensators kann beispielsweise ein zu ihm parallelgeschalteter Entladewiderstand eingesetzt werden. Der Entladewiderstand kann ständig parallel zum Zwischenkreiskondensator geschaltet sein oder über einen Schalter zugeschaltet werden, wenn ein Zustand der Steuereinheit und/oder der elektrischen Maschine erreicht wird, der eine Entladung des Kondensators vorgibt. Durch den Einsatz des Entladewiderstands wird die im Zwischenkreiskondensator gespeicherte Energie über den Entladewiderstand in Form von Wärmeenergie abgebaut. Diese Möglichkeit der Entladung des Zwischenkreiskondensators setzt voraus, dass der Wechselrichter zum Zeitpunkt des Entladens hochohmig durch die Ansteuerung geschaltet ist.to Discharge of the DC link capacitor, for example, a be used parallel to him discharge resistor. The discharge resistor can be constantly parallel to the DC link capacitor be switched or switched on via a switch, if a state of the control unit and / or the electric machine is reached, which dictates a discharge of the capacitor. By the use of the discharge resistor is the stored energy in the DC link capacitor degraded the discharge resistance in the form of heat energy. This possibility of discharging the DC link capacitor requires that the inverter at the time of unloading high impedance is switched by the control.

In der Offenlegungsschrift DE 10 2004 057 693 A1 wird die im Zwischenkreiskondensator gespeicherte Energie bei abgeschalteter elektrischen Maschine und ausgeschaltetem Wechselrichter über einen vorhandenen Gleichspannungswandler an eine mit dem Gleichspannungswandler verbundenen Ladungsspeicher abgeführt. Dabei muss der Gleichspannungswandler so angesteuert werden, dass eine niederspannungsseitige Ausgangsspannung gegenüber dem Normalzustand angehoben wird, damit die im Zwischenkreiskondensator gespeicherte Ladung dem Ladungsspeicher zugeführt werden kann.In the published patent application DE 10 2004 057 693 A1 the energy stored in the intermediate circuit capacitor is discharged with the electric machine switched off and the inverter switched off via an existing DC-DC converter to a charge store connected to the DC-DC converter. In this case, the DC-DC converter must be controlled so that a low-voltage side output voltage is raised compared to the normal state, so that the charge stored in the DC link capacitor can be supplied to the charge storage.

Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Steuereinheit zu schaffen, das bzw. die einfach ist.The Task underlying the invention is a method and to provide a device for operating a control unit, that is easy.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.The Task is solved by the characteristics of the independent Claims. Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.

Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Betreiben einer Steuereinheit mit einem Zwischenkreiskondensator und einem Wechselrichter, bei dem bzw. der ein schnelles Entladen des Zwischenkreiskondensators durch Ansteuerung des Wechselrichters gesteuert wird. Dabei wird der Zwischenkreiskondensator im Sinne eines Abführens der gespeicherten Ladung über den Wechselrichter entladen. Durch die Verwendung des Wechselrichters zum Entladen des Zwischenkreiskondensators werden in der Steuereinheit keine zusätzlichen Bauelemente benötigt. Dadurch ergibt sich eine kostengünstige und einfache Entladung des Zwischenkreiskondensators. Durch die Verwendung des Wechselrichters zum Entladen des Zwischenkreiskondensators ent fällt eine aufwendige und kostenintensive Wärmeabfuhr. Das Verfahren und die korrespondierende Vorrichtung kann somit auch in Bereichen der elektrischen Maschine eingesetzt werden, in denen Gleichspannungswandler nicht eingesetzt werden.The invention is characterized by a method and a corresponding device for operating a control unit having an intermediate circuit capacitor and an inverter, in which a rapid discharging of the intermediate circuit capacitor is controlled by driving the inverter. In this case, the intermediate circuit capacitor is discharged in the sense of discharging the stored charge via the inverter. By using the inverter to discharge the DC link capacitor no additional components are required in the control unit. This results in a cost-effective and simple discharge of the DC link capacitor. By using the inverter for discharging the intermediate circuit capacitor ent falls a complex and costly heat dissipation. The method and the corresponding device can thus also be used in areas of the electrical machine in which DC-DC converters are not used.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Zwischenkreiskondensator über die der elektrischen Maschine zugeordneten Wicklungsstränge durch eine mehrfach so kurze Ansteuerung des Wechselrichters entladen, dass das der elektrischen Maschine zugeordnete Trägheitsmoment am Rotor einer durch die Entladung zugeordneten Momenterzeugung am Rotor weitgehend kompensiert. Durch die Ansteuerung des Wechselrichters wird der Zwischenkreiskondensator im Sinne eines Abführens der gespeicherten Ladung über den Wechselrichter mit den Wicklungssträngen der elektrischen Maschine elektrisch gekoppelt. Die im Zwischenkreiskondensator gespeicherte Energie wird den Wicklungssträngen über den Wechselrichter zugeführt und durch die den Wicklungssträngen zugeordneten Wicklungswiderstände in Wärmeenergie umgesetzt und abgebaut. Durch die kurze Ansteuerung des Wechselrichters kann so eine in diesem Zusammenhang unerwünschte Drehmomenterzeugung an der elektrischen Maschine wirkungsvoll vermieden werden.According to one advantageous embodiment, the DC link capacitor via the winding strands associated with the electrical machine discharged by several times as short control of the inverter, that the moment of inertia associated with the electrical machine on the rotor of a torque generation associated with the discharge Compensated largely on the rotor. By controlling the inverter is the DC link capacitor in the sense of a discharge of the stored charge via the inverter with the winding strands electrically coupled to the electric machine. The in the DC link capacitor stored energy is transferred to the winding strands fed to the inverter and through the winding strands associated winding resistances in heat energy implemented and dismantled. Due to the short drive of the inverter can be such a undesirable torque in this context be effectively avoided on the electric machine.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Zwischenkreiskondensator über die der elektrischen Maschine zugeordneten Wicklungsstränge durch eine Ansteuerung des Wechselrichters dadurch entladen, dass im Rahmen einer feldorientierten Stromregelung einem Sollwert für eine momentbildende Stromkomponente ein Neutralwert, der insbesondere Null betragen kann, vorgegeben wird und einem Sollwert für eine magnetfeldbildende Stromkomponente ein vorgegebener Entladewert zugewiesen wird. Der vorgegebene Entladewert ist so vorgegeben, dass der Zwischenkreiskondensator soweit entladen wird, dass eine Zwischenkreisspannung, die über dem Zwischenkreiskondensator abfällt, unter einer vorgegebenen Berührungsspannung liegt, so z. B. 60 V.According to one Another advantageous embodiment of the DC link capacitor via the winding strands associated with the electrical machine by driving the inverter discharged by that as part of a field-oriented current control a setpoint for a moment-forming current component is a neutral value, in particular Can be zero, is given and a setpoint for a magnetic field forming current component a predetermined discharge value is assigned. The predetermined discharge value is predetermined that the DC link capacitor is discharged so far that a DC link voltage across the DC link capacitor falls, is below a predetermined contact voltage, so z. B. 60V.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Bedingung zur Ansteuerung des Wechselrichters zum Entladen des Zwischenkreiskondensators, dass die elektrische Maschine und/oder die Steuereinheit einen Ausschaltzustand einnehmen sollen und/oder ein Fehlerfall eingetreten ist. Der Fehlerfall entspricht allen nichtvorhersagbaren Ereignissen, die einen fehlerfreien Betrieb der elektrischen Maschine und/oder der Steuereinheit gefährden und somit eine Entladung des Zwischenkreiskondensators erforderlich machen. Im Ausschaltzustand der elektrischen Maschine und/oder der Steuereinheit ist durch die Entladung des Zwischenkreiskondensators sichergestellt, dass keine gefährdende Berührungsspannung anliegt.According to one Another advantageous embodiment is a condition for driving of the inverter for discharging the DC link capacitor, the electrical machine and / or the control unit assume a switch-off state should and / or an error occurred. The error case corresponds all unpredictable events requiring error-free operation endanger the electrical machine and / or the control unit and thus a discharge of the DC link capacitor required do. In the off state of the electrical machine and / or the Control unit is through the discharge of the DC link capacitor Ensures that no hazardous contact voltage is applied.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:embodiments The invention are described in more detail below with reference to the schematic drawings explained. Show it:

1 eine Schaltungsanordnung mit einer elektrischen Maschine und einer Steuereinheit 1 a circuit arrangement with an electrical machine and a control unit

2 eine Schaltungsanordnung einer Ansteuerung der Steuereinheit 2 a circuit arrangement of a control of the control unit

3 ein Ablaufdiagramm einer Ansteuerung der Steuereinheit 3 a flowchart of a control of the control unit

Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit dem gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.elements the same construction or function are cross-figurative marked with the same reference number.

Eine Steuereinheit CTL in 1 umfasst beispielsweise einen Wechselrichter WR und einen Zwischenkreis ZK mit einem dazugehörigen Zwischenkreiskondensator C. Der Wechselrichter WR verbindet den Zwischenkreis ZK über drei Versorgungsstränge L1, L2 und L3 mit einer elektrischen Maschine EM. Der Zwischenkreis ZK wird eingangsseitig durch einen Gleichstrom und eine Gleichspannung über eine Versorgungsspannungsquelle V_IN gespeist. Die Versorgungsspannungsquelle V_IN repräsentiert beispielsweise einen Gleichrichter und/oder eine Batterie und/oder einen Gleichspannungswandler und erzeugt eine Zwischenkreisspannung U_ZK.A control unit CTL in 1 includes, for example, an inverter WR and a DC link ZK with an associated DC link capacitor C. The inverter WR connects the DC link ZK via three supply lines L1, L2 and L3 with an electric machine EM. The intermediate circuit ZK is fed on the input side by a direct current and a DC voltage via a supply voltage source V_IN. The supply voltage source V_IN represents, for example, a rectifier and / or a battery and / or a DC-DC converter and generates a DC link voltage U_ZK.

Eine Betriebsansteuerung BA, die auch als Vorrichtung zum Betreiben der Steuereinheit bezeichnet werden kann, ist mit Steuereingängen von Schaltelementen S1, S2, S3, S4, S5 und S6 der Steuereinheit CTL verbunden und ist ausgebildet zum Steuern dieser Schaltelemente mittels Schaltelementsignalen S_1, S_2, S_3, S_4, S_5 und S_6. Der Emitter des Schaltelements S1 ist über einen Knotenpunkt K1 mit dem Kollektor des Schaltelements S2 verbunden. Über den Knotenpunkt K1 sind die beiden Schaltelemente S1 und S2 über den dritten Versorgungsstrang L3 mit der elektrischen Maschine EM verbunden. Kollektorseitig ist das Schaltelement S1 mit einem positiven Versorgungspotential der Zwischenkreisspannung U_ZK verbunden. Emitterseitig ist das Schaltelement S2 mit einem negativen Versorgungspotential mit der Zwischenkreisspannung U_ZK verbunden.An operating control BA, which can also be referred to as a device for operating the control unit, is connected to control inputs of switching elements S1, S2, S3, S4, S5 and S6 of the control unit CTL and is designed to control these switching elements by means of switching element signals S_1, S_2, S_3 , S_4, S_5 and S_6. The emitter of the switching element S1 is connected via a node K1 to the collector of the switching element S2. About the node K1, the two switching elements S1 and S2 via the third supply line L3 with the electrical Ma connected to EM. Collector side, the switching element S1 is connected to a positive supply potential of the intermediate circuit voltage U_ZK. Emitterseitig the switching element S2 is connected to a negative supply potential with the intermediate circuit voltage U_ZK.

Die Schaltelemente S3 und S4 und die Schaltelements S5 und S6 sind identisch zu den Schaltelementen S1q und S2 aufgebaut, wobei die Kollektor-Emitter-Strecke der Schaltelemente S3 und S4 über den zweiten Versorgungsstrang L2 und die Kollektor-Emitter-Strecke der Schaltelemente S5 und S6 über den dritten Versorgungsstrang L3 mit der elektrischen Maschine EM verbunden sind.The Switching elements S3 and S4 and the switching element S5 and S6 are identical constructed to the switching elements S1q and S2, wherein the collector-emitter path the switching elements S3 and S4 via the second supply line L2 and the collector-emitter path of the switching elements S5 and S6 via the third supply line L3 with the electric machine EM are connected.

Die Schaltelemente S1, S2, S3, S4, S5 und S6 können als MOS-FETs, bipolare Transistoren und Leistungstransistoren, Feldeffekt-Leistungstransistoren, Thyristoren, IGBTs ausgeführt sein.The Switching elements S1, S2, S3, S4, S5 and S6 can be used as MOS-FETs, bipolar transistors and power transistors, field effect power transistors, Thyristors, IGBTs be executed.

Der Zwischenkreiskondensator C ist parallel zur Versorgungsspannungsquelle V_IN geschaltet und wird beim Betrieb der Steuereinheit CTL auf die von der Versorgungsspannungsquelle V_IN erzeugte Zwischenkreisspannung U_ZK aufgeladen.Of the DC link capacitor C is parallel to the supply voltage source V_IN switched and becomes in the operation of the control unit CTL the DC link voltage generated by the supply voltage source V_IN U_ZK charged.

Die Steuereinheit CTL steuert über den Wechselrichter WR die elektrische Maschine EM. Die erzeugte Ausgangsspannung und – frequenz des Wechselrichters WR ist abhängig vom Schaltzustand der Schaltelemente S1, S2, S3, S4, S5 und S6. Dabei dürfen in jeder Schaltphase des Wechselrichters immer nur drei der sechs Schaltelemente S1, S2, S3, S4, S5 und S6 eingeschaltet sein, wobei die emitterkollektorseitig verbundenen Schaltelemente mittels Schaltelementsignalen S_1, S_2, S_3, S_4, S_5 und S_6 komplementär geschaltet sind.The Control unit CTL controls via the inverter WR electric machine EM. The generated output voltage and frequency of the inverter WR depends on the switching state of the inverter Switching elements S1, S2, S3, S4, S5 and S6. In doing so may in each switching phase of the inverter always only three of the six Switching elements S1, S2, S3, S4, S5 and S6 be turned on, wherein the emitter collector side connected switching elements by means of switching element signals S_1, S_2, S_3, S_4, S_5 and S_6 complementarily switched are.

Eine bevorzugte Ausbildung der Betriebsansteuerung BA umfasst eine feldorientierte Stromregelung wie in 2 dargestellt.A preferred embodiment of the operating control BA comprises a field-oriented current control as in 2 shown.

Eine Transformationseinheit TR erfasst einen über einen ersten und einen zweiten Messpunkt MP_1 und MP_2 abgegriffenen ersten und zweiten Strangstrom i_1 und i_2. Ein dritter Strangstrom i_3 kann über die Beziehung i_1 + i_2 + i_3 = 0. berechnet werden. Zusätzlich benötigt die Transformationseinheit TR ein Drehgebersignal S_N, welches durch einen Drehgeber DG an einer Rotorwelle der elektrischen Maschine EM ermittelt wird, um daraus die Rotorlage zu ermitteln. Aus diesen Eingangsgrößen transformiert die Transformationseinheit TR die drei Strangströme i_1, i_2 und i_3 durch eine Clarke-Park-Transformation in einen magnetfeldbildenden Stromistwert id_ist und einen momentbildenden Stromistwert iq_ist. Der aus der Clark-Park-Transformation berechnete magnetfeldbildende Stromistwert id_ist wird mit einem magnetfeldbildenden Stromsollwert id_ref verglichen und eine daraus resultierende Differenz einem Regler RE_1 zugeführt. Der magnetfeldbildende Stromsollwert id_ref ermittelt sich beispielsweise aus dem Drehgebersignal S_N und einem darauf angewendeten Magnetflussmodell der elektrischen Maschine EM. Der aus der Clark-Park-Transformation berechnete momentbildende Stromistwert iq_ist wird mit einem momentbildenden Stromsollwert iq_ref verglichen und eine daraus resultierende Differenz einem Regler RE_2 zugeführt. Der momentbildende Stromsollwert iq_ref berechnet sich beispielsweise aus einem vorgegebenen Drehmomentsollwert. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass bei großen Änderungen der Stromsollwerte id_ref und iq_ref ein Vorsteuerzweig FF_1 und FF_2 zugeschaltet werden kann, um die Regelgeschwindigkeit der feldorientierten Regelung zu beschleunigen.A transformation unit TR detects a first and second phase current i_1 and i_2 tapped via a first and a second measuring point MP_1 and MP_2. A third phase current i_3 can be through the relationship i_1 + i_2 + i_3 = 0. be calculated. In addition, the transformation unit TR requires a rotary encoder signal S_N, which is determined by a rotary encoder DG on a rotor shaft of the electric machine EM in order to determine the rotor position therefrom. From these input variables, the transformation unit TR transforms the three phase currents i_1, i_2 and i_3 into a magnetic field-forming current actual value id_ist and a torque-forming current actual value iq_ist by means of a Clarke-Park transformation. The magnetic field-forming current actual value id_act calculated from the Clark-Park transformation is compared with a current setpoint id_ref that forms the magnetic field, and a resulting difference is fed to a controller RE_1. The magnetic field-forming current setpoint id_ref is determined, for example, from the rotary encoder signal S_N and a magnetic flux model of the electric machine EM applied thereto. The moment-forming current actual value iq_act calculated from the Clark-Park transformation is compared with a torque-forming current setpoint iq_ref and a resulting difference is supplied to a regulator RE_2. The torque-generating current setpoint iq_ref is calculated, for example, from a predetermined torque setpoint. In this context, it should be noted that for large changes in the current setpoint id_ref and iq_ref a Vorsteuerzweig FF_1 and FF_2 can be switched to accelerate the control speed of the field-oriented control.

Ein durch den Regler RE_1 ausgangsseitig erzeugtes magnetfeldbildendes Referenzstromsignal id und ein durch den Regler RE_2 ausgangsseitig erzeugtes momentbildendes Referenzstromsignal iq wird einer inversen Transformationseinheit TR_INV zugeführt. Die inverse Transformationseinheit TR_INV berechnet anhand einer inversen Park-Transformation aus den Referenzstromsignalen id und iq ein magnetfeldbildendes Referenzsignal Vd und ein momentbildendes Referenzsignal Vq, welche einer Raumvektor-PWM-Einheit SV_PWM zugeführt werden. Die Raumvektor-PWM-Einheit SV_PWM ermittelt aus den Referenzsignalen Vd und Vq und eines auf die Referenzsignale Vd und Vq angewendeten internen Modells die Schaltelementsignale S_1, S_2, S_3, S_4, S_5 und S_6, um die Schaltelemente S1, S2, S3, S4, S5 und S6 des Wechselrichters WR anzusteuern.One by the controller RE_1 output side generated magnetic field forming Reference current signal id and on by the controller RE_2 output side generated moment-forming reference current signal iq becomes an inverse Transformation unit TR_INV supplied. The inverse transformation unit TR_INV calculated on the basis of an inverse Park transformation from the reference current signals id and iq a magnetic field-forming reference signal Vd and a moment-forming Reference signal Vq, which supplied to a space vector PWM unit SV_PWM become. The space vector PWM unit SV_PWM determines from the reference signals Vd and Vq and one applied to the reference signals Vd and Vq internal model, the switching element signals S_1, S_2, S_3, S_4, S_5 and S_6 to the switching elements S1, S2, S3, S4, S5 and S6 of the inverter WR to drive.

Durch die Vorgabe des magnetfeldbildenden und des momentbildenden Stromsollwertes id_ref und iq_ref und dessen Vergleich mit dem berechneten magnetfeldbildenden und momentbildenden Stromistwert id_ist und iq_ist, werden die Schaltelemente S1, S2, S3, S4, S5 und S6 des Wechselrichters WR im Sinne der feldorientierten Stromregelung angesteuert.By the specification of the magnetic field-forming and the torque-generating current setpoint id_ref and iq_ref and its comparison with the calculated magnetic field forming and moment-forming current actual values id_ist and iq_act, become the switching elements S1, S2, S3, S4, S5 and S6 of the inverter WR in the sense of field-oriented Current control activated.

Der Zwischenkreiskondensator C kann auch unabhängig von dem Vorhandensein der feldorientierten Stromregelung durch eine Ansteuerung der Steuereinheit CTL in der Art entladen werden, dass beispielsweise nur die Schaltelemente S1 und S4 des Wechselrichters WR eingeschaltet sind. Durch diese Ansteuerung wird die Zwischenkreisspannung U_ZK über dem Zwischenkreiskondensator C über den dritten und zweiten Wicklungs strang ST_3 und ST_2 der elektrischen Maschine EM entladen. Dabei wird die im Zwischenkreiskondensator C gespeicherte Energie in den den Wicklungssträngen ST_3 und ST_2 zugeordneten Wicklungswiderständen in Wärmeenergie umgewandelt und abgebaut. Die Schaltelemente S1 und S4 werden durch die Ansteuerung mehrfach so kurzzeitig eingeschaltet, dass das der elektrischen Maschine EM zugeordnete Trägheitsmoment am Rotor ein durch einen Stromfluss durch die Wicklungsstränge ST_3 und ST_2 erzeugtes Drehmoment am Rotor weitgehend kompensiert. Durch die kurzzeitige und insbesondere periodische Ansteuerung der Schaltelemente S1 und S4 kann der Zwischenkreiskondensator C innerhalb der vorgegebenen Zeitdauer T_MAX auf unter eine vorgegebene Berührungsspannung entladen werden.The DC link capacitor C can also be discharged independently of the presence of the field-oriented current control by a control of the control unit CTL in such a way that, for example, only the switching elements S1 and S4 of the inverter WR are turned on. By this control, the intermediate circuit voltage U_ZK over the DC link capacitor C via the third and second winding strand ST_3 and ST_2 of the electric machine EM is discharged. there the energy stored in the intermediate circuit capacitor C is converted into thermal energy in the winding resistances assigned to the winding phases ST_3 and ST_2, and dissipated. The switching elements S1 and S4 are turned on by the control multiple times so briefly that the electric machine EM associated moment of inertia on the rotor largely compensated by a current flow through the winding phases ST_3 and ST_2 generated torque on the rotor. Due to the brief and in particular periodic activation of the switching elements S1 and S4, the intermediate circuit capacitor C can be discharged within the predetermined time T_MAX to below a predetermined contact voltage.

Befindet sich die elektrische Maschine EM und/oder die Steuereinheit CTL in einem Zustand, der eine Entladung des Zwischenkreiskondensators C vorgibt, kann die kurzzeitige periodische Ansteuerung der Schaltelemente S1 und S4 durch die Betriebsansteuerung BA erfolgen, wobei auch andere Schaltelemente als S1 und S4 gewählt werden können, um durch eine kurzzeitige und periodische Ansteuerung den Zwischenkreiskondensator C über die Wicklungsstränge der elektrischen Maschine EM zu entladen.is the electric machine EM and / or the control unit CTL in a state that a discharge of the DC link capacitor C pretends, the short-term periodic control of the switching elements S1 and S4 are carried out by the operating control BA, wherein also switching elements other than S1 and S4 can be selected, by a short-term and periodic control of the DC link capacitor C over the winding strands of the electric machine EM to unload.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Betriebsansteuerung BA die feldorientierte Stromregelung. Die Betriebsansteuerung BA ist ausgebildet ein Programm abzuarbeiten, das anhand des Ablaufdiagramms der 3 näher erläutert ist.In a further embodiment, the operating control BA comprises the field-oriented current control. The operating control BA is designed to execute a program that is based on the flowchart of the 3 is explained in more detail.

Das Programm wird in einem Schritt 1 gestartet und überprüft, ob die elektrische Maschine EM und/oder die Steuereinheit CTL in einem Zustand Zc ist, der eine Entladung des Zwischenkreiskondensators C vorgibt.The program will be in one step 1 is started and checked whether the electric machine EM and / or the control unit CTL is in a state Zc, which specifies a discharge of the DC link capacitor C.

Ist dieser Zustand Zc eingetreten, wird in einem Schritt 2 der momentbildende Stromsollwert iq_ref auf Null gesetzt. Dadurch liefert die momentbildende Stromkomponente im Regler RE_1, in der inversen Transformationseinheit TR_INV und in der Raumvektor-PWM-Einheit SV_PWM bei der Ansteuerung der Schaltelemente S1, S2, S3, S4, S5 und S6 des Wechselrichters WR im Wesentlichen keinen Beitrag. Somit wird, idealisiert betrachtet, kein Drehmoment am Rotor der elektrischen Maschine EM erzeugt.If this condition Zc has occurred, it will be in one step 2 the moment-forming current setpoint iq_ref is set to zero. As a result, the moment-forming current component in the controller RE_1, in the inverse transformation unit TR_INV and in the space vector PWM unit SV_PWM provides substantially no contribution in the activation of the switching elements S1, S2, S3, S4, S5 and S6 of the inverter WR. Thus, ideally, no torque is generated at the rotor of the electric machine EM.

Der magnetfeldbildende Stromsollwert id_ref wird auf einen vorgegebenen Entladewert Ic eingestellt, der so vorgegeben ist, dass eine Ladung am Zwischenkreiskondensator C auf vorgegebene Weise verringert wird. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass der magnetfeldbildende Stromsollwert id_ref nur geeignet hoch eingestellt werden darf, um sicherzustellen, dass der aus dem magnetfeldbildenden Stromsollwert id_ref resultierende Entladestrom des Zwischenkreiskondensators C keine Bauelemente beschädigt.Of the Magnetic field current setpoint id_ref is set to a predetermined Discharge value Ic set, which is predetermined so that a charge is reduced at the DC link capacitor C in a predetermined manner. In this context, it should be noted that the magnetic field-forming current setpoint id_ref may only be set high enough to ensure that resulting from the magnetic field-forming current setpoint id_ref Discharge current of the DC link capacitor C no components damaged.

In einem Schritt 3 wird geprüft, ob die Zwischenkreisspannung U_ZK über dem Zwischenkreiskondensator C unter einen Schwellwert SW entladen ist oder eine vorgegebene Zeitdauer T abgelaufen ist. Der Schwellwert SW ist beispielsweise die Berührungsspannung. Die Zeitdauer T ist so vorgegeben, dass sich unter Berücksichtigung der Eigenschaften des Zwischenkreiskondensators C und des durch den magnetfeldbildenden Stromsollwert id_ref vorgegebenen Entladestroms im fehlerfreien Fall, die Zwischenkreisspannung U_ZK über dem Zwischenkreiskondensator C innerhalb der vorgegebenen Zeitdauer T_MAX auf zumindest den Schwellwert SW entladen wird.In one step 3 it is checked whether the intermediate circuit voltage U_ZK is discharged above the intermediate circuit capacitor C below a threshold SW or a predetermined period T has expired. The threshold value SW is, for example, the touch voltage. The time duration T is predetermined such that, taking into account the properties of the intermediate circuit capacitor C and the discharge current predetermined by the magnetic field generating current reference value id_ref in the error-free case, the intermediate circuit voltage U_ZK across the intermediate circuit capacitor C is discharged to at least the threshold value SW within the predetermined time period T_MAX.

Ist die Bedingung des Schritts 3 erfüllt, so wird in einem Schritt 4 der magnetfeldbildende Stromsollwert id_ref auf Null gesetzt und die Betriebsansteuerung BA ausgeschaltet.Is the condition of the step 3 fulfilled, so will in one step 4 the magnetic field-forming current setpoint id_ref is set to zero and the operating control BA is switched off.

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Claims (5)

Verfahren zum Betreiben einer Steuereinheit (CTL) mit einem Zwischenkreiskondensator (C) und einem Wechselrichter (WR), der ausgebildet ist zum Ansteuern einer elektrischen Maschine (EM), bei dem ein schnelles Entladen des Zwischenkreiskondensators (C) durch Ansteuerung des Wechselrichters (WR) gesteuert wird.Method for operating a control unit (CTL) with a DC link capacitor (C) and an inverter (WR), which is designed for driving an electric machine (EM), in which a fast discharge of the DC link capacitor (C) is controlled by driving the inverter (WR). Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Zwischenkreiskondensator (C) über die der elektrischen Maschine (EM) zugeordneten Wicklungsstränge (ST_1, ST_2, ST_3) durch eine mehrfach so kurze Ansteuerung des Wechselrichters (WR) entladen wird, dass das der elektrischen Maschine (EM) zugeordnete Trägheitsmoment am Rotor eine durch die Entladung zugeordnete Momenterzeugung am Rotor weitgehend kompensiert.Method according to Claim 1, in which the intermediate circuit capacitor (C) via that of the electric machine (EM) associated Winding strands (ST_1, ST_2, ST_3) by a multiple so short drive of the inverter (WR) is discharged that the moment of inertia associated with the electrical machine (EM) on the rotor associated with the discharge torque generation on Rotor largely compensated. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Zwischenkreiskondensator (C) über die der elektrischen Maschine (EM) zugeordneten Wicklungsstränge (ST_1, ST_2, ST_3) durch eine Ansteuerung des Wechselrichters (WR) dadurch entladen wird, dass im Rahmen einer feldorientierten Stromregelung ein Sollwert für eine momentbildende Stromkomponente mit einem Neutralwert vorgegeben wird und ein Sollwert für eine magnetfeldbildende Stromkomponente ein vorgegebener Entladewert (Ic) zugewiesen wird.Method according to Claim 1, in which the intermediate circuit capacitor (C) via that of the electric machine (EM) associated Winding phases (ST_1, ST_2, ST_3) by a control of the inverter (WR) is discharged as part of a field-oriented current control a setpoint for a torque-forming Current component is specified with a neutral value and a setpoint for a magnetic field forming current component a predetermined Unloading value (Ic) is assigned. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem eine Bedingung zur Ansteuerung des Wechselrichters (WR) zum Entladen des Zwischenkreiskondensators (C) ist, dass die elektrische Maschine (EM) und/oder die Steuereinheit (CTL) einen Ausschaltzustand einnehmen sollen und/oder ein Fehlerfall eingetreten ist.Method according to one of the preceding claims, in which a condition for controlling the inverter (WR) for discharging the DC link capacitor (C) is that the electric machine (EM) and / or the control unit (CTL) assume an off state should and / or an error occurred. Vorrichtung zum Betreiben einer Steuereinheit (CTL) mit einem Zwischenkreiskondensator (C) und einem Wechselrichter (WR), wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, ein schnel les Entladen des Zwischenkreiskondensators (C) durch Ansteuerung des Wechselrichters (WR) zu steuern.Device for operating a control unit (CTL) with a DC link capacitor (C) and an inverter (WR), wherein the device is adapted to a fast les Discharging the DC link capacitor (C) by controlling the inverter (WR) to control.
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