DE102010021865B4 - Method for controlling or braking a synchronous machine and a converter-fed synchronous machine - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Regeln einer Synchronmaschine, nämlich eines Synchronmotors,wobei die Synchronmaschine von einem Wechselrichter oder Umrichter speisbar ist,dadurch gekennzeichnet, dassdie Zwischenkreisenergie (Wist) erfasst wird und auf einen vorgebbaren Sollwert (WSoll) hin geregelt wird,der Statorstromraumzeiger bestimmt wird und daraus ein momentbildender und ein flussbildender Stromanteil (iq_Soll,id_Soll) bestimmt wird,wobei der flussbildende Stromanteil des Motorstroms auf einen derartigen Sollwert (id_Soll) hin geregelt wird, dass generatorisch erzeugte Energie im Motor in Wärme verwandelt wird, wobeidie Abweichung der Zwischenkreisenergie (Wist)zu ihrem Sollwert (WSoll) einem linearen Reglerglied, zugeführt wird und das Ausgangssignal als Sollwert (id_Soll) für den flussbildenden Stromanteil verwendet wird im generatorischen Betrieb der Synchronmaschine.Method for controlling a synchronous machine, namely a synchronous motor, wherein the synchronous machine can be fed by an inverter or converter, characterized in that the intermediate circuit energy (Wact) is recorded and regulated to a predeterminable setpoint (WSoll), the stator current space vector is determined and from this torque-forming and a flow-forming current component (iq_Soll, id_Soll) is determined, whereby the flow-forming current component of the motor current is regulated to such a target value (id_Soll) that generator-generated energy is converted into heat in the motor, with the deviation of the intermediate circuit energy (Wact) from its Setpoint (WSoll) is fed to a linear controller element and the output signal is used as a setpoint (id_Soll) for the flow-forming current component in the generator operation of the synchronous machine.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln oder Abbremsen einer Synchronmaschine und eine umrichtergespeiste Synchronmaschine.The invention relates to a method for controlling or braking a synchronous machine and a converter-fed synchronous machine.
Bei modernen elektrischen Antrieben kommen zunehmend umrichtergespeiste Synchronmaschinen zum Einsatz. Insbesondere die Ausführungsform der Synchronmaschine mit Dauermagneten im Rotor ermöglicht hohe Systemwirkungsgrade, da keine ohmschen Erregerverluste auftreten können.Converter-fed synchronous machines are increasingly being used in modern electric drives. In particular, the embodiment of the synchronous machine with permanent magnets in the rotor enables high system efficiencies because no ohmic excitation losses can occur.
Als Regelsystem kommt dabei häufig eine feldorientierte Regelung zum Einsatz, wobei ein Statorstromraumzeiger bestimmt wird und daraus ein momentbildender und flussbildender Stromanteil ermittelt wird, wobei diese Werte von entsprechenden Sollwerten abgezogen werden und Regeleinheiten zugeführt werden, die als Ausgangsgröße einen Sollspannungsraumzeiger erzeugen, aus dem wiederum Ansteuersignale für die Leistungsschalter eines Wechselrichters ermittelt werden. Der Sollwert für den drehmomentbildenden Strom wird dabei oftmals mittels funktionaler Abhängigkeit aus einem Drehmomentsollwert bestimmt und der Sollwert des flussbildenden d-Stroms wird im Grunddrehzahlbereich auf den Wert Null gesetzt.A field-oriented control system is often used as a control system, whereby a stator current space vector is determined and from this a torque-forming and flux-forming current component is determined, these values being subtracted from corresponding setpoints and control units being fed, which generate a target voltage space vector as an output variable, from which control signals are in turn for the circuit breakers of an inverter. The setpoint for the torque-forming current is often determined by means of a functional dependency from a torque setpoint and the setpoint of the flux-forming d-current is set to the value zero in the basic speed range.
Ein negativer Drehmomentsollwert führt bei positiver Istdrehzahl zum Abbremsen, also der betragsmäßigen Verkleinerung der Istdrehzahl, und ein positiver Drehmomentsollwert führt bei negativer Istdrehzahl zum Abbremsen des mittels feldorientierter Regelung betriebenen Synchronmotors. In beiden generatorischen Betriebsfällen wird mechanische Bewegungs-/Rotationsenergie in elektrische Energie umgewandelt. Dies wiederum bewirkt, dass die Spannung am üblichen Zwischenkreiskondensator ansteigt. Diese Zwischenkreisspannung darf aus Schutzgründen einen Grenzwert nicht überschreiten.A negative torque setpoint leads to braking when the actual speed is positive, i.e. a reduction in the amount of the actual speed, and a positive torque setpoint leads to braking of the synchronous motor operated by means of field-oriented control when the actual speed is negative. In both generator operating cases, mechanical kinetic/rotational energy is converted into electrical energy. This in turn causes the voltage on the usual intermediate circuit capacitor to increase. For protection reasons, this intermediate circuit voltage must not exceed a limit value.
Um die Zwischenkreisspannung unter diesem Grenzwert zu halten, kommen in der Praxis häufig zwei verschiedene Lösungsvarianten zum Einsatz. Bei der ersten Variante, bekannt als Netzrückspeisung, wird der netzseitige Gleichrichter mit steuerbaren Schaltern versehen, die über eine Regeleinheit in einer Steuerelektronik angesteuert werden können. Dadurch ist es möglich den Leistungsfluss zwischen Netz und Zwischenkreiskondensator zu steuern. Eine zweite häufige Variante ist der Anschluss eines Bremswiderstandes an den Zwischenkreiskondensator, wobei zwischen Widerstand und Kondensator ein ansteuerbarer Schalter sitzt.In order to keep the intermediate circuit voltage below this limit, two different solution variants are often used in practice. In the first variant, known as grid regeneration, the grid-side rectifier is provided with controllable switches that can be controlled via a control unit in control electronics. This makes it possible to control the power flow between the network and the intermediate circuit capacitor. A second common variant is to connect a braking resistor to the intermediate circuit capacitor, with a controllable switch between the resistor and capacitor.
Beide Varianten haben allerdings den Nachteil, dass die Kosten der umrichtergespeisten Synchronmaschine durch den Mehraufwand bei den Bauteilen ansteigen.However, both variants have the disadvantage that the costs of the converter-fed synchronous machine increase due to the additional cost of the components.
Um den Nachteil der erhöhten Systemkosten zu vermeiden ist ein Verfahren erforderlich, das es ermöglicht ohne Mehraufwand an Bauteilen eine umrichtergespeiste Synchronmaschine abzubremsen.In order to avoid the disadvantage of increased system costs, a method is required that makes it possible to brake a converter-fed synchronous machine without additional components.
In der europäischen Patentanmeldung
In der deutschen Patentschrift
In der ebenfalls deutschen Patentschrift
Alle Verfahren haben den Nachteil, dass sie nicht mit einer feldorientierten Regelung kombinierbar sind, das Bremsmoment nicht exakt gesteuert werden kann und die entstehende Zwischenkreisspannung nicht berücksichtigt wird.All methods have the disadvantage that they cannot be combined with field-oriented control, the braking torque cannot be controlled precisely and the resulting intermediate circuit voltage is not taken into account.
In der Offenlegungsschrift
Im Prinzip handelt es sich hierbei um eine kaskadierte Regelstruktur, wobei der innere Regelkreis immer schneller sein muss als der äußere Regelkreis. Nachteilig ist dabei die geringe maximale Regeldynamik des äußeren Regelkreises und die damit verbundene Gefahr eines Überschießens der Zwischenkreisspannung infolge einer Bremsmomentanforderung die über den schnellsten Regelkreis, dem Statorstromregelkreis, realisiert wird. Insbesondere bei kleinen Kapazitätswerten des Zwischenkreiskondensators verstärkt sich die beschriebene Problematik.In principle, this is a cascaded rule structure, with the inner rule The control loop must always be faster than the outer control loop. The disadvantage here is the low maximum control dynamics of the outer control loop and the associated risk of the intermediate circuit voltage overshooting as a result of a braking torque requirement that is implemented via the fastest control loop, the stator current control loop. The problem described increases in particular with small capacitance values of the intermediate circuit capacitor.
Aus der
Aus der
Aus der
Aus der
AufgabenstellungTask
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Regeln oder Abbremsen einer Synchronmaschine zu entwickeln, welches ein geregeltes Abbremsen einer umrichtergespeisten Synchronmaschine ermöglicht, wobei eine Netzrückspeisung und ein Bremswiderstand einsparbar sind und wobei die Zwischenkreisspannung sicher unter einem bestimmten Grenzwert gehalten wird und das mit einer feldorientierten Regelung kombinierbar ist.The invention is therefore based on the object of developing a method for regulating or braking a synchronous machine, which enables controlled braking of a converter-fed synchronous machine, whereby a mains regeneration and a braking resistor can be saved and whereby the intermediate circuit voltage is safely kept below a certain limit value can be combined with a field-oriented control.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Verfahren zum Regeln einer Synchronmaschine nach den in Anspruch 1, bei dem Verfahren zum Abbremsen einer Synchronmaschine nach den in Anspruch 9 und bei der umrichtergespeisten Synchronmaschine nach den in Anspruch 13 angegebenen Merkmalen gelöst.According to the invention, the object is achieved in the method for controlling a synchronous machine according to the features specified in
Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Verfahren zum Abbremsen einer Synchronmaschine sind, dass
aus einem Drehmomentsollwert und einer mechanischen Winkelgeschwindigkeit eine mechanische Sollleistung berechnet wird,
wobei diese mechanische Sollleistung im generatorischen Fall begrenzt wird auf eine Leistung, deren Wert maximal so groß ist, wie die maximal erlaubte Verlustleistung der umrichtergespeisten Synchronmaschine,
wobei aus dieser begrenzten mechanischen Sollleistung und der mechanischen Winkelgeschwindigkeit ein begrenztes Solldrehmoment ermittelt wird,
wobei dieses begrenzte Solldrehmoment mittels funktionaler Abhängigkeit in einen Sollwert für den momentbildenden q-Stromanteil umgerechnet wird,
wobei einer Zwischenkreisenergie-Regeleinheit die Differenz von Soll- und ein Istwert der Zwischenkreisenergie zugeführt werden,
wobei die Zwischenkreisenergie-Regeleinheit als Ausgangsgröße eine Leistung aufweist, die mit dem Kehrwert des ohmschen Widerstandes multipliziert wird und somit das Quadrat eines Sollverluststroms ermittelt wird,
wobei vom Quadrat des Sollverluststroms das Quadrat des momentbildenden q-Stromanteils abgezogen wird, anschließend auf den unteren Grenzwert von Null begrenzt wird und durch Ziehen der Quadratwurzel der Sollwert des flussbildenden d-Stroms ermittelt wird.Important features of the invention in the method for braking a synchronous machine are that
A mechanical target power is calculated from a torque setpoint and a mechanical angular velocity,
whereby in the generator case this mechanical target power is limited to a power whose value is at most as large as the maximum permitted power loss of the converter-fed synchronous machine,
whereby a limited target torque is determined from this limited mechanical target power and the mechanical angular velocity,
whereby this limited target torque is converted into a target value for the torque-forming q-current component using functional dependency,
whereby the difference between the setpoint and an actual value of the intermediate circuit energy is supplied to a DC link energy control unit,
wherein the intermediate circuit energy control unit has a power as an output variable, which is multiplied by the reciprocal of the ohmic resistance and thus the square of a target loss current is determined,
whereby the square of the torque-forming q-current component is subtracted from the square of the target loss current, then limited to the lower limit of zero and the target value of the flux-forming d-current is determined by taking the square root.
Von Vorteil ist dabei, dass die generatorische Sollleistung so begrenzt wird, dass deren Betrag maximal so groß ist, wie die maximal erlaubte Verlustleistung, wodurch in Kombination mit einem Zwischenkreisenergieregler gewährleistet werden kann, dass die Zwischenkreisenergie unter einem systemspezifischen Grenzwert bleibt.The advantage here is that the regenerative target power is limited so that its amount is at most as large as the maximum permitted power loss, which, in combination with a DC link energy controller, can ensure that the DC link energy remains below a system-specific limit value.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass der Abbremsvorgang der umrichtergespeisten Synchronmaschine mit der maximal erlaubten Leistung durchgeführt werden kann. Diese kann deutlich über der maximalen Dauerverlustleisung der umrichtergespeisten Synchronmaschine liegen.A further advantage of the method according to the invention is that the braking process of the converter-fed synchronous machine can be carried out with the maximum permitted power. This can be significantly higher than the maximum continuous power loss of the converter-fed synchronous machine.
Weiterhin ist von Vorteil, dass das begrenzte Solldrehmoment direkt von der mechanischen Winkelgeschwindigkeit abhängt, was dazu führt, dass das Bremsdrehmoment bei gewünschter bzw. maximaler Bremsleistung direkt und ohne Verzögerung entsprechend größer wird, wenn der Betrag der Istdrehzahl sinkt, was eine konstante Bremsleistung bedeutet.It is also advantageous that the limited target torque depends directly on the mechanical angular velocity, which means that the braking torque at the desired or maximum braking power increases directly and without delay when the amount of the actual speed decreases, which means a constant braking power.
Weiterhin ist von Vorteil, dass der Wirkpfad der Verlustleistung das Quadrat des Sollverluststroms als Ausgangswert hat von dem dann das Quadrat des momentbildenden Stromanteils, der direkt vom Sollmoment abhängt, abgezogen wird, wobei dadurch das Quadrat des Sollwertes für den flussbildenden d-Strom ermittelt werden kann. Aus diese Weise wird es möglich, dass genau die Verlustleistung in der umrichtergespeisten Synchronmaschine realisiert wird die gewünscht wurde.It is also advantageous that the effective path of the power loss has the square of the target loss current as an initial value from which the square of the torque-forming current component, which depends directly on the target torque, is subtracted, whereby the square of the target value for the flux-forming d-current can be determined . This makes it possible to achieve exactly the power loss that was desired in the converter-fed synchronous machine.
Weiterhin ist von Vorteil, dass die Begrenzung des Quadrats des Sollwertes des flussbildenden d-Stromanteils auf den unteren Grenzwert von Null das Ziehen der Quadratwurzel ermöglicht und damit nur Verluste durch d-Strom realisiert werden, wenn der gewünschte Verlust-Sollwert größer/gleich Null sind. Dies ist genau dann der Fall, wenn die gewünschten Verluste größer sind, als die Verluste, die durch den momentbildenden q-Stromanteil verursacht werden.It is also advantageous that limiting the square of the setpoint value of the flow-forming d-current component to the lower limit of zero enables the square root to be taken and so that losses due to d-current are only realized if the desired loss setpoint is greater than/equal to zero. This is exactly the case when the desired losses are greater than the losses caused by the torque-forming q-current component.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Sollverlustleistung vorgesteuert, indem ein Wert zum Ausgangswert des Zwischenkreisenergiereglers addiert wird, der zum Betrag der begrenzten mechanischen Sollleistung proportional ist.In an advantageous embodiment of the invention, the target power loss is pre-controlled by adding a value to the output value of the intermediate circuit energy controller, which is proportional to the amount of the limited mechanical target power.
Von Vorteil ist dabei, dass somit noch besser verhindert werden kann, dass die Zwischenkreisenergie infolge einer Änderung des Drehmomentsollwerts ansteigt.The advantage here is that it can be even better prevented that the intermediate circuit energy increases as a result of a change in the torque setpoint.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Wert des ohmschen Widerstandes über der Temperatur nachgeführt.In a further advantageous embodiment of the invention, the value of the ohmic resistance is tracked based on the temperature.
Von Vorteil ist dabei, dass die ohmsche Verlustleistung genauer bekannt ist.The advantage here is that the ohmic power loss is known more precisely.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der maximale zulässige Strom Imax durch ein thermisches Schutzmodell so begrenzt, dass der Schutz von Motor und Umrichter gewährleistet ist.In a further advantageous embodiment of the invention, the maximum permissible current I max is limited by a thermal protection model so that the protection of the motor and converter is guaranteed.
Von Vorteil ist dabei, dass beim Abbremsvorgang der Betrag des maximal zulässigen Stromes (Imax) entsprechend der maximal zulässigen Überlastgrenzen von Umrichter und Motor gewählt werden kann, wobei der thermische Schutz über das thermische Schutzmodell gewährleistet wird. Damit wird ein Abbremsvorgang an den physikalischen Grenzen der umrichtergespeisten Synchronmaschine möglich.The advantage here is that during the braking process, the amount of the maximum permissible current (I max ) can be selected according to the maximum permissible overload limits of the converter and motor, with thermal protection being guaranteed via the thermal protection model. This makes it possible to brake at the physical limits of the converter-fed synchronous machine.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Ausgangswert des Zwischenkreisenergiereglers so in verschiedene Wirkpfade aufgeteilt, dass sowohl die Verlustleistung als auch die generatorische Leistung beeinflusst werden können.In a further advantageous embodiment of the invention, the output value of the intermediate circuit energy controller is divided into different effective paths so that both the power loss and the regenerative power can be influenced.
Von Vorteil ist dabei, dass bei Erreichen der Stromgrenze, womit verbunden auch keine weitere Erhöhung der ohmschen Verlustleistung mehr möglich ist, ein Anstieg der Zwischenkreisenergie dadurch verhindert werden kann, dass die begrenzte generatorische Sollleistung betragsmäßig reduziert wird.The advantage here is that when the current limit is reached, which means that no further increase in the ohmic power loss is possible, an increase in the intermediate circuit energy can be prevented by reducing the amount of the limited regenerative target power.
Wichtige Merkmale bei der Synchronmaschine zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens sind, dass die Synchronmaschine von einem Umrichter gespeist ist, der eine Steuerelektronik, umfassend einen Regler aufweist, wobei die Steuerelektronik Ansteuersignale für Halbleiterschalter eines Wechselrichters des Umrichters aufweist,
wobei die Synchronmaschine aus dem Wechselrichter speisbar ist.Important features of the synchronous machine for carrying out the aforementioned method are that the synchronous machine is fed by a converter which has control electronics comprising a controller, the control electronics having control signals for semiconductor switches of an inverter of the converter,
whereby the synchronous machine can be fed from the inverter.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.Further advantages result from the subclaims. The invention is not limited to the combination of features of the claims. For the person skilled in the art, further sensible combination options of claims and/or individual claim features and/or features of the description and/or the figures arise, in particular from the task and/or the task posed by comparison with the prior art.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen und eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is explained in more detail below using illustrations and an exemplary embodiment.
Der Synchronmotor 006 ist dabei als Drehstrommotor ausgeführt, wobei die am Stator angebrachten Wicklungen als Statorwicklungen bezeichnet werden und auf seinem gegenüber dem Stator des Motors drehbar gelagerten Rotor Permanentmagnete angebracht sind oder der eine Erregerfeldwicklung aufweist die zur Ausbildung von magnetischen Polen von Gleichstrom durchflossen wird.The
Der Regeleinheit des flussbildenden d-Stromanteils 103, welche vorzugsweise einen P- und einen I-Kanal aufweist, wird die Differenz zwischen d-Stromsollwert und d-Stromistwert 101 zugeführt, wobei die Stellgröße der Regeleinheit eine Spannung ist.The control unit of the flow-forming d-
Der Regeleinheit des momentbildenden q-Stromanteils 104, welche vorzugsweise einen P- und einen I-Kanal aufweist, wird die Differenz zwischen q-Stromsollwert und q-Stromistwert 102 zugeführt, wobei die Stellgröße der Regeleinheit eine Spannung ist.The control unit of the torque-forming q-
In einer weiteren Transformationseinheit 105 wird der von den Statorstromregeleinheiten 103, 104 ausgegebene Sollspannungsraumzeiger vom Feldkoordinatensystem unter Verwendung des Feldwinkels in das statorfeste αβ-Koordinatensystem transformiert.In a
Eine weitere Einheit 110 ermittelt aus dem Sollspannungsraumzeiger, dargestellt im statorfesten aß-Koordinatensystem, unter Verwendung der Spannung am Zwischenkreiskondensator die Ansteuersignale für die Leistungshalbleiter im Wechselrichter 201.A
Das erfindungsgemäße Verfahren 001, weist als Eingangswerte den Soll- und den Istwert der Zwischenkreisenergie, den Drehmomentsollwert und die mechanische Winkelgeschwindigkeit und als Ausgangswerte die Sollwerte für die beiden Statorstromregler (id_soll, iq_soll) auf.The
Der Soll- und Istwert der Zwischenkreisenergie kann gemäß
Werden bei diesem generatorischen Grenzwert die maximal möglichen ohmschen Verluste berücksichtigt, ist sichergestellt, dass der Betrag der begrenzten mechanischen Sollleistung kleiner ist, als die maximal mögliche Gesamtverlustleistung, welche u.a. noch Reibungs-, und Eisenverluste umfasst.If the maximum possible ohmic losses are taken into account in this generator limit value, it is ensured that the amount of the limited mechanical target power is smaller than the maximum possible total power loss, which also includes friction and iron losses.
In einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahrensschritt wird die begrenzte mechanische Sollleistung durch die mechanische Winkelgeschwindigkeit dividiert und begrenztes ein Solldrehmoment (Msoll_begrenzt) ermittelt, welches unter Berücksichtigung einer funktionalen Abhängigkeit in einen Sollwert des drehmomentbildenden q-Stromes überführt wird.In a further method step according to the invention, the limited mechanical target power is divided by the mechanical angular velocity and a limited target torque (M target_limited ) is determined, which is converted into a target value of the torque-forming q-current taking into account a functional dependency.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform wird erkannt, dass die mechanische Leistung bei einer mechanischen Winkelgeschwindigkeit von Null ebenfalls Null sein muss, was wiederum bedeutet, dass die vorhergehende Begrenzung nicht im Eingriff war und beim Abfangen der Division durch Null der originale Drehmomentsollwert an die Sollstromermittlung (Bestimmung eines q-Stromsollwertes über funktionale Abhängigkeit) weitergegeben werden kann.In an advantageous embodiment, it is recognized that the mechanical power must also be zero at a mechanical angular velocity of zero, which in turn means that the previous limit was not engaged and when the division by zero is intercepted, the original torque setpoint is sent to the setpoint current determination (determination of a q current setpoint via functional dependency) can be passed on.
In einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahrensschritt wird vom Sollwert der Zwischenkreisenergie der aktuelle Istwert der Zwischenkreisenergie abgezogen und einer Regeleinheit für die Zwischenkreisenergie, die vorzugsweise einen P-Kanal und einen I-Kanal aufweist, zugeführt, wobei der Stellwert der Regeleinheit eine Leistung (PR) ist. Wird in der Regeleinheit der Zwischenkreisenergie keine Vorzeicheninversion durchgeführt, muss dies separat durchgeführt werden, indem z.B. mit dem Wert Minus Eins multipliziert wird, wobei das Ergebnis als Verlustleistungs-Sollwert (Pv_soll) bezeichnet wird.In a further method step according to the invention, the current actual value of the intermediate circuit energy is subtracted from the setpoint of the intermediate circuit energy and fed to a control unit for the intermediate circuit energy, which preferably has a P-channel and an I-channel, the control value of the control unit being a power (P R ). . If no sign inversion is carried out in the DC link energy control unit, this must be carried out separately, for example by multiplying by the value minus one, whereby the result is referred to as the power loss setpoint (P v_soll ).
In einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahrensschritt wird die Sollverlustleistung (Pv_soll) durch den ohmschen Widerstandswert dividiert, wodurch das Quadrat eines Sollverluststromes ermittelt wird, wobei bei einer vorteilhaften Ausführungsform der ohmsche Widerstandswert über der Temperatur nachgeführt wird.In a further method step according to the invention, the target power loss (P v_soll ) is divided by the ohmic resistance value, whereby the square of a target loss current is determined, with the ohmic resistance value being tracked over the temperature in an advantageous embodiment.
In einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahrensschritt wird vom Quadrat des ermittelten Sollverluststromes das Quadrat des momentbildenden Soll-q-Stromes abgezogen wodurch das Quadrat eines d-Stromsollwertes ermittelt wird, welches auf den unteren Grenzwert von Null begrenzt wird und schließlich durch Ziehen der Quadratwurzel ein Sollwert für den d-Strom gebildet wird.In a further method step according to the invention, the square of the torque-forming target q-current is subtracted from the square of the determined target loss current, whereby the square of a d current target value is determined, which is limited to the lower limit of zero and finally, by taking the square root, a target value for the d current is formed.
Dabei wird bei der Begrenzung der mechanischen Sollleistung (Pmech_soll) auch ein oberer Grenzwert (Pmech_max) verwendet, der sich an der maximal erwünschten bzw. zulässigen motorischen Leistung orientiert.When limiting the mechanical target power (P mech_soll ), an upper limit value (P mech_max ) is also used, which is based on the maximum desired or permissible motor power.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird die Ausgangsgröße des Zwischenkreisenergiereglers (PR) mit dem Faktor 0,5 multipliziert und auf den positiven Grenzwert von Null und den negativen Grenzwert (-Pmech_max) begrenzt und es wird dieser begrenzte Wert (ΔPmech) von der begrenzten mechanischen Sollleistung (Pmech_soll_begrenzt) abgezogen. Da die Änderung der mechanischen Sollleistung (ΔPmech) durch die Begrenzung maximal den Wert Null annimmt, kann im generatorischen Fall (Pmech_soll_begrenzt <0) das Bremsmoment nicht erhöht werden, was wiederum bedeutet, dass der Leistungsfluss in den Zwischenkreis über diesen Pfad nicht erhöht werden kann. Der Zwischenkreisregler kann über diesen Pfad allerdings die Sollleistung in Richtung motorischen Betrieb verschieben, was bedeutet, dass dem Zwischenkreis Energie entnommen wird.In a further process step, the output variable of the intermediate circuit energy controller (P R ) is multiplied by a factor of 0.5 and limited to the positive limit value of zero and the negative limit value (-P mech_max ) and this limited value (ΔP mech ) is limited mechanical target power (P mech_soll_limited ) is deducted. Since the change in the mechanical target power (ΔP mech ) due to the limitation assumes a maximum value of zero, the braking torque cannot be increased in the generator case (P mech_soll_limited <0), which in turn means that the power flow into the intermediate circuit via this path does not increase can be. However, the DC link controller can use this path to shift the target power towards motor operation, which means that energy is taken from the DC link.
Der zweite Wirkungspfad der Stellgröße des Zwischenkreisenergiereglers geht auf die Sollverlustleistung, wobei eine Änderung der Sollverlustleistung (ΔPv) gebildet wird, indem von dem Teil des ersten Pfades der aufgrund der Begrenzung nicht realisiert werden kann (ΔPmech-0,5*PR) die halbe Reglerausgangsleistung (0,5* PR) abgezogen wird. So wird sichergestellt, dass der vom Regler vorgegebene Wert (PR) im Rahmen der gültigen Stromgrenzen realisiert werden kann.The second effective path of the manipulated variable of the intermediate circuit energy controller goes to the target power loss, with a change in the target power loss (ΔP v ) being formed by the part of the first path that cannot be realized due to the limitation (ΔP mech -0.5*P R ) half the controller output power (0.5* P R ) is subtracted. This ensures that the value (P R ) specified by the controller can be achieved within the valid current limits.
Die Sollverlustleistung (Pv_soll) wird gebildet, indem vom Änderungswunsch der Verlustleistung (ΔPv) die begrenzte mechanische Sollleistung (Pmech_soll_begrenzt) abgezogen wird. Damit ist eine effiziente Vorsteuerung realisiert.The target power loss (P v_soll ) is formed by subtracting the limited mechanical target power (P mech_soll_limited ) from the desired change in power loss (ΔP v ). This ensures efficient pre-control.
In einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahrensschritt wird die Sollverlustleistung (Pv_soll) auf den positiven Grenzwert (Imax 2*R) und den negativen Grenzwert von Null begrenzt, wodurch sichergestellt wird, dass im motorischen Betrieb keine künstlichen Zusatzverluste erzeugt werden.In a further method step according to the invention, the target power loss (P v_soll ) is limited to the positive limit value (I max 2 *R) and the negative limit value of zero, which ensures that no artificial additional losses are generated during motor operation.
Im Unterschied zur ersten Ausführungsform wird das Quadrat des d-Stromsollwerts (Id_soll 2) nicht nur auf den unteren Grenzwert von Null begrenzt, sondern auch auf den oberen Grenzwert des Quadrats des maximal erlaubten Stroms (Imax 2).In contrast to the first embodiment, the square of the d current setpoint (I d_soll 2 ) is limited not only to the lower limit of zero, but also to the upper limit of the square of the maximum permitted current (I max 2 ).
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform wird der ermittelte Sollwert des flussbildenden d-Stroms mit einem negativen Vorzeichen versehen, sodass dieser feldschwächend wirkt, was die Spannungsreserve der unterlagerten Stromregelalgorithmen vergrößert.In an advantageous embodiment, the determined setpoint of the flux-forming d-current is given a negative sign, so that it has a field-weakening effect, which increases the voltage reserve of the underlying current control algorithms.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- MsollMsoll
- DrehmomentsollwertTorque setpoint
- Msoll_begrenztMset_limited
- begrenzter Drehmomentsollwertlimited torque setpoint
- ωmechωmech
- mechanische Winkelgeschwindigkeitmechanical angular velocity
- Pmech_sollPMmech_should
- mechanische Sollleistungmechanical target power
- Pmech_soll_begrenztPMech_set_limited
- begrenzte mechanische Sollleistunglimited mechanical target power
- Pmech_maxPMech_max
- maximal erlaubte mechanische Leistungmaximum permitted mechanical power
- WsollWsoll
- Sollwert der im Spannungszwischenkreis gespeicherten EnergieSetpoint of the energy stored in the intermediate voltage circuit
- WistWist
- Istwert der im Spannungszwischenkreis gespeicherten EnergieActual value of the energy stored in the intermediate voltage circuit
- Uz_sollUz_should
- Sollwert der Spannung des ZwischenkreiskondensatorsSetpoint of the voltage of the intermediate circuit capacitor
- Uz_istUz_ist
- Istwert der Spannung des ZwischenkreiskondensatorsActual value of the voltage of the intermediate circuit capacitor
- PRPR
- Stellgröße des Zwischenkreisenergiereglers Vom Zwischenkreisenergieregler bewirkte Änderung der mechanischenControlling variable of the DC link energy controller Change in the mechanical caused by the DC link energy controller
- ΔPmechΔPmech
- Sollleistungtarget performance
- ΔPvΔPv
- Änderungswunsch der VerlustleistungRequest to change the power loss
- Pv_sollPv_set
- Sollwert der VerlustleistungSetpoint of the power loss
- Pv_soll_begrenztPv_set_limited
- begrenzter Sollwert der Verlustleistunglimited setpoint of power loss
- Pv_maxPv_max
- maximal erlaubte Verlustleistungmaximum permitted power loss
- ImaxImax
- maximal erlaubter Strombetragmaximum permitted amount of electricity
- Iv_sollIv_should
- Sollwert des VerlustleistungsstromsSetpoint of the power loss current
- lq_solllq_soll
- Sollwert des drehmomentbildenden StromesSetpoint of the torque-generating current
- Id_sollId_should
- Sollwert des flussbildenden StromesSetpoint of the flow-forming current
- Id_soll_begrenztId_should_limited
- begrenzter Sollwert des flussbildenden Stromeslimited setpoint of the flow-forming current
- RR
- ohmscher Widerstandohmic resistance
- CC
- Kapazitätswert des ZwischenkreiskondensatorsCapacitance value of the intermediate circuit capacitor
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