DE102010043492A1 - Control method for stator and rotor in electric machine that is utilized in pure electric car and hybrid vehicles, involves reducing reference torque by torque value if one of reference values reaches or exceeds corresponding maximum values - Google Patents

Control method for stator and rotor in electric machine that is utilized in pure electric car and hybrid vehicles, involves reducing reference torque by torque value if one of reference values reaches or exceeds corresponding maximum values Download PDF

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Abstract

The method involves making reference values for stator and rotor currents (Is.ref, If.ref), where the reference value for the stator current and the reference value for the rotor current or an auxiliary parameter representing the reference value of the stator current and an auxiliary parameter representing the reference value of the rotor current is dependent on predefined reference torque (Tref). The reference torque is reduced by a torque value if one of the reference values reaches or exceeds corresponding maximum values (Is.max, If.max). An independent claim is also included for a control device comprising a memory unit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Regelungsverfahren und eine Vorrichtung zur Regelung von Synchronmaschinen, insbesondere fremderregter Synchronmaschinen.The present invention relates to a control method and a device for controlling synchronous machines, in particular externally excited synchronous machines.

Die Synchronmaschine gehört zu den wichtigsten Typen elektrischer Maschinen. Traditionell wird die Synchronmaschine beispielsweise zur Erzeugung elektrischer Energie eingesetzt. Zunehmend gewinnt die elektrische Maschine, insbesondere die Synchronmaschine, an Bedeutung als Antriebsaggregat in Kraftfahrzeugen. Dabei kann die Synchronmaschine beispielsweise in rein elektrisch angetriebenen Fahrzeugen aber auch in Hybridfahrzeugen eingesetzt werden. Im Wesentlichen unterscheidet man permanenterregte Synchronmaschinen und fremderregte Synchronmaschinen. Permanenterregte Synchronmaschinen weisen einen Rotor auf, in dem Permanentmagnete angeordnet sind. Bei einer fremderregten Synchronmaschine wird ein Rotor mit einer Wicklung verwendet, die über Schleifringe von einem Erregerstrom durchflossen wird, wodurch rotorseitig ein magnetischer Erregerfluss bzw. Rotorfluss erzeugt wird, der mit einem über bestromte Statorwicklungen generiertem Drehfeld in Wechselwirkung tritt.The synchronous machine is one of the most important types of electrical machines. Traditionally, the synchronous machine is used, for example, to generate electrical energy. Increasingly, the electric machine, in particular the synchronous machine, is gaining importance as a drive unit in motor vehicles. In this case, the synchronous machine can be used, for example, in purely electric vehicles but also in hybrid vehicles. Essentially, a distinction is made between permanent-magnet synchronous machines and separately excited synchronous machines. Permanent-magnet synchronous machines have a rotor in which permanent magnets are arranged. In a separately excited synchronous machine, a rotor with a winding is used, which is flowed through slip rings by an excitation current, whereby the rotor side, a magnetic excitation flux or rotor flux is generated, which interacts with a field generated by energized stator windings rotating field.

Fremderregte Synchronmaschinen werden beispielsweise in Hybridfahrzeugen, insbesondere in Achshybridantriebssystemen, eingesetzt. Die Hybrid-Technologie ist im Wesentlichen dadurch charakterisiert, dass zwei Antriebsaggregate, eine Verbrennungsmaschine sowie eine elektrische Maschine, im Fahrzeug angeordnet sind. Der Motor kann hierbei beispielsweise achsparallel über ein zweistufiges Stirnradgetriebe mit einem Achsdifferential verbunden werden. Insbesondere bei Kraftfahrzeugantriebsaggregaten ist die Sicherheit ein besonderes Kriterium, das bei der Wahl des Typs elektrischer Maschinen berücksichtigt werden muss. Der Motor soll idealerweise jederzeit abschaltbar sein. Ein Vorteil der fremderregten Synchronmaschine ist, dass der rotorseitige Erregerstrom abgeschaltet werden kann, wohingegen bei permanentmagneterregten Synchronmaschinen der rotorseitige magnetische Erregerfluss im Normalbetrieb nicht abgeschaltet werden kann. Ein wichtiger Aspekt bei elektrischen Maschinen in Kraftfahrzeugen sind die im Betrieb auftretenden Verluste, da sie entweder völlig aus einem Akkumulator oder über einen an ein Verbrennungsaggregat gekoppelten Generator versorgt werden müssen. Zusammen mit den Umrichterverlusten spricht man beispielsweise von Fahrzyklusverlusten. Bei der Auslegung der elektrischen Maschine, insbesondere der fremderregten Synchronmaschine und der zugehörigen Regelung mit Umrichter ist die Verlustcharakteristik ein besonderes Kriterium.Externally excited synchronous machines are used, for example, in hybrid vehicles, in particular in hybrid axle drive systems. The hybrid technology is essentially characterized in that two drive units, an internal combustion engine and an electric machine are arranged in the vehicle. The engine can be connected, for example, axially parallel via a two-stage spur gear with an axle differential. Especially in motor vehicle propulsion units, safety is a special criterion that must be taken into account when choosing the type of electrical machine. The engine should ideally be switched off anytime. An advantage of the externally excited synchronous machine is that the rotor-side excitation current can be switched off, whereas in permanent magnet-excited synchronous machines, the rotor-side magnetic excitation flux can not be switched off in normal operation. An important aspect of electric machines in motor vehicles are the losses occurring during operation, since they either have to be supplied completely from an accumulator or via a generator coupled to a combustion unit. Together with the inverter losses one speaks for example of driving cycle losses. When designing the electrical machine, in particular the externally excited synchronous machine and the associated control with inverter, the loss characteristic is a special criterion.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Regelungsverfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die einen verlustoptimierten Betrieb einer fremderregten Synchronmaschine bei hoher Regelungsdynamik ermöglicht.It is an object of the present invention to provide a control method and a corresponding device that enables a loss-optimized operation of a separately excited synchronous machine with high control dynamics.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 10. Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von Unteransprüchen.The object is achieved by a method according to claim 1 or by a device according to claim 10. Refinements and developments of the inventive concept are the subject of dependent claims.

Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch ein Regelungsverfahren für eine fremderregte Synchronmaschine aufweisend einen Stator und einen Rotor, mit den Schritten: Bereitstellen von Referenzwerten für Stator- und Rotorströme, wobei der Referenzwert für den Statorstrom und/oder der Referenzwert für den Rotorstrom oder eine den Referenzwert des Statorstroms repräsentierende Hilfsgröße und/oder eine den Referenzwert des Rotorstroms repräsentierende Hilfsgröße von einem vorgegebenen Referenzdrehmoment abhängig ist, Bereitstellen von Maximalwerten für Stator- und Rotorströme, Vergleichen der Referenzwerte für den Stator- und/oder Rotorströme oder eine den Referenzwert des Statorstroms repräsentierende Hilfsgröße und/oder eine den Referenzwert des Rotorstroms repräsentierende Hilfsgröße mit den entsprechenden Maximalwerten und Reduzieren des Referenzdrehmoments um einen Drehmomentwert wenn zumindest einer der Referenzwerte dessen entsprechenden Maximalwert erreicht oder überschreitet.In particular, the object is achieved by a control method for a separately excited synchronous machine having a stator and a rotor, comprising the steps: providing reference values for stator and rotor currents, wherein the reference value for the stator current and / or the reference value for the rotor current or the reference value Auxiliary variable representing the stator current and / or an auxiliary variable representing the reference value of the rotor current is dependent on a predetermined reference torque, providing maximum values for stator and rotor currents, comparing the reference values for the stator and / or rotor currents or an auxiliary variable representing the reference value of the stator current and or an auxiliary variable representing the reference value of the rotor current with the corresponding maximum values and reducing the reference torque by a torque value if at least one of the reference values reaches its corresponding maximum value he passes.

Eine erfindungsgemäße Regelungsvorrichtung hierfür weist folgende Komponenten auf: Eine Speichereinheit, die dazu ausgebildet ist, Referenzwerte für Stator- und Rotorströme, wobei der Referenzwert für den Statorstrom und/oder der Referenzwert für den Rotorstrom oder eine den Referenzwert des Statorstroms repräsentierende Hilfsgröße und/oder eine den Referenzwert des Rotorstroms repräsentierende Hilfsgröße von einem vorgegebenen Referenzdrehmoment abhängig ist, sowie Maximalwerte für Stator- und Rotorströme bereitzustellen und eine Verarbeitungseinheit, die dazu ausgebildet ist, die Referenzwerte für Stator- und Rotorströme mit den entsprechenden Maximalwerten für Stator- und Rotorströme zu vergleichen und die weiter dazu ausgebildet ist, das vorgegebene Referenzdrehmoment zu reduzieren, wenn zumindest ein Referenzwert für Stator- und Rotorströme den entsprechenden Maximalwert erreicht oder überschreitet.A control device according to the invention has the following components: A memory unit which is designed to provide reference values for stator and rotor currents, the reference value for the stator current and / or the reference value for the rotor current or an auxiliary variable representing the reference value of the stator current and / or Auxiliary unit representing the reference value of the rotor current is dependent on a predetermined reference torque, and providing maximum values for stator and rotor currents, and a processing unit configured to compare the reference values for stator and rotor currents with the corresponding maximum values for stator and rotor currents, and is further adapted to reduce the predetermined reference torque when at least one reference value for stator and rotor currents reaches or exceeds the corresponding maximum value.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei gleiche oder äquivalente Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigtThe present invention will be explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the figures, wherein the same or equivalent elements are provided with the same reference numerals. It shows

1 schematisch den Rotor einer fremderregten Synchronmaschine und ein an den magnetischen Rotorfluss orientiertes dq-Koordinatensystem, 1 2 schematically shows the rotor of a separately excited synchronous machine and a magnetic rotor flux oriented dq coordinate system,

2 in einem Signalflussplan exemplarisch die Struktur einer Stromregelung für eine fremderregte Synchronmaschine, 2 in a signal flow diagram, an example of the structure of a current control for a separately excited synchronous machine,

3 in einem Sankey-Diagramm die wesentlichen Verlustkomponenten einer fremderregten Synchronmaschine 3 in a Sankey diagram, the essential loss components of a separately excited synchronous machine

4 schematisch in einem Diagramm ein Prinzip zur Drehmomentreduktion für die Stromregelung einer fremderregten Synchronmaschine und 4 schematically in a diagram, a principle for torque reduction for the current control of a separately excited synchronous machine and

5 in einem Signalflussplan exemplarisch ein zur Drehmomentregelung mit einer überlagerten Drehmomentregelung für die Stromregelung einer fremderregten Synchronmaschine gemäß dem Schema in 4, 5 in a signal flow plan an exemplary for torque control with a superimposed torque control for the current control of a separately excited synchronous machine according to the scheme in 4 .

6 schematisch einen Triebstrang für ein Elektrofahrzeug mit einer Synchronmaschine, einem Umrichter, einer Regelungsvorrichtung und einem Energiespeicher und 6 schematically a drive train for an electric vehicle with a synchronous machine, a converter, a control device and an energy storage and

7 schematisch wesentliche Komponenten einer Regelungsvorrichtung für die Stromregelung einer Synchronmaschine. 7 schematically essential components of a control device for the current control of a synchronous machine.

Elektrische Maschinen, insbesondere Synchronmaschinen werden gemeinhin mittels einer Vektorregelung, auch feldorientierte Regelung genannt, unter Nutzung eines Umrichters geregelt. Zur Implementierung einer feldorientierten Regelung wird ein kartesisches Koordinatensystem 10 eingeführt, das eine d- und eine q-Achse aufweist, wobei die d-Achse am magnetischen Rotorfluss (bzw. Erregerfluss) orientiert ist, so dass das Koordinatensystem rotorfest mit der Rotordrehzahl rotiert. Das vereinfacht regelungstechnisch die Handhabung der Modellgleichungen. In 1 ist beispielhaft ein Rotor 11 einer fremderregten Synchronmaschine mit ausgeprägten Rotorpolen in Form eines Schenkelpolrotors dargestellt. Dieser Rotor weist eine Rotorwicklung 12 auf, wobei die Bestromungsrichtung (Kreuz: Strom fließt in die Zeichenebene; Punkt: Strom tritt aus der Zeichenebene heraus) angedeutet ist.Electrical machines, in particular synchronous machines, are commonly controlled by means of a vector control, also called field-oriented control, using an inverter. To implement a field-oriented control, a Cartesian coordinate system is used 10 introduced, which has a d and a q-axis, wherein the d-axis at the magnetic rotor flux (or exciting flux) is oriented, so that the coordinate system rotates rotor-fixed with the rotor speed. This simplifies the control of the model equations. In 1 is an example of a rotor 11 a foreign-excited synchronous machine with pronounced rotor poles in the form of a salient pole rotor shown. This rotor has a rotor winding 12 on, with the direction of current flow (cross: current flows into the plane of the drawing; point: current emerges from the plane of the drawing).

Aus der Bestromungsrichtung ergibt sich ein Rotorfluss Ψf, der auf die d-Achse des dq-Koordinatensystems gelegt ist. Orthogonal zur d-Achse befindet sich die q-Achse dieses Koordinatensystems. In diesem dq-Bezugssystem lässt sich ein Statorstromzeiger IS über eine d-Komponente (Stromzeiger) Id und eine q-Komponente (Stromzeiger) Iq ausdrücken. Im Folgenden wird bei vektoriellen Größen zur Vereinfachung auf die Vektornotation verzichtet. Eine Polradspannung Up der Synchronmaschine ist, wie gezeigt, in der q-Achse des dq-Bezugssystems orientiert. Im abgebildeten Beispiel befindet sich der Stromzeiger Id auf der negativen d-Achse entgegen dem Rotorfluss Ψf. Man spricht in diesem Fall von Feldschwächenbetrieb, da der Strom(-zeiger) Id eine Flusskomponente (z. B. Ψd) erzeugt, die dem Erregerfluss Ψf entgegen gerichtet ist, so dass der resultierende Fluss reduziert wird. Bei fremderregten Synchronmaschinen kann die Feldschwächung über den gegenüber permanenterregten Maschinen zusätzlichen Freiheitsgrad eines variierbaren Erregerstroms If durchgeführt werden.From the direction of energization results a rotor flux Ψ f , which is placed on the d-axis of the dq coordinate system. Orthogonal to the d-axis is the q-axis of this coordinate system. In this dq reference system, a stator current vector I s can be expressed via a d component (current vector) I d and a q component (current vector) I q . In the following, the vector notation is omitted for reasons of simplification in the case of vector variables. A pole wheel voltage U p of the synchronous machine is oriented as shown in the q-axis of the dq reference system. In the example shown, the current vector I d is located on the negative d-axis in opposition to the rotor flux Ψ f . In this case, one speaks of field-weakening operation, since the current (-zeiger) I d generates a flux component (eg, Ψ d ) which is directed counter to the excitation flux Ψ f , so that the resulting flux is reduced. In the case of separately excited synchronous machines, the field weakening can be carried out via the additional degree of freedom of a variable excitation current I f compared to permanent-magnet machines.

In 2 ist beispielhaft der Signalflussplan einer möglichen Strom- bzw. Drehmomentregelung für eine fremderregte Synchronmaschine bezüglich des dq-Bezugssystems gezeigt. Diese Regelungsstruktur weist eine Referenzstromverarbeitung und ein Derating 50 auf, die Referenzwerte Iq.ref und Id.ref für die Stromregelung, also einen Stromzeiger für eine Stromzeiger-basierte feldorientierte Drehmomentregelung, bereitstellt. Für Iq.ref, dem Referenzwert der q-Komponente des Statorstroms, sowie für Id.ref, dem Referenzwert für die q-Komponente des Statorstroms, ist jeweils ein PI-Stromregler 21, 23 vorgesehen. Eine Vorsteuerung 22 für die d- sowie für die q-Komponente des Statorstroms beaufschlagt die beiden PI-Regler mit einem Wert, der unabhängig von den Zuständen der Regelstrecke (Regelstrecke: z. B. Synchronmaschine und Umrichter), insbesondere unabhängig von den ermittelten in der Maschine herrschenden aktiven Strömen Iq.akt, Id.akt ist. Die aktiven Ströme Iq.akt, Id.akt repräsentieren den in der Regelstrecke tatsächlich fließenden Statorstrom im dq-Bezugssystem. Die Vorsteuerung (engl. feedforward control) ermöglicht die Berücksichtigung des aufgrund des Sollwertverlaufs zu erwartenden Stellgrößen-Bedarfs, wobei die d- sowie die q-Komponente bei einer Stromregelung als Stell- bzw. Führungsgrößen betrachtet werden können. Die Vorsteuerung dient damit im Wesentlichen dazu, das Führungsverhalten der Stromregelung durch Kompensation von Schalttotzeiten zu verbessern, ohne die Stabilität der Regelung zu gefährden.In 2 By way of example, the signal flow diagram of a possible current or torque control for a separately excited synchronous machine with respect to the dq reference system is shown. This control structure includes reference current processing and derating 50 which provides reference values I q.ref and I d.ref for current regulation, that is to say a current vector for a current vector-based field-oriented torque regulation. For I q.ref , the reference value of the q-component of the stator current, and for I d.ref , the reference value for the q-component of the stator current, in each case a PI current regulator 21 . 23 intended. A feedforward control 22 For the d as well as for the q-component of the stator current, the two PI controllers are subjected to a value that is independent of the states of the controlled system (controlled system: eg synchronous machine and converter), in particular independent of the determined in the machine active currents I q.akt , I d.akt is. The active currents I q.akt , I d.akt represent the stator current actually flowing in the control system in the dq reference system. The feedforward control allows the consideration of the manipulated variable demand to be expected on the basis of the setpoint curve, whereby the d and q components can be regarded as actuating or reference variables in a current control. The pilot control thus essentially serves to improve the guiding behavior of the current regulation by compensation of switching dead times, without endangering the stability of the regulation.

Aus der erfindungsgemäßen Referenzstromverarbeitung mit Derating 50 resultiert ein Erregerstrom If.ref, der ebenfalls über einen PI-Regler 24 geregelt wird. Die PI-Stromregler 21, 23, 24 liefern entsprechende Spannungen Uf.ref, Ud.ref und Uf.ref, wobei die Statorspannungen wie Uf.ref, Ud.ref die Ströme im dq-System beschrieben werden. Die Spannungen Uf.ref, Ud.ref und Uf.ref werden einem Schaltzeitpunktprozessor 25, 26 zugeführt. Ausgangssignale tU, tV, tW, tf der Schaltzeitpunktprozessoren 25, 26 werden wiederum der Leistungsstufe mit Umrichter 27 zugeführt, die letztlich die Leistung, mit der Synchronmaschine beaufschlagt wird steuert. Für die Statorgrößen, insbesondere die Statorspannungen Uf.ref, Ud.ref sollte vorteilhaft eine Transformation aus dem dq-System beispielsweise in ein am Stator orientiertes Koordinatensystem erfolgen. Dazu wird beispielsweise dem Schaltzeitpunktprozessor 25 der Polradwinkel φP zugeführt. Der Polradwinkel φP (auch Lastwinkel) ist jener Winkel, unter dem das Polrad einer Synchronmaschine (in der Regel der Rotor) dem von der Statorwicklung generierten Drehfeld abhängig davon, ob sich die Maschine im Motor- oder Generatorbetrieb befindet, vor- bzw. nacheilt. Eine derartige Transformation aus dem dq-System beispielsweise in ein statorfestes Koordinatensystem kann beispielsweise eine inverse Park-Clark-Transformation sein.From the reference current processing according to the invention with derating 50 results in an excitation current I f.ref , which also has a PI controller 24 is regulated. The PI current regulator 21 . 23 . 24 provide corresponding voltages U f.ref , U d.ref and U f.ref , where the stator voltages such as U f.ref , U d.ref the currents are described in the dq system. The voltages U f.ref , U d.ref and U f.ref become a switching time processor 25 . 26 fed. Output signals t U , t V , t W , t f of the switching time processors 25 . 26 turn the power level with inverter 27 fed, which ultimately controls the power supplied to the synchronous machine. For the stator sizes, in particular the stator voltages U f.ref , U d.ref , a transformation from the dq- System, for example, take place in a stator-oriented coordinate system. For this example, the switching time processor 25 the rotor angle φ P supplied. The rotor angle φ P (also load angle) is the angle at which the flywheel of a synchronous machine (usually the rotor) leads or lags the phase generated by the stator winding depending on whether the machine is in motor or generator mode , Such a transformation from the dq system, for example, into a fixed-stator coordinate system can be, for example, an inverse Park-Clark transformation.

Ein wesentlicher Aspekt bei der Stromregelung von Synchronmaschinen, insbesondere von als Antriebsaggregat in Kraftfahrzeugen verwendeten fremderregten Synchronmaschinen, ist die Verlustreduktion des Antriebssystems bzw. des Triebstrangs (zum Triebstrang gehören z. B.: elektrische Maschine, Welle, Differentialgetriebe, Umrichter, elektrischer Energiespeicher (z. B. bei mobilen Anwendungen), Regelungsvorrichtung). In 3 sind anhand eines Sankey-Diagramms die wesentlichen Verlustkomponenten in einer fremderregten Synchronmaschine im motorischen Betrieb gezeigt. Dem Stator wird eine Leistung PS = 3US·IS·cosφ zugeführt, wobei US die Statorspannung, IS in diesem Fall der Betrag des Statorstroms und φ die (zeitliche) Phasenverschiebung zwischen Statorstrom und -spannung sind. Der Stator ist verlustbehaftet, wobei sich eine im Stator dissipierte Verlustleistung PV.S aus Kupferverlusten PCu.S, Eisenverlusten (insbesondere Ummagnetisierungsverlusten) PFe.S und Streuverlusten Pσ.S zusammensetzt. Den Rotor erreicht die Luftspaltleistung Pδ = PS – PV.S. Die Luftspaltleistung Pδ wird geschmälert durch Rotorverluste PV.R, wobei eine an der Rotorwelle abgegebene mechanische Leistung Pmech = Mmech·ωmech (Mmech Drehmoment an der Welle; ωmech: Winkelgeschwindigkeit der Welle) die Luftspaltleistung Pδ abzüglich der Rotorverluste PV.R ist. Die Rotorverluste PV.R setzen sich im Wesentlichen zusammen aus Kupferverlusten PCu.R der Rotorwicklung, Streuverlusten Pσ.R im Rotor und Reibungsverlusten PFr.R, wie z. B. Lager- und Luftreibung.An essential aspect in the current regulation of synchronous machines, in particular of externally-excited synchronous machines used as a drive unit in motor vehicles, is the loss reduction of the drive system or of the drive train (for example, the drive train includes: electric machine, shaft, differential gear, inverter, electrical energy storage (eg B. in mobile applications), control device). In 3 are shown on the basis of a Sankey diagram, the main loss components in a separately excited synchronous machine in motor operation. The stator is supplied with a power P S = 3U S * I S * cosφ, where U S is the stator voltage, I S in this case the magnitude of the stator current and φ the (temporal) phase shift between stator current and voltage. The stator is lossy, with a dissipated in the stator power dissipation P VS from copper losses P Cu.S , iron losses (in particular Ummagnetisierungsverlusten ) P Fe.S and scattering losses P σ.S composed. The rotor reaches the air gap power P δ = P S - P VS. The air gap power P δ is narrowed down by rotor losses P VR , wherein a mechanical power P mech = M mech · ω mech (M mech torque at the shaft; ω mech : angular speed of the shaft) delivered at the rotor shaft reduces the air gap power P δ minus the rotor losses P VR is. The rotor losses P VR are essentially composed of copper losses P Cu.R of the rotor winding, leakage losses P σ.R in the rotor and friction losses P Fr.R , such as, for example, B. bearing and air friction.

Bei einer fremderregten Synchronmaschine wird dem Rotor eine Leistung Pf = Uf·If = PCu.R zugeführt, wobei Uf die Spannung an der Rotorwicklung und If der Erregerstrom in der Rotorwicklung ist. Üblicherweise sind die dem Rotor zugeführten elektrische Größen konstant; d. h., es handelt sich um Gleichströme und -spannungen. Bei der Auslegung der Stromregelung werden insbesondere die Statorströme IS und der Rotorstrom If geregelt. Über den Rotorstrom If können einerseits die Kupferverluste im Rotor PCu.R, die proportional zum Quadrat des Erregerstroms If sind, und andererseits die Eisenverluste im Stator PFe.S beeinflusst werden. Der im Rotor gebildete magnetische Erregerfluss Ψf ist proportional zum Erregerstrom If im Rotor.In a separately excited synchronous machine, the rotor is supplied with a power P f = U f * I f = P Cu.R , where U f is the voltage at the rotor winding and I f is the exciting current in the rotor winding. Usually, the electrical quantities supplied to the rotor are constant; ie, they are DC currents and voltages. In the design of the current control, in particular the stator currents I S and the rotor current I f are regulated. Via the rotor current I f the one hand, the copper losses in the rotor P Cu.R which are proportional to the square of the exciting current I f, and on the other hand, the iron losses in the stator P Fe.S can be influenced. The magnetic excitation flux Ψ f formed in the rotor is proportional to the excitation current I f in the rotor.

Der Rotorfluss Ψf ist vorwiegend verantwortlich für die statorseitigen Eisenverluste PFe.S, da das Statorblechpaket bei rotierendem Rotor ein sich über der Zeit änderndes Magnetfeld erfährt, wodurch neben dem Durchlaufen der Materialhysterese (der BH-Kurve) zusätzlich Wirbelströme gebildet werden. So können über den Erregerstrom im Rotor If insbesondere die Eisenverluste im Stator PFe.S beeinflusst werden. Vom Betrag des Erregerstroms sind unmittelbar abhängig die Kupferverluste bzw. die ohmschen Verluste in der Rotorwicklung PCu.R. Der Betrag des Statorstroms ist insbesondere verantwortlich für die Kupferverluste bzw. die ohmschen Verluste PCu.S in der Statorwicklung. Mit der vorliegenden Erfindung werden insbesondere die maximalen Verluste in der elektrischen Maschine begrenzt. Dies dient einerseits dazu, eine thermische Überlastung der Maschine zu verhindern und, da elektrische Maschinen beispielsweise in Elektrofahrzeugen eingesetzt werden können, den Verbrauch elektrischer Energie z. B. aus einem Akkumulator zu reduzieren, was für mobile Anwendungen sehr wichtig ist.The rotor flux Ψ f is predominantly responsible for the stator iron losses P Fe.S , since the stator lamination with rotating rotor undergoes a changing over time magnetic field, which in addition to passing through the material hysteresis (the BH curve) additionally eddy currents are formed. Thus, in particular the iron losses in the stator P Fe.S can be influenced via the exciting current in the rotor I f . From the magnitude of the excitation current, the copper losses or the ohmic losses in the rotor winding P Cu.R are directly dependent. The amount of the stator current is responsible in particular for the copper losses or the resistive losses P Cu.S in the stator winding. In particular, the maximum losses in the electric machine are limited with the present invention. This serves on the one hand to prevent thermal overload of the machine and, since electric machines can be used for example in electric vehicles, the consumption of electrical energy z. B. from a rechargeable battery, which is very important for mobile applications.

In 4 ist anhand eines Diagramms beispielhaft dargestellt, wie die Verluste der Synchronmaschine über ein Strom-Derating-Methode 40 begrenzt werden können. Ausgangspunkt hierbei ist in der Regel eine dreidimensionale Lookup-Tabelle, in der die Ströme Id.ref, Iq.ref, If.ref jeweils als Funktionen von einem Referenzdrehmoment Tref, Drehzahl n oder Zwischenkreisspannung UDC gespeichert sind. Für eine bestimmte Drehzahl n, ein bestimmtes Referenzdrehmoment Tref und eine bestimmte Zwischenkreisspannung UDC ergeben sich die Referenzwerte für Statorströme Id.ref, Iq.ref (jeweils bezüglich des dq-Bezugssystems) und für den rotorseitigen Erregerstrom If.ref, die der Stromregelung zugeführt werden. Mit der Bestimmung der Referenzwerte für die einzelnen Ströme sollen letztlich übereinstimmende Werte für gewünschtes und tatsächliches Drehmoment zur Verfügung gestellt werden, um den erfindungsgemäßen verlustoptimalen Betrieb bezüglich der wesentlichen Verlustkomponenten der Synchronmaschine (siehe 3) zu gewährleisten unter Berücksichtigung der begrenzenden Parameter, wie zum Beispiel der Zwischenkreisspannung. Die Verlustoptimierung selbst wird beispielsweise numerisch anhand eines Simulationsmodells iterativ für die drei Ströme Id.ref, Iq.ref, If.ref abhängig von der Drehzahl n, vom Referenzdrehmoment Tref und von der Zwischenkreisspannung UDC durchgeführt. Es kann vorgesehen werden, die drei Referenzströme Id.ref, Iq.ref, If.ref in einer Lookup-Tabelle 51 als Funktion des Referenzdrehmoments Tref, der Drehzahl n sowie der Zwischenkreisspannung UDC abzuspeichern, d. h. Id.ref, Iq.ref, If.ref = (Tref, n, UDC), sodass die verlustoptimalen Referenzwerte für die Ströme interpoliert werden können. Daraus resultiert also aus einer Offline-Simulation eine Lookup-Tabelle mit verlustoptimierten Referenzströmen für maximal mögliche Drehmomente.In 4 is exemplified by a diagram, such as the losses of the synchronous machine via a current-derating method 40 can be limited. The starting point here is generally a three-dimensional lookup table, in which the currents I d.ref , Iq.ref , If.ref are respectively stored as functions of a reference torque T ref , speed n or intermediate circuit voltage U DC . For a certain speed n, a specific reference torque T ref and a certain intermediate circuit voltage U DC , the reference values for stator currents I d.ref , I q.ref (respectively with respect to the dq reference system) and for the rotor-side excitation current I f.ref , result . which are fed to the current control. With the determination of the reference values for the individual currents ultimately matching values for desired and actual torque are to be made available to the loss-optimal operation according to the invention with respect to the essential loss components of the synchronous machine (see 3 ) taking into account the limiting parameters, such as the DC link voltage. The loss optimization itself is performed, for example numerically using a simulation model iteratively for the three currents I d.ref , I q.ref , I f.ref depending on the speed n, the reference torque T ref and the intermediate circuit voltage U DC . It can be provided, the three reference currents I d.ref , I q.ref , I f.ref in a lookup table 51 as a function of the reference torque T ref , the speed n and the intermediate circuit voltage U DC store, ie I d.ref , I q.ref , I f.ref = (T ref , n, U DC ), so that the loss-optimal reference values for the currents can be interpolated. This results in an offline simulation of a lookup table with loss-optimized reference currents for maximum possible torques.

Die Referenzwerte müssen nicht zwingend explizit Referenzwerte für Stator- und/oder Rotorströme, beispielsweise im dq-Bezugssystem, sein. Alternativ oder zusätzlich können auch Hilfsgrößen verwendet werden, die repräsentativ sind für Stator und/oder Rotorströme. Solche Hilfsgrößen können sich beispielsweise aus den mathematischen bzw. numerischen Modellen ergeben, die zur Generierung er Lookup-Tabellen verwendet werden. Eine Hilfsgröße kann beispielsweise aus dem Verhältnis von Rotorstrom und der q-Komponente und/oder der d-Komponente des Statorstroms ermittelt werden. Die Verwendung von Hilfsgrößen kann insofern vorteilhaft sein, als dass in bestimmten Fällen eine Transformation in das dq-Bezugssystem des Rotors überflüssig wird, was reduzierten Rechenaufwand bedeutet. Die zulässigen Maximalwerte werden entsprechend auf die Hilfswerte umgerechnet.The reference values do not necessarily have to be explicit reference values for stator and / or rotor currents, for example in the dq reference system. Alternatively or additionally, auxiliary quantities which are representative of stator and / or rotor currents can also be used. Such auxiliary variables may result, for example, from the mathematical or numerical models used to generate lookup tables. An auxiliary variable can be determined, for example, from the ratio of the rotor current and the q component and / or the d component of the stator current. The use of auxiliary quantities may be advantageous in that, in certain cases, a transformation into the dq reference system of the rotor becomes superfluous, which means reduced computational effort. The permissible maximum values are converted accordingly to the auxiliary values.

Die Verwendung von Lookup-Tabellen ist bei der Regelung insbesondere von elektrischen Maschinen sehr vorteilhaft, da die magnetisch aktiven Bestandteile in weiten Bereichen ausgeprägt nichtlineares Verhalten aufweisen. Nichtlineare Charakteristika lassen sich durch numerische Approximation mittels einer Vielzahl geeigneter Maschinenmodelle abbilden und in Lookup-Tabellen hinterlegen. Insbesondere die numerische Approximation unter Verwendung von FE-Modellen (numerische Maschinenmodelle nach der Methode der finiten Elemente) sind in der Lage, Nichtlinearitäten auch im Sättigungsbereich exakt abzubilden. Zwar erfordern diese Strategien einen beträchtlichen Speicheraufwand für die resultierenden Lookup-Tabellen, bieten aber gegenüber Regelungskonzepten mit festen, analytisch geschätzten Parametern (engl. lumped parameters) die Vorteile höherer Stabilität, höherer Dynamik sowie besserer stationärer Regelgenauigkeit.The use of look-up tables is very advantageous in the regulation, in particular of electrical machines, since the magnetically active constituents have pronounced nonlinear behavior over a wide range. Nonlinear characteristics can be mapped by numerical approximation using a variety of suitable machine models and stored in lookup tables. In particular, the numerical approximation using FE models (numerical machine models according to the finite element method) are able to accurately map nonlinearities even in the saturation region. While these strategies require considerable memory overhead for the resulting lookup tables, they offer the benefits of higher stability, higher dynamics, and better steady state control over closed loop control concepts with fixed, analytically-estimated parameters.

Um während des Betriebs einer fremderregten Synchronmaschine in Echtzeit eine hohe Dynamik der Stromregelung bei verlustoptimalem Betrieb zu erreichen, wird erfindungsgemäß eine Rückkopplung über eine überlagerte Drehmomentregelung vorgeschlagen, die das Referenzdrehmoment Tref bei Bedarf reduziert, wodurch über die Lookup-Tabelle 51 letztlich die Referenzströme herabgesetzt werden. Dazu kann zunächst beispielsweise der Betrag 52 des Statorstroms

Figure 00100001
aus den Referenzwerten für die einzelnen Statorstromkomponenten bezüglich des dq-Systems gebildet werden. Aus Betriebsparametern, die den Zustand der Regelstrecke, also insbesondere der Synchronmaschine, repräsentieren, z. B. der Drehzahl n, der Zwischenkreisspannung UDC und einer Vielzahl von Temperaturen θ1, θ2, etc. können über ein Strom-Derating 53 Maximalwerte, beispielsweise für die Beträge des Statorstroms IS.ref und des Erregerstroms If.ref gebildet werden. Das Strom-Derating 53 ist so ausgelegt, dass diese Maximalwerte beispielsweise zuvor festgelegte maximale Verluste PV.S, PV.R der Synchronmaschine charakterisieren. Wie hoch diese Verluste im Einzelnen sein dürfen, ist abhängig davon, wo die Maschine verbaut ist und wie sie bezüglich ihres Designs (z. B: Wicklungstyp, Rotortyp usw.) beschaffen ist. Die Maximalwerte für die Ströme werden erfindungsgemäß mit den Referenzwerten aus der Lookup-Tabelle 53 verglichen. Erreicht oder übersteigt zumindest einer der Referenzwerte aus der Lookup-Tabelle die aus dem Strom-Derating ermittelten Maximalwerte, dann ist das vorgegebene Referenzdrehmoment zu hoch und muss um einen bestimmten Wert T' reduziert werden, so dass die Maximalwerte für die Ströme und damit die maximal zulässigen Verluste erreicht oder unterschritten werden.In order to achieve a high dynamics of the current control in loss-optimal operation during the operation of a separately excited synchronous machine in real time, a feedback via a superimposed torque control is proposed according to the invention, which reduces the reference torque T ref as needed, thereby using the lookup table 51 ultimately the reference currents are lowered. For this purpose, for example, the amount 52 of the stator current
Figure 00100001
are formed from the reference values for the individual stator current components with respect to the dq system. From operating parameters that represent the state of the controlled system, ie in particular the synchronous machine, z. As the rotational speed n, the DC link voltage U DC and a plurality of temperatures θ 1 , θ 2 , etc. can be a current derating 53 Maximum values, for example, for the amounts of the stator current I S.ref and the excitation current I f.ref are formed. The current derating 53 is designed such that these maximum values characterize, for example, predetermined maximum losses P VS , P VR of the synchronous machine. The exact amount of these losses depends on where the machine is installed and how it is designed (eg winding type, rotor type, etc.). The maximum values for the currents according to the invention with the reference values from the lookup table 53 compared. If at least one of the reference values from the look-up table reaches or exceeds the maximum values determined from the current derating, then the given reference torque is too high and must be reduced by a specific value T 'so that the maximum values for the currents and thus the maximum permissible losses are reached or fallen below.

In 5 ist exemplarisch in einem Signalflussplan mit einer Referenzstromverarbeitung mit Derating 50 gezeigt, wie insbesondere ein Strom-Derating 53 mit einer überlagerten Drehmomentregelung 56 zur Drehmomentreduzierung für die Stromregelung einer fremderregten Synchronmaschine regelungstechnisch implementiert werden kann. So werden einen Betriebspunkt repräsentierende Betriebsparameter als Führungsgrößen vorgegeben und aus der Lookup-Tabelle 51 Referenzwerte für die einzelnen Ströme, beispielsweise bezüglich des dq-Systems, gebildet und der Stromregelung 20 zugeführt. Aus den Referenzwerten für die d- und q-Komponenten des Statorstroms kann der Betrag des Referenzwerts des Statorstroms IS.ref gebildet werden. Mit geeigneten Messeinrichtungen (zum Beispiel Drehzahl- und Temperatursensoren) werden den Zustand der Regelstrecke repräsentierende Betriebsparameter wie die Drehzahl n, die Zwischenkreisspannung UDC und eine Vielzahl von in der Synchronmaschine herrschenden Temperaturen θ1, θ2, etc ermittelt. Hierbei handelt es sich um real in der Maschine herrschende Betriebsbedingungen bzw. -zustände.In 5 is an example in a signal flow plan with a reference current processing with derating 50 shown in particular a current derating 53 with a superimposed torque control 56 for torque reduction for the current control of a separately excited synchronous machine can be implemented control technology. Thus operating parameters representing an operating point are specified as reference variables and from the lookup table 51 Reference values for the individual streams, for example, with respect to the dq system formed and the current regulation 20 fed. From the reference values for the d and q components of the stator current, the magnitude of the reference value of the stator current I S.ref can be formed. With suitable measuring devices (for example, speed and temperature sensors) operating parameters representing the state of the controlled system such as the rotational speed n, the intermediate circuit voltage U DC and a multiplicity of temperatures θ 1 , θ 2 , etc. prevailing in the synchronous machine are determined. These are real operating conditions or conditions prevailing in the machine.

Insbesondere die ermittelten Temperaturen können ein Maß für die Verluste in der Maschine sein. Über das Strom-Derating 53 werden aus diesen Betriebsbedingungen Maximalwerte für Statorstrom IS.max und Erregerstrom If.max ermittelt. Maßgeblich sind besonders die Temperaturen der Einzelkomponenten, also beispielsweise des Stators und des Rotors der Synchronmaschine, der Umrichter- sowie der Erregerendstufe (z. B. die Leistungshalbleiter). Diese Temperaturen können während des Betriebs gemessen und/oder modelliert werden. Eine Modellierung der Temperaturen kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn eine messtechnische Ermittlung mit großem Aufwand verbunden ist. Beispielsweise kann es notwendig sein, eine Vielzahl von Temperatursensoren im Rotor, insbesondere an der Rotorwicklung anzubringen, um die thermischen Verhältnisse im Rotor möglichst realitätsnah abzubilden. In diesem Fall müssen diese Temperatursensoren etwa über Schleifringe elektrisch zugänglich gemacht werden. Die mögliche Anzahl an Schleifringen und damit die Anzahl an Messpunkten ist jedoch stark begrenzt. Ein thermisches Modell kann hier zusätzlich zu Sensoren oder allein verwendet werden. Aus den Referenzwerten für die Ströme sowie den entsprechenden Maximalwerten wird jeweils eine Regeldifferenz gebildet und einem Regeldifferenzbaustein 55 zugeführt.In particular, the temperatures determined can be a measure of the losses in the machine. About the current derating 53 are determined from these operating conditions maximum values for stator current I S.max and excitation current I f.max . Decisive are especially the temperatures of the individual components, so for example, the stator and the rotor of the synchronous machine, the inverter and the Exciter stage (eg the power semiconductors). These temperatures can be measured and / or modeled during operation. A modeling of the temperatures can be particularly advantageous if a metrological determination is associated with great expense. For example, it may be necessary to mount a multiplicity of temperature sensors in the rotor, in particular on the rotor winding, in order to map the thermal conditions in the rotor as realistically as possible. In this case, these temperature sensors must be made electrically accessible via slip rings, for example. However, the possible number of slip rings and thus the number of measuring points is very limited. A thermal model can be used here in addition to sensors or alone. From the reference values for the currents and the corresponding maximum values, a control difference is formed in each case and a control difference module 55 fed.

Zumindest die Differenz aus Referenzwert für den Statorstrom und Maximalwert für den Statorstrom ΔIS = IS.ref – IS.max kann dem Regeldifferenzbaustein 55 über eine Skalierung 54 zugeführt werden, um zur Regeldifferenz aus den Erregerströmen ΔIf = If.ref – If.max identische Bedingungen zu erreichen. Die Größenordnungen des thermisch wirksamen Statorstroms (Effektivwert des Statorstroms) und des Rotorgleichstroms sind unterscheidlich. Beispielsweise kann der Statorstrom Effektivwerte von etwa 300 A annehmen, der Rotorgleichstrom hingegen beispielsweise nur Werte im Bereich von 18 A. Um dennoch jeweils ein geeignetes Regelkreisverhalten der überlagerten erfindungsgemäßen Drehmomentregelung zu erreichen, kann eine Normierung der Ströme entweder auf den Stator- oder auf den Rotorstrom erfolgen. Im vorliegenden Beispiel wird die Regeldifferenz des Statorstroms ΔIS skaliert, wodurch eine Normierung des Statorstroms auf den Rotorstrom erzielt wird. Ein überlagerter Drehmomentregler 56 erhält über den Regeldifferenzbaustein 55 eine Anweisung, das Referenzdrehmoment Tref um einen Drehmomentwert T' zu reduzieren, wenn die Regeldifferenzen ΔIS, ΔIf ein bestimmtes Ausmaß, welches vom Anwendungsfall abhängig ist, erreicht haben. Die Schwellwertbestimmung ist bevorzugt so ausgelegt, dass der überlagerte Drehmomentregler 56 das Referenzdrehmoment Tref lediglich beliebig reduzieren, nicht aber erhöhen kann.At least the difference between the reference value for the stator current and the maximum value for the stator current ΔI S = I S.ref - I S. max can be used for the control difference block 55 over a scale 54 are supplied to the control difference from the excitation currents .DELTA.I f = I f.ref - I f.max reach identical conditions. The magnitudes of the thermally effective stator current (rms value of the stator current) and the rotor DC current are different. By way of example, the stator current can assume rms values of approximately 300 A, while the rotor direct current can, for example, only have values in the region of 18 A. In order nevertheless to achieve a suitable control behavior of the superimposed torque control according to the invention, a normalization of the currents to either the stator or the rotor current respectively. In the present example, the control difference of the stator current ΔI S is scaled, whereby a standardization of the stator current is achieved on the rotor current. A superimposed torque controller 56 Received via the rule difference block 55 an instruction to reduce the reference torque T ref by a torque value T 'when the control differences ΔI S , ΔI f have reached a certain extent, which depends on the application. The threshold determination is preferably designed so that the superimposed torque controller 56 the reference torque T ref can only reduce arbitrarily, but can not increase.

Um eine möglichst hohe Regeldynamik bei der erfindungsgemäßen Drehmomentregelung zu erzielen ist ein schneller Regelkreis für dem Rotorstrom (Erregerstrom) erforderlich. Da die Statorzeitkonstante wesentlich niedriger ist als die Rotorzeitkonstante wirkt die Dynamik des Regelkreises für den Rotorstrom als begrenzender Faktor für die gesamte Stromregelung. Die für die Regelung relevanten Zeitkonstanten werden von der Rotor- bzw. Statorinduktivität sowie von der Rotorträgheit bestimmt. Daher trägt insbesondere die Regelreserve für den Rotorstrom essentiell zur Dynamik des entsprechenden Regelkreises bei.In order to achieve the highest possible control dynamics in the torque control according to the invention, a fast control loop for the rotor current (excitation current) is required. Since the stator time constant is much lower than the rotor time constant, the dynamics of the control circuit for the rotor current acts as a limiting factor for the entire current control. The time constants relevant for the control are determined by the rotor or stator inductance as well as the rotor inertia. Therefore, in particular the control reserve for the rotor current contributes essentially to the dynamics of the corresponding control loop.

Für die Ermittlung der Maximalwerte für den Statorstrom sowie den rotorseitigen Erregerstrom über das Strom-Derating 53 kann eine Schätzung der Rotortemperatur herangezogen werden. Da der Rotor aktiv durch die ohmschen Verluste (Kupferverluste) in der Rotorwicklung und die rotorseitigen Streuverluste erhitzt wird, kann eine erfindungsgemäße Herabsetzung des Rotorstroms während des Betriebs der Synchronmaschine erforderlich werden. Die Rotortemperatur kann beispielsweise unter Nutzung einer Vielzahl von im Rotor platzierten Temperatursensoren im Mittel geschätzt werden. Dies hat allerdings den Nachteil, dass diese Sensoren beispielsweise über Schleifringe elektrisch zugänglich gemacht werden müssen, was aufwändig und störanfällig ist. Alternativ kann die Rotortemperatur über den gemessenen Erregerstrom und die durch den Regler für den Rotorstrom 26 festgelegte Rotorspannung (z. B. die Sollspannung) ermittelt werden. Auf diese Weise kann näherungsweise die mittlere Rotortemperatur aus dem temperaturabhängigen ohmschen Widerstand der Rotorwicklung bestimmt werden. Um hierbei ausreichende Genauigkeit zu erzielen müssen insbesondere die Nichtlinearität der Leistungsstufe 27 und der Spannungsfall an den Schleifringen, die die Rotorwicklung elektrisch zugänglich machen, auf geeignete Weise kompensiert werden. Normalerweise ist diese Art der Rotortemperaturschätzung nur ab einem bestimmten Erregerstrom möglich.For determining the maximum values for the stator current and the rotor-side exciter current via the current derating 53 An estimate of the rotor temperature can be used. Since the rotor is actively heated by the ohmic losses (copper losses) in the rotor winding and the rotor-side leakage losses, a reduction of the rotor current according to the invention during operation of the synchronous machine may be required. The rotor temperature can be estimated, for example, using a plurality of temperature sensors placed in the rotor, on average. However, this has the disadvantage that these sensors must be made electrically accessible, for example via slip rings, which is complicated and prone to failure. Alternatively, the rotor temperature may be above the measured excitation current and that through the rotor current regulator 26 determined rotor voltage (eg, the target voltage) are determined. In this way, approximately the average rotor temperature can be determined from the temperature-dependent ohmic resistance of the rotor winding. In order to achieve sufficient accuracy in particular the non-linearity of the power level 27 and the voltage drop across the slip rings, which make the rotor winding electrically accessible, be compensated in a suitable manner. Normally, this type of rotor temperature estimation is only possible from a certain exciter current.

Die Realisierung einer erfindungsgemäßen Stromregelung mit Derating (bzgl. Drehmoment und Referenzströmen) etwa nach den Signalflussplänen in der 2 und der 5 ist beispielsweise mittels analoger oder digitaler Schaltungstechnik mit einem Mikroprozessor realisierbar. In einer Verarbeitungseinheit des Mikroprozessors können die Signalflusspläne mit deren Bestandteilen dann digital mittels eines geeigneten Progammcodes implementiert werden.The implementation of a current control according to the invention with derating (with respect to torque and reference currents) approximately according to the signal flow plans in the 2 and the 5 can be realized for example by means of analog or digital circuit technology with a microprocessor. In a processing unit of the microprocessor, the signal flow plans with their components can then be implemented digitally by means of a suitable program code.

Da die feldorientierte Drehmomentregelung relativ hohe Regelungsdynamik ermöglicht, wird dieses Prinzip bei Synchronmaschinen, auch und gerade bei fremderregten Sychronmaschinen eingesetzt. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine verlustoptimierte Regelung, insbesondere eine verlustoptimierte Drehmomentregelung, bei gegenüber gewöhnlicher feldorientierter Regelungsverfahren hoher Regelungsdynamik zur Verfügung zu stellen. Daher wird erfindungsgemäß eine prädiktive bzw. vorausschauende Drehmoment- bzw. Rotorflussregelung vorgeschlagen, die sich besonders für den verlustoptimalen Betrieb einer fremderregten Synchronmaschine eignet.Since the field-oriented torque control allows relatively high control dynamics, this principle is used in synchronous machines, even and especially in externally-excited synchronous machines. An object of the present invention is to provide a loss-optimized control, in particular a loss-optimized torque control, with respect to conventional field-oriented control methods of high control dynamics available. Therefore, according to the invention, a predictive or predictive torque or rotor flux control is proposed, which is particularly suitable for the loss-optimal operation of a separately excited synchronous machine is suitable.

Wie bereits ausgeführt, ist die für die Dynamik der Drehmomentregelung einer fremderregten Synchronmaschine maßgebliche Zeitkonstante die Rotorzeitkonstante, die viel größer ist als die Statorzeitkonstante. Damit ist der Rotorstromkreis die für die Regelungsdynamik begrenzende Komponente der Drehmomentregelung. Eine prädiktive Drehmomentregelung sieht vor, den Rotorstrom prädiktiv, also vorausschauend, zu erhöhen oder zu senken, bevor die aktiven, in der Maschine vorherrschenden relevanten Parameter (z. B. Drehmoment, Statorstrom, Rotorstrom) zu einer entsprechenden Reaktion der Regelung führen würden, wenn abhängig vom Betriebszustand das Erfordernis einer erhöhten Dynamik bzw. eines höheren oder niedrigeren Drehmoments absehbar ist. Das Erfordernis einer höheren Dynamik, insbesondere einer erhöhten Fahrdynamik beim Einsatz des vorgeschlagenen Regelungsverfahrens in Kraftfahrzeugen, kann beispielsweise durch bekannte Methoden zur Erkennung der Fahrsituation (z. B. Überland- oder Stadtfahrt) ermittelt werden. Dies kann beispielsweise anhand des Fahrerverhaltens mittels geeigneter Algorithmen vorgenommen werden. Wird das Drehmoment beispielsweise mittels einer Erhöhung des Rotorstroms erhöht, bevor es tatsächlich an der Motorwelle gefordert wird, so lässt sich damit die große Rotorzeitkonstante überbrücken, so dass ausschließlich die Statorzeitkonstante für die Regelungsdynamik maßgeblich bleibt. Soll das an der Welle zur Verfügung gestellte Drehmoment, das Ist-Moment, dabei konstant bleiben, muss der Statorstrom entsprechend angepasst werden. Wird an der Welle mehr Drehmoment gefordert, so ist dann lediglich der Statorstrom zügig zu erhöhen. Dies gilt entsprechend auch für den Fall, dass weniger Drehmoment geordert wird, wobei dann die Ströme gesenkt werden. Durch Beeinflussung des Rotorstroms wird unmittelbar der Rotor- bzw. Erregerfluss verändert und damit das Drehmoment verändert.As already stated, the time constant decisive for the dynamics of the torque control of a separately excited synchronous machine is the rotor time constant, which is much larger than the stator time constant. Thus, the rotor circuit is the limiting component for the control dynamics of the torque control. Predictive torque control is to predictively increase or decrease the rotor current before the relevant parameters prevailing in the machine (eg, torque, stator current, rotor current) would result in a corresponding feedback response of the controller Depending on the operating state, the requirement of increased dynamics or higher or lower torque is foreseeable. The requirement for greater dynamics, in particular increased driving dynamics when using the proposed control method in motor vehicles, can be determined, for example, by known methods for detecting the driving situation (eg overland or city driving). This can be done, for example, based on the driver behavior by means of suitable algorithms. If the torque is increased, for example by means of an increase in the rotor current, before it is actually required on the motor shaft, then the large rotor time constant can be bridged so that only the stator time constant for the control dynamics remains decisive. If the torque provided on the shaft, the actual torque, should remain constant, the stator current must be adjusted accordingly. If more torque is required on the shaft, then only the stator current must be increased quickly. This applies accordingly also in the case that less torque is ordered, in which case the currents are lowered. By influencing the rotor current, the rotor or exciter flux is directly changed and thus the torque is changed.

Im Triebstrang einer elektrischen Maschine, insbesondere einer fremderregten Synchronmaschine, sind eine Vielzahl von Komponenten, beispielsweise Stator- und Rotorwicklung sowie Stator- und Rotorblechpaket angeordnet. Die thermische Belastbarkeit, also die Temperatur, die maximal in den einzelnen Komponenten (über eine bestimmte Zeit hinweg) vorherrschen darf, ist jeweils sehr unterschiedlich. Die Temperaturen, die in den einzelnen Komponenten im Betrieb erreicht wird, ist einerseits abhängig vom zugeführten Strom (im Stator und Rotor) und andererseits davon, wie gut die einzelnen Komponenten gekühlt werden können. In elektrischen Maschinen mit Rotorwicklung neigt beispielsweise die Rotorwicklung axial gesehen punktuell in der Mitte zu thermischer Überlastung, da die Kühlung dort am schlechtesten ist.In the drive train of an electrical machine, in particular a separately excited synchronous machine, a plurality of components, such as stator and rotor winding and stator and rotor core are arranged. The thermal load capacity, ie the maximum temperature which may prevail in the individual components (over a certain period of time), is very different in each case. The temperatures that are reached in the individual components during operation depend, on the one hand, on the supplied current (in the stator and rotor) and on the other hand on how well the individual components can be cooled. In electric machines with rotor winding, for example, the rotor winding tends to be axially in the middle of points in the middle to thermal overload, since the cooling there is the worst.

Einzelne Komponenten können auch bei dem erfindungsgemäßen verlustoptimalen Betrieb punktuell thermisch überlastet werden. Eine Vielzahl von Sensoren und/oder ein geeignetes thermisches Modell können Auskunft über die momentane thermische Belastung einzelner Komponenten, also momentane Temperaturen, geben. Liegt sie über der thermischen Belastbarkeit, also über den zulässigen maximalen Temperaturen, so müssen Maßnahmen ergriffen werden, um eine Schädigung der entsprechenden Komponenten zu vermeiden. Eine fremderregte Synchronmaschine bietet beispielsweise gegenüber einer permanenterregten Synchronmaschine den Vorteil eines zusätzlichen Freiheitsgrades über den Erregerstrom. Wird etwa in einem bestimmten Betriebspunkt bei verlustoptimalen Strömen und Drehmomenten eine Komponente thermisch überlastet, so sollte die thermische Belastung dieser Komponente, idealerweise bei konstantem Drehmoment an der Welle, reduziert werden. Dazu kann bei einer fremderregten Synchronmaschine das Verhältnis zwischen Stator- und Rotorströmen in einer Weise verändert werden, dass das an der Welle abgreifbare Drehmoment konstant bleibt, sich die thermische Belastung aber beispielsweise vergleichmäßigt. Konkret hieße das, dass etwa bei einer punktuell thermisch überlasteten Rotorwicklung der Rotorstrom reduziert, der Statorstrom aber entsprechend erhöht wird, um eine konstante Drehmomentausbeute zu gewährleisten. An der Welle ändert sich bei diesem Vorgehen idealerweise nichts, allerdings muss in der Regel der verlustoptimale Betrieb der Maschine zumindest vorübergehen ausgesetzt werden.Individual components can also be selectively thermally overloaded in the loss-optimal operation according to the invention. A large number of sensors and / or a suitable thermal model can provide information about the instantaneous thermal load of individual components, ie instantaneous temperatures. If it is above the thermal load capacity, ie above the permissible maximum temperatures, then measures must be taken to prevent damage to the corresponding components. A separately excited synchronous machine, for example, offers the advantage of an additional degree of freedom over the exciting current compared to a permanent-magnet synchronous machine. If, for example, a component is thermally overloaded at loss-optimized currents and torques at a specific operating point, then the thermal load of this component, ideally with constant torque at the shaft, should be reduced. For this purpose, in a separately excited synchronous machine, the ratio between stator and rotor currents can be changed in such a way that the torque which can be tapped off from the shaft remains constant, but the thermal load, for example, is made uniform. Specifically, this would mean that the rotor current is reduced, for example, in the case of a thermally overloaded rotor winding, but the stator current is correspondingly increased in order to ensure a constant torque output. Ideally, nothing changes on the shaft during this procedure, although the loss-optimized operation of the machine generally has to be suspended at least temporarily.

In 6 sind beispielhaft die wesentlichen Bestandteile eines Triebstranges 60 für ein Elektrofahrzeug dargestellt. Prinzipiell allerdings unterscheidet sich der Triebstrang eines Elektrofahrzeugs nicht von anderen Anwendungen von Synchronmaschinen, die einen elektrischen Energiespeicher erfordern. Die wesentlichen Bestandteile des Triebstranges 60 sind ein Umrichter 63, eine Regelungsvorrichtung 61 mit einer Sensorleitung 65, einer Synchronmaschine 62 mit einer Welle 66. Für den beispielhaften Fall einer mobilen Anwendung in einem Hybridfahrzeug oder reinen Elektrofahrzeug ist anstatt eines Energieversorgungsnetzes zusätzlich ein elektrischer Energiespeicher 64 als Energiequelle notwendig. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf mobile Anwendungen beschränkt. Die Synchronmaschine 62 weist, wie jede konzentrische, rotierende elektrische Maschine einen Stator 67 auf, in dem Statorwicklungen zur Generierung eines Drehfeldes angeordnet sein. Außerdem ist in der Synchronmaschine drehbar gelagert ein Rotor 68 angeordnet, der eine Wicklung aufweist, die beispielsweise über Schleifringe derart bestromt wird, dass ein rotorseitiges Erregerfeld entsteht, dass mit dem Drehfeld des Stators in Wechselwirkung treten kann. In der Regel ist der rotorseitige Erregerstrom ein Gleichstrom. Die Synchronmaschine 62 kann dabei zusammen mit einem Verbrennungsmotor für den Vortrieb des Fahrzeugs sorgen; man spricht hierbei von einem Hybridfahrzeug.In 6 are exemplary the essential components of a drive train 60 shown for an electric vehicle. In principle, however, the powertrain of an electric vehicle does not differ from other applications of synchronous machines that require an electrical energy storage. The essential components of the drive train 60 are an inverter 63 , a control device 61 with a sensor cable 65 , a synchronous machine 62 with a wave 66 , For the exemplary case of a mobile application in a hybrid vehicle or pure electric vehicle is in place of a power grid additionally an electrical energy storage 64 necessary as energy source. However, the present invention is not limited to mobile applications. The synchronous machine 62 As with any concentric rotating electrical machine, it has a stator 67 on, be arranged in the stator windings for generating a rotating field. In addition, a rotor is rotatably mounted in the synchronous machine 68 arranged, which has a winding which is energized, for example via slip rings such that a rotor-side excitation field is formed that can interact with the rotating field of the stator. As a rule, the rotor-side excitation current is a direct current. The synchronous machine 62 can provide together with an internal combustion engine for the propulsion of the vehicle; this is called a hybrid vehicle.

Es gibt zahlreiche Antriebskonzepte für Hybridfahrzeuge, die hier nicht weiter diskutiert werden. Andererseits kann die Synchronmaschine 62 auch ohne Verbrennungsmotor in einem reinen Elektrofahrzeug als alleiniges Antriebsaggregat vorgesehen sein. Die Synchronmaschine 62 gehört zum Typ der Drehstrommaschinen. Für Drehstrommaschinen ist die Drehzahl- und Momentenregelung über einen Umrichter 63 weit verbreitet. Über den Umrichter 63 wird der Synchronmaschine 62 die zur Erzeugung mechanischen Drehmoments an der Welle 66 notwendige elektrische Leistung zugeführt. Der Umrichter 63 bezieht diese Leistung bei einem Kraftfahrzeug in Form von Gleichspannung- und -strom typischerweise aus dem elektrischen Energiespeicher 64. Dieser Energiespeicher 64 kann ein elektrochemischer Energiespeicher, beispielsweise ein Akkumulator, sein. Es ist durchaus denkbar einen elektro-chemischen Energiespeicher auch mit elektrostatischen Energiespeichern, z. B. Kondensatorbatterien, zu kombinieren. Der Umrichter 66 wird von einer Regelungsvorrichtung 61 angesteuert, die letztlich dafür sorgt, dass der Synchronmaschine 62 die für den Betriebszustand des Kraftfahrzeugs gerade erforderliche elektrische Leistung (hiervon müssen im Übrigen auch die Verluste im Triebstrang abgedeckt werden) zugeführt wird. Um erfindungsgemäß die Verluste insbesondere in der elektrischen Maschine zu begrenzen, benötigt die Regelungsvorrichtung neben den aktiven Strömen in der Maschine beispielsweise auch Informationen, welche Betriebsbedingungen in der Maschine vorherrschen. Es sind zu diesem Zweck beispielsweise Temperatursensoren 651 und Drehzahlsensoren 652 in der Maschine vorgesehen, deren Messwerte der Regelungsvorrichtung 61 über eine Sensorleitung 65 zugeführt werden.There are numerous drive concepts for hybrid vehicles, which will not be discussed further here. On the other hand, the synchronous machine 62 be provided without internal combustion engine in a pure electric vehicle as the sole drive unit. The synchronous machine 62 belongs to the type of three-phase machines. For three-phase machines, the speed and torque control is via a converter 63 widespread. About the inverter 63 becomes the synchronous machine 62 for generating mechanical torque on the shaft 66 supplied necessary electrical power. The inverter 63 draws this power in a motor vehicle in the form of DC voltage and current typically from the electrical energy storage 64 , This energy storage 64 may be an electrochemical energy storage, such as an accumulator. It is quite conceivable an electro-chemical energy storage with electrostatic energy storage, eg. B. capacitor banks to combine. The inverter 66 is from a control device 61 driven, which ultimately ensures that the synchronous machine 62 the electrical power which is currently required for the operating state of the motor vehicle (of which, incidentally, the losses in the drive train must also be covered) is supplied. In order to limit the losses according to the invention, in particular in the electrical machine, the control device requires, in addition to the active currents in the machine, for example, also information as to which operating conditions prevail in the machine. There are for this purpose, for example, temperature sensors 651 and speed sensors 652 provided in the machine whose measured values of the control device 61 via a sensor cable 65 be supplied.

Die Regelungsvorrichtung 61 weist in einer vorteilhaften Ausführungsform, wie in 7 beispielhaft skizziert, im wesentlichen eine Speichereinheit 71 und einen Mikroprozessor 72, wobei der Mikroprozessor 71 den Umrichter 63 ansteuert. Im Mikroprozessor 71 kann beispielsweise die erfindungsgemäße Stromregelung digital implementiert werden. Dem Mikroprozessor 71 müssen hierzu auch die die in der Maschine vorherrschenden Betriebsbedingungen repräsentierenden Messwerte über die Sensorleitung 65 zugeführt werden. Um die erfindungsgemäße Stromregelung, insbesondere die dynamische Bestimmung von verlustoptimierten Referenzwerten für Ströme und Drehmomente über geeignete Lookup-Tabellen, zu realisieren muss eine mit dem Mikroprozessor 71 verbundene Speichereinheit 71 vorgesehen sein. Der Speicherplatz auf der Speichereinheit 71 muss dabei ausreichend groß sein, um die erfindungsgemäßen Lookup-Tabellen, auf die der Mikroprozessor 71 zugreifen muss, abzuspeichern.The control device 61 In an advantageous embodiment, as in FIG 7 exemplified, essentially a memory unit 71 and a microprocessor 72 , where the microprocessor 71 the inverter 63 controls. In the microprocessor 71 For example, the current regulation according to the invention can be implemented digitally. The microprocessor 71 For this purpose, the measured values representing the operating conditions prevailing in the machine must also be transmitted via the sensor line 65 be supplied. In order to realize the current regulation according to the invention, in particular the dynamic determination of loss-optimized reference values for currents and torques via suitable lookup tables, one has to work with the microprocessor 71 connected storage unit 71 be provided. The storage space on the storage unit 71 must be sufficiently large to the inventive lookup tables, to which the microprocessor 71 must access, save.

Obwohl sich die oben erörterten Beispiele insbesondere auf Hybridfahrzeuge beziehen, ist die vorliegende Erfindung nicht auf mobile Anwendungen wie etwa in Kraftfahrzeugen beschränkt, sondern vielfältig einsetzbar.Although the examples discussed above particularly relate to hybrid vehicles, the present invention is not limited to mobile applications such as automobiles but has many uses.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
dq-Koordinaten- bzw. Bezugssystemdq coordinate or reference system
1111
fremderregter Rotor mit ausgeprägten Polenexternally excited rotor with pronounced poles
1212
Rotorwicklung mit BestromungsrichtungRotor winding with current supply direction
US U S
PolradspannungInternal voltage
IS I S
Statorstromstator
Iq I q
q-Komponente des Statorstroms (q-Strom)q-component of the stator current (q-current)
Id I d
d-Komponente des Statorstroms (d-Strom)d-component of the stator current (d-current)
Ψf F
Rotor- bzw. ErregerflussRotor or exciter flux
Pf P f
Erregerleistung im RotorExcitation power in the rotor
PS P S
zugeführte Leistung im Statorsupplied power in the stator
Pδ P δ
LuftspaltleistungAir gap power
PCu.S P Cu.S
Kupferverluste (ohmsche Verluste) in der StatorwicklungCopper losses (ohmic losses) in the stator winding
PFe.S P Fe.S
Eisen- bzw. Ummagnetisierungsverluste im StatorIron or magnetic reversal losses in the stator
Pσ.S P σ.S
Streuverluste im StatorScatter losses in the stator
PV.S P VS
gesamte Statorverlusteentire stator losses
PV.R P VR
gesamte Rotorverlustetotal rotor losses
PCu.R P Cu.R
Kupferverluste (ohmsche Verluste) in der RotorwicklungCopper losses (ohmic losses) in the rotor winding
Pσ.R P σ.R
Streuverluste im RotorScatter losses in the rotor
PFr.R P Fr.R
Reibungsverlustefriction
2020
Stromregelung einer SynchronmaschineCurrent control of a synchronous machine
2121
PI-Regler für q-StromPI controller for q-current
2222
Vorsteuerung (feed forward control)Feed forward control
2323
PI-Regler für d-StromPI controller for d-current
2424
PI-Regler für ErregerstromPI controller for excitation current
2525
SchaltzeitpunktprozessorSwitching time processor
2626
SchaltzeitpunktprozessorSwitching time processor
2727
Leistungsstufe mit UmrichterPower level with inverter
5050
Referenzstromverarbeitung und DeratingReference current processing and derating
5151
Lookup-Tabelle (LUT)Lookup table (LUT)
5252
Betragsbildung des StatorstromsAmount formation of the stator current
5353
Strom-DeratingCurrent derating
5454
Skalierung (von Regeldifferenzen)Scaling (of control differences)
5555
RegeldifferenzbausteinControl difference block
5656
Drehmomentreglertorque controller

Claims (11)

Regelungsverfahren für eine einen Stator und einen Rotor aufweisende, fremderregte Synchronmaschine, mit den Schritten: Bereitstellen von Referenzwerten für Stator- und Rotorströme (IS.ref, If.ref), wobei der Referenzwert für den Statorstrom und/oder der Referenzwert für den Rotorstrom oder eine den Referenzwert des Statorstroms repräsentierende Hilfsgröße und/oder eine den Referenzwert des Rotorstroms repräsentierende Hilfsgröße von einem vorgegebenen Referenzdrehmoment (Tref) abhängig ist, Bereitstellen von Maximalwerten für Stator- und Rotorströme (IS.max, If.max), Vergleichen der Referenzwerte für den Stator- und/oder Rotorströme (IS.ref, If.ref) oder eine den Referenzwert des Statorstroms repräsentierende Hilfsgröße und/oder eine den Referenzwert des Rotorstroms repräsentierende Hilfsgröße mit den entsprechenden Maximalwerten (IS.max, If.max) und Reduzieren des Referenzdrehmoments (Tref) um einen Drehmmomentwert (T') wenn zumindest einer der Referenzwerte dessen entsprechenden Maximalwert (IS.max, If.max) erreicht oder überschreitet.A control method for a stator-excited and a rotor-driven, externally excited synchronous machine, comprising the steps of: Providing reference values for stator and rotor currents (I S.ref , I f.ref ), wherein the reference value for the stator current and / or the reference value for the rotor current or an auxiliary variable representing the reference value of the stator current and / or a reference value of the rotor current representing auxiliary variable is dependent on a predetermined reference torque (T ref ), providing maximum values for stator and rotor currents (I S.max , I f.max ), comparing the reference values for the stator and / or rotor currents (I S.ref , I f.ref ) or an auxiliary variable representing the reference value of the stator current and / or an auxiliary variable representing the reference value of the rotor current with the corresponding maximum values (I S.max , I f.max ) and reducing the reference torque (T ref ) by a torque value ( T ') if at least one of the reference values reaches or exceeds its corresponding maximum value (I S.max , I f.max ). Regelungsverfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Referenzwerte in einer Lookup-Tabelle (51) gespeichert werden, wobei diese Referenzwerte jeweils einem verlustminimalen Betriebspunkt, repräsentiert durch entsprechende Betriebsparameter (Tref, n, UDC), entsprechen.A control method according to claim 1, wherein the reference values are in a look-up table ( 51 ), these reference values respectively corresponding to a loss minimum operating point, represented by corresponding operating parameters (T ref , n, U DC ). Regelungsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Maximalwerte für Stator- und Rotorströme (IS.max, If.max) abhängig sind von Temperaturen bestimmter Komponenten der Synchronmaschine (θ1, θ2, ...), von der Drehzahl (n) sowie von der Zwischenkreisspannung (UDC).Control method according to one of the preceding claims, wherein the maximum values for stator and rotor currents (I S.max , I f.max ) are dependent on temperatures of certain components of the synchronous machine1 , θ 2 , ...), of the rotational speed (n) as well as the intermediate circuit voltage (U DC ). Regelungsverfahren gemäß Anspruch 3, bei dem die Temperatur von zumindest einer der folgenden Komponenten der Synchronmaschine berücksichtigt wird: Statorwicklung, Rotorwicklung, Statorblechpaket, Rotorblechpaket und Rotorlager.Control method according to claim 3, wherein the temperature of at least one of the following components of the synchronous machine is taken into account: stator winding, rotor winding, stator lamination stack, rotor lamination stack and rotor bearing. Regelungsverfahren gemäß Anspruch 4, bei dem zusätzlich die Drehzahl (n) berücksichtigt wird.Control method according to claim 4, wherein additionally the rotational speed (n) is taken into account. Regelungsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Drehmomentwert (T'), um den das Referenzdrehmoment (Tref) reduziert wird abhängig ist von der Abweichung des Referenzwertes des Rotorstroms (If.ref) vom zulässigen Maximalwert des Rotorstroms (If.max) und/oder von der Abweichung der Referenzwerte des Statorstroms (IS.ref) vom zulässigen Maximalwert des Statorstroms (IS.max).Control method according to one of the preceding claims, in which the torque value (T ') by which the reference torque (T ref ) is reduced depends on the deviation of the reference value of the rotor current (I f.ref ) from the permissible maximum value of the rotor current (I f. max ) and / or the deviation of the reference values of the stator current (I S.ref ) from the permissible maximum value of the stator current (I S.max ). Regelungsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem vor dem Reduzieren des Referenzdrehmoments (Tref) die Abweichung des Referenzwerts des Statorstroms vom Maximalwert des Statorstroms skaliert wird.Control method according to one of the preceding claims, wherein prior to reducing the reference torque (T ref ), the deviation of the reference value of the stator current from the maximum value of the stator current is scaled. Regelungsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Mehrzahl von Temperaturen der Synchronmaschine mit einer Mehrzahl von maximal zulässigen Temperaturen verglichen wird und bei dem der Statorstrom und/oder der Rotorstrom bei erreichen und/oder überschreiten von zumindest einer der Mehrzahl von maximal Temperaturen so variiert wird, dass zumindest eine der Mehrzahl von maximal zulässigen Temperaturen wieder unterschritten wird.A control method according to any one of the preceding claims, wherein a plurality of temperatures of the synchronous machine is compared to a plurality of maximum allowable temperatures and wherein the stator current and / or the rotor current varies upon reaching and / or exceeding at least one of the plurality of maximum temperatures is that at least one of the plurality of maximum allowable temperatures again falls below. Regelungsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer prädiktiven Drehmomentregelung, bei dem der Rotorstrom prädiktiv erhöht oder gesenkt wird, falls eine höhere oder niedrigere Last an der Welle und/oder eine hohe Regelungsdynamik zu erwarten ist.Control method according to one of the preceding claims with a predictive torque control in which the rotor current is predictively increased or decreased, if a higher or lower load on the shaft and / or a high control dynamics is to be expected. Regelungsverfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die den Referenzwert des Statorstroms und/oder die den Referenzwert des Rotorstroms repräsentierende Hilfsgröße aus dem Verhältnis des Rotorstroms und der q-Komponente des Statorstroms gebildet wird.A control method according to claim 1, wherein the auxiliary value representing the reference value of the stator current and / or the reference value of the rotor current is formed from the ratio of the rotor current and the q-component of the stator current. Regelungsvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, eine fremderregte Synchronmaschine mit einem Stator und einem Rotor verlustarm zu regeln, aufweisend: Eine Speichereinheit, die dazu ausgebildet ist, Referenzwerte für Stator- und Rotorströme, wobei der Referenzwert für den Statorstrom und/oder der Referenzwert für den Rotorstrom oder eine den Referenzwert des Statorstroms repräsentierende Hilfsgröße und/oder eine den Referenzwert des Rotorstroms repräsentierende Hilfsgröße von einem vorgegebenen Referenzdrehmoment (Tref) abhängig ist, sowie Maximalwerte für Stator- und Rotorströme bereitzustellen und eine Verarbeitungseinheit, die dazu ausgebildet ist, die Referenzwerte für Stator- und Rotorströme mit den entsprechenden Maximalwerten für Stator- und Rotorströme zu vergleichen und die weiter dazu ausgebildet ist, das vorgegebene Referenzdrehmoment zu reduzieren, wenn zumindest ein Referenzwert für Stator- und Rotorströme den entsprechenden Maximalwert erreicht oder überschreitet.A control device, which is designed to control a sparsely-excited synchronous machine with a stator and a rotor with low loss, comprising: a memory unit, which is designed to reference values for stator and rotor currents, wherein the reference value for the stator current and / or the reference value for the Rotor current or an auxiliary variable representing the reference value of the stator current and / or an auxiliary variable representing the reference value of rotor current is dependent on a predetermined reference torque (T ref ) and provide maximum values for stator and rotor currents and a processing unit which is adapted to the reference values for To compare stator and rotor currents with the corresponding maximum values for stator and rotor currents and which is further adapted to reduce the predetermined reference torque when at least one reference value for stator and rotor currents reaches the corresponding maximum value or ü Bersch rides.
DE102010043492A 2010-07-28 2010-11-05 Control method for stator and rotor in electric machine that is utilized in pure electric car and hybrid vehicles, involves reducing reference torque by torque value if one of reference values reaches or exceeds corresponding maximum values Withdrawn DE102010043492A1 (en)

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