DE102011003352A1 - Verfahren, Systeme und Vorrichtung zur Optimierung von Dritte-Harmonische-Strominjektion in einer mehrphasigen Maschine - Google Patents

Verfahren, Systeme und Vorrichtung zur Optimierung von Dritte-Harmonische-Strominjektion in einer mehrphasigen Maschine Download PDF

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Abstract

Es werden Verfahren, ein System und eine Vorrichtung zum Erhöhen der Spannungsausnutzung in einem Fünf-Phasen-Vektor-gesteuerten Maschinenantriebssystem bereitgestellt, welches Dritte-Harmonische-Strominjektion verwendet, um Drehmoment- und Leistungsabgabe einer fünfphasigen Maschine zu erhöhen. Dafür wird ein Fundamental-Stromwinkel eines Fundamental-Stromvektors für jeden bestimmten Drehmoment-Geschwindigkeits-Betriebspunkt der fünfphasigen Maschine optimiert.

Description

  • Diese Erfindung wurde mit staatlicher Förderung unter DE-FC26-07NT43123 gemacht, welche vom US-Ministerium für Energie vergeben wurde. Die Regierung besitzt gewisse Rechte an dieser Erfindung.
  • Technisches Gebiet
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen allgemein mehrphasige Systeme, wie zum Beispiel solche, welche fünfphasige Maschine verwenden, und insbesondere betreffen die Ausführungsformen Techniken zum Steuern des Betriebs solcher mehrphasiger Systeme, um eine Dritte-Harmonische-Strominjektion zu optimieren und somit die Spannungsausnutzung in einer mehrphasigen Maschine zu maximieren.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Elektrische Maschinen werden in einer großen Anzahl von Anwendungen verwendet. Beispielsweise umfassen Hybrid-/Elektro-Fahrzeuge (HEV) typischerweise ein elektrisches Antriebssystem, welches einen Wechselstrom (AC)-Elektromotor aufweist, welcher von einem Energieumwandler mit einer Gleichstrom(DC)-Energiequelle angetrieben wird, wie zum Beispiel einer Speicherbatterie. Motorwicklungen des AC-Elektromotors können mit Wechselrichter-Submodulen eines Energie-Wechselrichtermoduls (PIM) gekoppelt sein.
  • Jedes Wechselrichter-Submodul umfasst ein Paar von Schalteinrichtungen, welche in einer komplementären Weise schalten, um eine schnelle Schaltfunktion auszuführen, um die DC-Energie in AC-Energie umzuwandeln. Diese AC-Energie treibt den AC-Elektromotor an, welcher wiederum eine Welle eines HEV-Antriebsstranges antreibt. Herkömmliche HEV verwenden ein dreiphasiges pulsbreitenmoduliertes (PWM)-Wechselrichtermodul, welches eine dreiphasige AC-Maschine antreibt (zum Beispiel einen AC-Motor).
  • Viele moderne Hochleistungs-AC-Motorantriebe verwenden das Prinzip der Feld-orientierten-Steuerung (FOC = field oriented control) oder „Vektor”-Steuerung, um den Betrieb des AC-Elektromotors zu steuern. Insbesondere wird oftmals eine Vektorsteuerung in Antrieben mit variabler Frequenz verwendet, um das an der Welle eines AC-Elektromotors ausgeübte Drehmoment durch Steuern des zum AC-Elektromotor zugeführten Stromes zu steuern. Kurz gesagt, es werden Stator-Phasenströme gemessen und in einen entsprechenden komplexen Raumvektor umgewandelt. Dieser Stromvektor wird dann in ein Koordinatensystem transformiert, welches mit dem Rotor des AC-Elektromotors rotiert.
  • Wissenschaftler haben kürzlich die Möglichkeit der Verwendung von mehrphasigen Maschinen in verschiedenen Anwendungen einschließlich Hybrid-/Elektro-Fahrzeugen untersucht. Mehrphasige Systeme von höherer Ordnung sind durch zusätzliche Freiheitsgrade und höhere Zuverlässigkeit im Vergleich zu herkömmlichen dreiphasigen Maschinen charakterisiert, als auch durch ihre verbesserte Fähigkeit, ein Drehmoment zu erzeugen.
  • Wie hierin verwendet bezieht sich der Ausdruck „mehrphasig” auf mehr als drei Phasen und kann mit Bezug auf AC-Elektromaschinen verwendet werden, welche fünf oder mehr Phasen aufweisen. Ein Beispiel eines mehrphasigen Systems ist ein Fünf-Phasen-System, welches ein fünfphasiges PWM-Wechselrichtermodul umfasst, welches eine oder mehrere fünfphasige AC-Maschinen antreibt. Während die Möglichkeit der Verwendung von fünfphasigen Systemen in HEV-Fahrzeugen untersucht wird, müssen noch große Anstrengungen unternommen werden, bevor diese Wechselrichter und Motorkonfigurationen tatsächlich verwendet werden können, insbesondere in Bezug auf Vektorsteuerungstechniken, welche in Verbindung mit solchen fünfphasigen Systemen benutzt werden.
  • Um die dynamische Leistung einer mehrphasigen Maschine zu verbessern, ist es wünschenswert, das zur Verfügung stehende mechanische Drehmoment/Leistung zu verbessern oder zu erhöhen, welche durch die mehrphasige Maschine erzeugt und ausgegeben wird. Eine Möglichkeit, das Ausgabe-Drehmoment zu verbessern (und somit den Maschinenwirkungsgrad), ist, die Verwendung der Wechselrichter-Ausgabespannung zu verbessern (auch als Phasenspannung bezeichnet), mit welcher die mehrphasige Maschine versorgt wird.
  • Es ist wohl bekannt, dass ein Hinzufügen von ungeraden Harmonischen mit geeigneter Amplitude zu einer Grund-Wellenform die Leistung eines mehrphasigen Systems verbessern kann. Beispielsweise wird eine wohlbekannte Technik zum Erhöhen der Leistung einer mehrphasigen Maschine und Verbessern seiner drehmomenterzeugenden Fähigkeit und Leistungsausgabe allgemein als „Dritte-Harmonische-Strominjektion” bezeichnet. Bei einer „Dritte-Harmonische-Strominjektion” werden ein Fundamental- bzw. Grund-Strombefehl und seine dritte Harmonische verwendet, um Spannungsbefehle zu erzeugen, mit welcher die mehrphasige Maschine versorgt wird. Unter anderem kann eine Dritte-Harmonische-Strominjektion verwendet werden, um die Wechselrichter-Ausgabespannung und den Fluss pro Pol einer mehrphasigen Maschine zu erhöhen.
  • Dementsprechend ist es wünschenswert, Verfahren, Systeme und eine Vorrichtung zum Steuern des Betriebs von mehrphasigen AC-Maschinen bereitzustellen, welche von einem mehrphasigen PWM-Wechselrichtermodul angetrieben werden. Es ist außerdem wünschenswert, die Spannungsausnutzung zu steuern, optimieren und/oder zu maximieren, wenn eine Dritte-Harmonische-Strominjektion verwendet wird, da dies helfen kann, die Drehmoment-/Leistungs-Abgabe einer mehrphasigen Maschine zu erhöhen. Weiterhin werden andere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den angefügten Ansprüchen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen und dem vorangegangenen technischen Gebiet und Hintergrund ersichtlich.
  • Zusammenfassung
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen Verfahren, Systeme und eine Vorrichtung zum Verbessern der Spannungsausnutzung in einem fünfphasigen Vektorgesteuerten Maschinenantriebssystem, welches Dritte-Harmonische-Strominjektion verwendet, um die Abgabe von Drehmoment und Leistung durch eine fünfphasige Maschine zu erhöhen. Entsprechend einer Ausführungsform wird eine bestimmte Kombination von Eingaben umfassend einen Drehmomentbefehl, Winkelgeschwindigkeit eines Rotors der fünfphasigen Maschine und eine DC-Eingabespannung verwendet, um einen optimierten Grund- bzw. Fundamental-Stromwinkel eines Fundamental-Stromvektors zu erzeugen.
  • Beispielsweise wird in einer Ausführungsform die bestimmte Kombination von Eingaben verwendet, um einen ersten Wert für einen Gesamt-Effektivwert(RMS)-Strom zu erzeugen, welcher der bestimmten Kombination von Eingaben entspricht, einen zweiten Wert für einen Dritte-Harmonische-Strominjektionsfaktor zu erzeugen, einen dritten Wert für einen Dritte-Harmonische-Stromwinkel zu erzeugen, und einen vierten Wert des Fundamental-Stromwinkels zu erzeugen. Der erste Wert des Gesamt-RMS-Stroms entspricht einem besonderen Drehmoment-/Geschwindigkeits-Betriebs- bzw. Arbeitspunkt, welcher auf Grundlage der bestimmten Kombination von Eingaben definiert ist. Der zweite Wert und der dritte Wert sind optimiert, um den vierten Wert des Fundamental-Stromwinkels zu reduzieren und/oder zu optimieren. Ein Reduzieren und/oder ein Optimieren des vierten Wertes des Fundamental-Stromwinkels kann einen Wert eines Verhältnisses von Drehmoment-zu-Gesamt-RMS-Phasenstrom bei dem ersten Wert des Gesamt-RMS-Stroms erhöhen/maximieren. Dies verbessert die Phasenspannungsausnutzung durch die fünfphasige Maschine. Wenn beispielsweise die fünfphasige Maschine in ihrem Feld-Abschwächungs-Bereich (mittlerer/hoher Geschwindigkeitsbereich) arbeitet, ist die erzielbare Phasenspannung eine Einschränkung oder Rahmenbedingung, welche eine Funktion der DC-Eingabespannung ist, wobei gemäß der offenbarten Ausführungsform der erste Wert für den Gesamt-RMS-Strom bei einem bestimmten Wert für Drehmoment/Geschwindigkeit erniedrigt/minimiert werden kann, wenn die gesamte Phasenspannung verwendet wird.
  • Auf Grundlage des Gesamt-RMS-Stroms und des Dritte-Harmonische-Strominjektionsfaktors kann ein Dritte-Harmonische-RMS-Stromsignal und ein Fundamental-RMS-Stromsignal erzeugt werden. Das Dritte-Harmonische-RMS-Stromsignal und das Fundamental-RMS-Stromsignal kann dann zusammen mit dem Fundamental-Stromwinkel und dem Dritte-Harmonische-Stromwinkel verwendet werden, um eine Mehrzahl von Synchron-Bezugsrahmen-Strombefehlsignale zu erzeugen, umfassend: Fundamental-Synchron-Bezugsrahmen-Strombefehlsignale und Dritte-Harmonische-Synchron-Bezugsrahmen-Strombefehlsignale.
  • Beschreibung der Zeichnungen
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend in Verbindung mit den folgenden Zeichnungsfiguren beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und
  • 1 ein Blockdiagramm eines Vektor-gesteuerten-Motorantriebssystems gemäß einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist;
  • 2 ein Blockdiagramm eines Abschnitts eines Motorantriebssystems aus 1 einschließlich eines mit einem fünfphasigen AC-Motor verbundenen fünfphasigen Spannungsquellen-Wechselrichter ist;
  • 3 ein Blockdiagramm ist, welches weitere Details des Drehmoment-zu-Strom-Abbildungsmoduls und des Synchronrahmen-Stromregler-Moduls des Motorantriebssystems in 1 gemäß einiger der offenbarten Ausführungsformen darstellt;
  • 4 eine Kurve ist, welche drei mögliche Fundamental-Stromvektoren mit Bezug auf konstante Drehmomentlinien (T1, T2) darstellt;
  • 5A eine Kurve von Drehmoment pro Ampere gegenüber Gesamt-RMS-Stromstärke eines bestimmten Phasenstroms ist;
  • 5B eine Kurve von Drehmoment pro Ampere gegenüber Gesamt-RMS-Stromstärke eines besonderen Phasenstromes ist;
  • 6A eine Kurve von Drehmoment pro Ampere gegenüber Gesamt-RMS-Stromstärke eines besonderen Phasenstroms ist; und
  • 6B eine Kurve von Drehmoment pro Ampere gegenüber Gesamt-RMS-Stromstärke eines besonderen Phasenstroms ist.
  • Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen
  • Wie hierin verwendet, soll das Wort „beispielhaft” bedeuten „als ein Beispiel, Umstand oder Darstellung dienend”. Die folgende detaillierte Beschreibung ist lediglich von beispielhafter Natur und soll die Erfindung oder die Anwendung und Verwendungen der Erfindung nicht beschränken. Jede hierin als „beispielhaft” beschriebene Ausführungsform soll nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Ausführungsformen angesehen werden. Alle der in dieser detaillierten Beschreibung erörterten Ausführungsformen sind beispielhafte Ausführungsformen, welche bereitgestellt werden, um den Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung nachzuvollziehen oder zu verwenden, und soll den Umfang der Erfindung, welcher durch die Ansprüche definiert ist, nicht beschränken. Weiterhin soll es keine Beschränkung durch eine ausdrücklich oder implizit in dem vorangegangenen technischen Gebiet, Hintergrund, kurzen Zusammenfassung oder der folgenden detaillierten Beschreibung dargestellten Theorie geben.
  • Überblick
  • Bevor Ausführungsformen, welche gemäß der vorliegenden Erfindung sind, im Detail beschrieben werden, wird darauf hingewiesen, dass die Ausführungsformen ein Steuern eines Betriebes eines mehrphasigen Systems betreffen, um eine Nutzung bzw. Ausnutzung einer Phasenspannung durch eine mehrphasige Maschine zu maximieren. In dieser Hinsicht betreffen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Verfahren, Systeme und eine Vorrichtung zum Steuern eines Betriebes eines mehrphasigen Systems, um die Spannungsausnutzung durch eine mehrphasige Maschine zu maximieren. Die offenbarten Verfahren, Systeme und Vorrichtung zum Steuern des Betriebes solcher mehrphasigen Systeme, um die Spannungsausnutzung durch eine mehrphasige Maschine zu maximieren, können in Betriebsumgebungen, wie zum Beispiel einem Hybrid-/Elektro-Fahrzeug (HEV), implementiert werden. In den beispielhaften Ausführungsformen, welche nun beschrieben werden, werden die Steuerungs-Techniken und -Technologien als an einem Hybrid-/Elektro-Fahrzeug angewendet beschrieben. Jedoch wird dem Fachmann bewusst sein, dass gleiche oder ähnliche Techniken und Technologien im Zusammenhang mit anderen Systemen, in welchen es wünschenswert ist, einen Betrieb eines mehrphasigen Systems zu steuern, angewendet werden können.
  • Wie hierin verwendet, soll der Ausdruck „Wechselstrom (AC)-Maschine” allgemein „eine Vorrichtung oder Gerät, welches elektrische Energie in mechanische Energie oder umgekehrt umwandelt” bedeuten. AC-Maschinen können allgemein eingeteilt werden in synchrone AC-Maschinen und asynchrone AC-Maschinen. Synchrone AC-Maschinen können Permanentmagnetmaschinen und Reluktanzmaschinen umfassen. Permanentmagnetmaschinen umfassen oberflächenbefestigte Permanentmagnetmaschinen (SMPMM) und Innenpermanentmagnetmaschinen (IPMM). Asynchrone AC-Maschinen umfassen Induktionsmaschinen. Obwohl eine AC-Maschine ein AC-Motor (zum Beispiel eine Vorrichtung, welche verwendet wird, um AC-elektrische Energie an seinem Eingang umzuwandeln, um mechanische Energie oder Leistung zu erzeugen) sein kann, ist eine AC-Maschine nicht auf einen AC-Motor beschränkt, sondern kann ebenso Generatoren umfassen, welche verwendet werden, um mechanische Energie oder Leistung an ihrem primären Bewegungselement in elektrische AC-Energie oder -Leistung an seinem Ausgang zu erzeugen. Jede der Maschinen kann ein AC-Motor oder ein AC-Generator sein. Ein AC-Motor ist ein elektrischer Motor, welcher durch einen Wechselstrom angetrieben wird. In einigen Ausführungsformen umfasst ein AC-Motor einen äußeren stationären Statur mit Spulen oder Wicklungen, welche mit Wechselstrom versorgt werden, um ein rotierendes Magnetfeld zu erzeugen, und einen inneren Rotor, welcher an der Ausgangswelle angeordnet ist, auf welche ein Drehmoment durch das rotierende Feld ausgeübt wird. In Ausführungsformen, wo die AC-Maschine ein fünfphasiger Permanentmagnet-Synchron-AC-Motor ist, sollen Innenpermanentmagnet-Synchron-Motoren (IPMSM), oberflächenbefestigte Permanentmagnet-Synchron-Motoren (SMPMSM) und Reluktanzmotoren umfasst sein.
  • 1 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels eines Vektorgesteuerten Motorantriebssystems 100. Das System 100 steuert eine fünfphasige AC-Maschine 120 mit einem fünfphasigen pulsbreitenmodulierten (PWM)-Wechselrichtermodul 110, welches mit der fünfphasigen AC-Maschine 120 gekoppelt ist, so dass die fünfphasige AC-Maschine 120 in effizienter Weise eine DC-Eingangsspannung (Vdc) nutzen kann, welche dem fünfphasigen PWM-Wechselrichtermodul 110 durch Anpassen von Strombefehlen bereitgestellt wird, welche die fünfphasige AC-Maschine 120 steuern. In einer besonderen Ausführungsform kann das Vektor-gesteuerte Motorantriebssystem 100 verwendet werden, um Drehmoment in einem HEV zu steuern.
  • In der folgenden Beschreibung einer bestimmten nichtbeschränkenden Ausführungsform ist die fünfphasige AC-Maschine 120 als ein fünfphasiger AC-angetriebener Motor 120 beschrieben, und insbesondere als ein fünfphasiger, Permanentmagnet-Synchron-AC-angetriebener Motor (oder allgemeiner als ein Motor 120); jedoch wird bevorzugt, dass die dargestellte Ausführungsform lediglich ein nicht-beschränkendes Beispiel von Arten von AC-Maschinen ist, an welcher die offenbarten Ausführungsformen angewendet werden können, und weiterhin, dass die offenbarten Ausführungsformen an jeder Art von mehrphasiger AC-Maschinen angewendet werden können, welche fünf oder mehr Phasen umfasst. Daher wird, obwohl die Ausführungsform in 1 mit Bezug auf ein fünfphasiges System erläutert wird, der Fachmann bevorzugen, dass die erfindungsgemäßen Konzepte an anderen mehrphasigen Systemen angewendet werden können (zum Beispiel einem sechsphasigen System). Dementsprechend sollen die offenbarten Ausführungsformen als nicht auf fünfphasige Systeme beschränkt interpretiert werden, sondern sollten als auf mehrphasige Systeme, welche fünf oder mehr Phasen aufweisen, interpretiert werden.
  • Der fünfphasige AC-Motor 120 ist mit dem fünfphasigen PWM-Wechselrichtermodul 110 durch fünf Wechselrichterpole gekoppelt und erzeugt mechanische Energie (Drehmoment × Geschwindigkeit) auf Grundlage von fünfphasigen sinusförmigen Spannungssignalen, welche von dem PWM-Wechselrichtermodul 110 empfangen werden. In einigen Ausführungsformen wird die Winkelposition eines Rotors (θr) des ersten fünfphasigen AC-Motors 120 bzw. die „Wellenposition” unter Verwendung eines Positionssensors (nicht dargestellt) gemessen, wobei in anderen Ausführungsformen die Winkelposition eines Rotors (θr) des ersten fünfphasigen AC-Motors 120 geschätzt werden kann, ohne dass ein Positionssensor verwendet wird, und zwar durch Verwenden von sensorlosen Positions-Schätz-Techniken.
  • Vor der detaillierten Beschreibung des Betriebs des Systems 100 wird eine detailliertere Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform des fünfphasigen Spannungsquellenwechselrichters 110 (einschließlich der Art und Weise, wie er mit dem fünfphasigen AC-Motor 120 verbunden ist) mit Bezug auf 2 gegeben. 2 ist ein Blockdiagramm eines Abschnitts eines Motorantriebssystems einschließlich eines fünfphasigen Spannungsquellenwechselrichters 110, welcher mit einem fünfphasigen AC-Motor 120 verbunden ist. Der fünfphasige Spannungsquellenwechselrichter 110 und der fünfphasige Motor 120 in 1 sollen nicht auf diese Ausführungsform beschränkt sein; vielmehr ist 2 lediglich ein Beispiel, wie der fünfphasige Spannungsquellenwechselrichter 110 und der fünfphasige Motor 120 in 1 in einer bestimmten Ausführungsform implementiert werden können.
  • Wie in 2 dargestellt, weist der fünfphasige AC-Motor 120 fünf Stator- oder Motor-Wicklungen 120a, 120b, 120c, 120d, 120e auf, welche mit Motor-Anschlüssen A, B, C, D, E verbunden sind, wobei das fünfphasige PWM-Wechselrichtermodul 110 einen Kondensator 180 und fünf Wechselrichter-Submodule 115–119 umfasst. In dieser Ausführungsform ist in Phase A das Wechselrichter-Submodul 115 mit Motor-Wicklung 120a gekoppelt, in Phase B das Wechselrichter-Submodul 116 mit Motor-Wicklung 120b gekoppelt, in Phase C das Wechselrichter-Submodul 117 mit Motor-Wicklung 120c gekoppelt, in Phase D das Wechselrichter-Submodul 118 mit Motor-Wicklung 120d gekoppelt, und in Phase E das Wechselrichter-Submodul 119 mit Motor-Wicklung 120e gekoppelt. Die Motor-Wicklungen A, B, C, D, E (120a, 120b, 120c, 120d, 120e) sind zusammen an einem neutralen Punkt (N) gekoppelt. Der Strom in Motor-Wicklung A 120a fließt aus Motor-Wicklungen B–E 120b–120e, der Strom in Motor-Wicklung B 120b fließt aus Motor-Wicklungen A, C, D, E 120a und 12c–e, der Strom in Motor-Wicklung C 120c fließt aus Motor-Wicklungen A, B, D, E 120a, 120b, 120d, 120e, der Strom in Motor-Wicklung D 120d fließt aus Motor-Wicklungen A, B, C, E 120a–c und 120e und der Strom in Motor-Wicklung E 120e fließt aus Motor-Wicklungen A–D 120a–120d.
  • Die resultierenden Phasen- oder Stator-Ströme (Ia–Ie) 122, 123, 124, 125, 126 fließen durch entsprechende Stator-Wicklungen 120a–e. Die Spannungen zwischen Phase und Nullleiter an jeder der Stator-Wicklungen 120a–120e sind jeweils bezeichnet als Van, Vbn, Vcn, Vdn, Ven, wobei die Rückelektromagnetische Kraft(EMF)-Spannungen, welche in jeder der Stator-Wicklungen 120a–120e erzeugt werden, jeweils als die Spannungen Ea, Eb, Ec, Ed, Ee dargestellt sind, welche durch ideale Spannungsquellen erzeugt werden, welche jeweils in Reihe mit Stator-Wicklungen 120a–120e verbunden dargestellt sind. Wie wohl bekannt ist, sind diese Rück-EMF-Spannungen Ea, Eb, Ec, Ed, Ee die in den entsprechenden Stator-Wicklungen 120a–120e durch die Rotation des Rotors induzierten Spannungen. Obwohl nicht dargestellt, ist der Motor 120 mit einer Antriebswelle gekoppelt.
  • Der Wechselrichter 110 umfasst einen Kondensator 180, ein erstes Wechselrichter-Submodul 115 umfassend eine duale Schalteinrichtung 182/183, 184/185, ein zweites Wechselrichter-Submodul 116 umfassend eine duale Schalteinrichtung 186/187, 188/189, ein drittes Wechselrichter-Submodul 117 umfassend eine duale Schalteinrichtung 190/191, 192/193, ein viertes Wechselrichter-Submodul 118 umfassend eine duale Schalteinrichtung 194/195, 196/197, sowie ein fünftes Wechselrichter-Submodul 119 umfassend eine duale Schalteinrichtung 198/199, 200/201. Somit weist das Wechselrichtermodul 110 zehn Festkörper-gesteuerte Schalteinrichtungen 182, 184, 186, 188, 190, 192, 194, 196, 198, 200 und zehn Dioden 182, 185, 187, 189, 191, 193, 195, 197, 199, 201 auf, um in geeigneter Weise eine Verbund-Spannung (VIN) zu schalten und eine fünfphasige Energiespeisung der Stator-Wicklungen 120a, 120b, 120c, 120d, 120e des fünfphasigen AC-Motors 120 bereitzustellen.
  • Obwohl in 2 nicht dargestellt, steuern Schaltsignale das Schalten der Festkörper-Schalteinrichtungen 182, 184, 186, 188, 190, 192, 194, 196, 198, 200 in den Wechselrichter-Submodulen 115–119. Durch Bereitstellen geeigneter Schaltsignale an die individuellen Wechselrichter-Submodule 115–119 kann ein Schalten der Festkörper-gesteuerten Schalteinrichtungen 182, 184, 186, 188, 190, 192, 194, 196, 198, 200 in den Wechselrichter-Submodulen 115–119 gesteuert werden, um die Ausgänge der Wechselrichter-Submodule 115–119 zu steuern, welche jeweils für die Motor-Wicklungen 120a–120e bereitgestellt sind. Die resultierenden fünfphasigen Statorströme (Ia...Ie) 122–126, welche durch die Wechselrichter-Submodule 115–119 des fünfphasigen Wechselrichtermoduls 110 erzeugt werden, werden den Motorwicklungen 120a, 120b, 120c, 120d, 120e bereitgestellt. Die Spannungen Van, Vbn, Vcn, Vdn, Ven, EA, EB, EC, ED, EE und die Spannung an Knoten N fluktuieren in Abhängigkeit von den Offen-/Geschlossen-Zuständen der Schalteinrichtungen 182, 184, 186, 188, 190, 192, 194, 196, 198, 200 in den Wechselrichter-Submodulen 115–119 des Wechselrichtermoduls 110 in Abhängigkeit von der Zeit, wie unten erläutert wird.
  • Weiterhin mit Bezug auf 1 umfasst das Vektor-Steuerungs-Motorantriebssystem 100 ein Drehmoment-zu-Strom-Abbildungsmodul, ein Synchron(Sync.)-Rahmen-Stromreglermodul 170, ein Synchron-zu-Stationär(Sync-zu-Stat.)-Transformationsmodul 102, ein Fünfphasen-zu-Fünfphasen-Transformationsmodul 106, ein Raumvektor (SV = Spacevektor) PWM-Modul 108, einen fünfphasigen PWM-Wechselrichter 110, ein Fünfphasen-zu-Fünfphasen-Transformationsmodul 127 sowie ein Stationär-zu-Synchron(Stat.-zu-Syn.)-Transformationsmodul 130. Wie hierin verwendet bezieht sich der Ausdruck „Modul” auf eine Vorrichtung, einen Schaltkreis, eine elektrische Komponente und/oder eine Software-basierte Komponente zum Ausführen einer Aufgabe.
  • Das Drehmoment-zu-Strom-Abbildungsmodul empfängt einen Drehmomentbefehl, Winkel-Rotationsgeschwindigkeit (ωr) der Welle und die DC-Eingabe(oder „Link”)-Spannung als Eingaben. In einer Ausführungsform kann die Winkel-Rotationsgeschwindigkeit (ωr) der Welle auf Grundlage der Ableitung einer Rotor-/Wellen-Positionsausgabe (θr) 121 erzeugt werden. In Abhängigkeit von der Ausführungsform kann das Drehmoment-zu-Strom-Abbildungsmodul ebenso eine Vielzahl anderer Systemparameter empfangen. Das Drehmoment-zu-Strom-Abbildungsmodul verwendet die Eingaben, um den Drehmomentbefehl auf ein fundamentales d-Achsen-Strombefehlsignal (Id1*) 142, ein Dritte-Harmonische-d-Achsen-Strombefehlsignal (Id3*) 143, ein fundamentales q-Achsen-Strombefehlsignal (Iq1*) 144, ein Dritte-Harmonische-q-Achsen-Strombefehlsignal (Iq3*) 145 und ein Nullsequenz-Strombefehlsignal (I0*) 146 abzubilden. Diese Strombefehlsignale veranlassen den Motor 120, das befohlene Drehmoment (Te*) bei der Geschwindigkeit (ωr) zu erzeugen. Die Synchron-Bezugsrahmen-Strombefehlsignale 142–146 sind DC-Befehle, welche einen konstanten Wert als eine Funktion der Zeit aufweisen. Da die Strombefehle DC-Signale in dem Synchron-Bezugsrahmen sind, ist es einfacher, Strombefehle zu regeln. Weitere Details hinsichtlich des Drehmoment-zu-Strom-Abbildungsmoduls werden unten mit Bezug auf 3 beschrieben.
  • Das Fünf-zu-αβ-Phasentransformationsmodul 127 empfangt die gemessenen Fünfphasen-Stationär-Bezugsrahmen-Statorströme (Ia...Ie) 122–126, welche vom Motor 120 zurückgeführt sind. Das Fünf-zu-αβ-Phasentransformationsmodul 127 verwendet diese Fünfphasen-Stationär-Bezugsrahmen-Feedback-Statorströme 122–126 und führt eine ABCDE-Bezugsrahmen-zu-αβ-Bezugsrahmen-Transformation aus, um die Fünfphasen-Stationär-Bezugsrahmen-Feedback-Statorströme 122–126 in αβ-Stationär-Bezugsrahmen-Statorströme (Iα1, Iα3, Iβ1, Iβ3, I0) 128-1, 128-2, 129-1, 129-2, 129-3 zu transformieren. Die Fünf-zu-αβ-Phasentransformation kann unter Verwendung der in Gleichung (1) unten definierten Matrizen ausgeführt werden.
  • Figure 00160001
  • In Gleichung (1) wird der Spaltenvektor, welcher die Fünfphasen-Stationär-Bezugsrahmen-Feedback-Statorströme 122–126 darstellt, mit einer Transformationsmatrix und einem Skalierungsfaktor multipliziert, um einen Spaltenvektor zu erzeugen, welcher die αβ-Stationär-Bezugsrahmen-Statorströme (Iα1, Iα3, Iβ1, Iβ3, I0) 128-1, 128-2, 129-1, 129-2, 129-3 darstellt.
  • Das Stationär-zu-Synchron-Transformationsmodul 130 empfängt die αβ-Stationär-Bezugsrahmen-Statorströme (Iα1, Iα3, Iβ1, Iβ3, I0) 128-1, 128-2, 129-1, 129-2, 129-3 und die Rotor-Winkelposition (θr) 121 und transformiert diese in ein Fundamental-Synchron-Bezugsrahmen-d-Achsen-Stromsignal (Id1) 132, ein Dritte-Harmonische-Synchron-Bezugsrahmen-d-Achsen-Stromsignal (Id3) 133, ein Fundamental-Synchron-Bezugsrahmen-q-Achsen-Stromsignal (Iq1) 134, ein Dritte-Harmonische-Synchron-Bezugsrahmen-q-Achsen-Stromsignal (Iq3) 135 und ein Synchron-Bezugsrahmen-Nullsequenz-Stromsignal (I0) 136. Der d1q1-Bezugsrahmen rotiert bei Synchrongeschwindigkeit, wobei der d3q3-Bezugsrahmen bei dreifacher Synchrongeschwindigkeit rotiert. Das Verfahren der Stationär-zu-Synchron-Umwandlung ist im Stand der Technik gut bekannt und wird aus Gründen der Kürze nicht im Detail beschrieben. In einer Ausführungsform kann die Stationär-zu-Synchron-Transformation unter Verwendung von Gleichung (2) unten ausgeführt werden.
  • Figure 00170001
  • M(θe) ist eine Matrix, welche eine Funktion der elektrischen Winkelposition ist, θe, und M(3θe) stellt dar, dass die elektrische Winkelposition, θe, mit 3 multipliziert ist, um die dritte harmonische Funktion darzustellen. Die elektrische Winkelposition, θe, stellt die elektrische Position dar, welche das Produkt des Polpaares und der Rotor-Winkelposition, ☐r, ist. Das Synchronrahmen-Stromreglermodul 170 empfangt das Fundamental-Synchron-Bezugsrahmen-d-Achsen-Stromsignal (Id1) 132, das Dritte-Harmonische-Synchron-Bezugsrahmen-d-Achsen-Stromsignal (Id3) 133, das Fundamental-Synchron-Bezugrahmen-q-Achsen-Stromsignal (Iq1) 134, das Dritte-Harmonische-Synchron-Bezugsrahmen-q-Achsen-Stromsignal (Iq3) 135, das Synchron-Bezugsrahmen-Nullsequenz-Stromsignal (I0) 136, das Fundamental-d-Achsen-Strombefehlsignal (Id1*) 142, das Dritte-Harmonische-d-Achsen-Strombefehlsignal (Id3*) 143, das Fundamental-q-Achsen-Strombefehlsignal (Iq1*) 144, das Dritte-Harmonische-q-Achsen-Strombefehlsignal (Iq3*) 145, das Nullsequenz-Strombefehlsignal (I0*) 146, und verwendet diese Signale, um ein Fundamental-d-Achsen-Spannungsbefehlsignal (Vd1*) 172, ein Dritte-Harmonische-d-Achsen-Spannungsbefehlsignal (Vd3*) 173, ein Fundamental-q-Achsen-Spannungsbefehlsignal (Vq1*) 174, ein Dritte-Harmonische-q-Achsen-Spannungsbefehlsignal (Vq3*) 175 sowie ein Nullsequenz-Spannungsbefehlsignal (V0*) 176 zu erzeugen. Die Spannungsbefehlsignale 172–176 sind außerdem Synchron-Bezugsrahmen-Signale und deshalb DC-Befehle, welche einen konstanten Wert als Funktion der Zeit aufweisen. Das Verfahren der Strom-zu-Spannung-Umwandlung kann als eine Proportional-Integral(PI)-Steuerung ausgeführt werden, welche im Stand der Technik gut bekannt ist und aus Gründen der Kürze hier nicht im Detail beschrieben wird. Stattdessen werden weitere Details hinsichtlich der Strom-zu-Spannung-Umwandlung, welche durch das Synchronrahmen-Stromreglermodul 170 ausgeführt wird, unten mit Bezug auf 3 beschrieben.
  • Als seine Eingänge empfängt das Synchron-zu-Stationär-Transformationsmodul 102 die Synchron-Bezugsrahmen-Spannungsbefehlsignale 172–176 von dem Synchronrahmen-Stromreglermodul 170, sowie die Rotorpositionausgabe (θr) 121. In Antwort auf diese Eingaben führt das Synchron-zu-Stationär-Transformationsmodul 102 auf Grundlage dieser Signale eine dq-zu-αβ-Transformation aus, um ein Fundamental-αβ-Achsen-Stationär-Bezugsrahmen-Spannungsbefehlsignal (Vα1*) 104-1, ein Fundamental-β-Achsen-Stationär-Bezugsrahmen-Spannungsbefehlsignal (Vβ1*) 105-1, ein Dritte-Harmonische-α-Achsen-Stationär-Bezugsrahmen-Spannungsbefehlsignal (Vα3*) 104-2, ein Dritte-Harmonischeβ-Achsen-Stationär-Bezugsrahmen-Spannungsbefehlsignal (Vβ3*) 105-2 sowie ein Nullsequenz-Spannungsbefehlsignal (V0*) 103 zu erzeugen. Diese Spannungsbefehlsignale sind in dem Stationär-Bezugsrahmen und weisen deshalb Werte auf, welche als eine Sinuswellenform als eine Funktion der Zeit variieren. Das Verfahren der Synchron-zu-Stationär-Transformation ist im Stand der Technik gut bekannt und wird aus Gründen der Kürze nicht im Detail beschrieben. In einer Ausführungsform kann die Synchron-zu-Stationär-Transformation unter Verwendung von Gleichung (3) unten ausgeführt werden.
  • Figure 00190001
  • Das αβ-zu-Fünfphasen-Transformationsmodul 106 empfängt die Stationär-Bezugsrahmen-Spannungsbefehlsignale (Vα1*, Vβ1*, Vα3*, Vβ3*, V0*) 103–105, welche von dem Synchron-zu-Stationär-Transformationsmodul 102 erzeugt sind, und erzeugt auf Grundlage dieser Signale Fünfphasen-Stationär-Bezugsrahmen-Spannungsbefehlsignale (Vas*...Ves*) 107, welche an das Raumvektor-Pulsbreitenmodulation (SVPWM)-Modul 200 übermittelt werden. Die αβ-zu-Fünfphasen-Transformation kann unter Verwendung der in Gleichung (4) unten definierten Matrizen ausgeführt werden.
  • Figure 00200001
  • In Gleichung (4) wird der Spaltenvektor, welcher die Stationär-Bezugsrahmen-Spannungsbefehlsignale (Vα1*, Vβ1*, Vβ3*, Vβ3*, V0*) 103–105 darstellt, mit einer Transformationsmatrix und einem Skalierungsfaktor multipliziert, um einen Spaltenvektor zu erzeugen, welcher die Fünfphasen-Stationär-Bezugsrahmen-Spannungsbefehlsignale (Vas*...Ves*) 107 darstellt.
  • Das SVPWM-Modul 108 wird zur Steuerung der Pulsbreitenmodulation (PWM) verwendet. Das Fünfphasen-PWM-Wechselrichtermodul 110 ist mit dem SVPWM-Modul 108 gekoppelt. Das SVPWM-Modul 108 empfangt die Fünfphasen-Stationär-Bezugsrahmen-Spannungsbefehlsignale (Vas*...Ves*) 107 als Eingänge, und pulsbreitenmoduliert (PWM) diese Signale, um Schaltvektorsignale (Sa...Se) 109 zu erzeugen, welche es dem Fünfphasen-PWM-Wechselrichtermodul 110 zur Verfügung stellt. Der entsprechende in dem SVPWM-Modul 108 implementierte SV-Modulationsalgorithmus kann jeder bekannte SV-Modulationsalgorithmus sein. Die Schaltvektorsignale (Sa...Se) 109 steuern die Schaltzustände der Schalteinrichtungen in dem PWM-Wechselrichter 110, um Fünfphasen-Spannungsbefehle zu erzeugen. Insbesondere empfängt das Fünfphasen-PWM-Wechselrichtermodul 110 die DC-Eingabespannung (Vdc) und Schaltvektorsignale (Sa...Se) 109, und verwendet diese, um Fünfphasen-Wechselstrom (AC)-Spannungssignal-Wellenformen an den Wechselrichterpolen zu erzeugen, welche die Fünfphasen-AC-Maschine/-Motor 120 bei variierenden Geschwindigkeiten antreiben.
  • Der Fünfphasen-Permanentmagnet-Synchronmotor 120 empfängt die durch den PWM-Wechselrichter 110 erzeugten Fünfphasen-Spannungssignale und erzeugt eine Motorausgabe bei dem befohlenen Drehmoment Te* 136. In dieser einen besonderen Ausführungsform umfasst der Motor 120 einen Fünfphasen-Innenpermanentmagnet-Synchronmotor (IPMSM) 120. Die gemessenen Feedback-Statorströme (Ia–Ie) werden sensiert, abgetastet und dem Fünf-zu-Zwei-Phasen-Transformationsmodul wie oben beschrieben bereitgestellt.
  • Obwohl in 1 nicht dargestellt, kann das System 100 auch ein Getriebe umfassen, welches gekoppelt ist mit und angetrieben wird durch eine Welle der Fünfphasen-AC-Maschine 120.
  • Drehmoment-zu-Strom-Umwandlung für maximale Spannungsausnutzung durch die Fünfphasen-Maschine
  • Wie oben beschrieben, können Dritte-Harmonische-Strominjektionstechniken verwendet werden, um Drehmoment und Ausgabeleistung einer mehrphasigen Maschine zu verbessern. Zur Unterstützung der vollständigen Ausnutzung der Vorzüge dieser Verbesserung ist es auch wichtig, die Wechselrichter-Ausgangsspannung (oder „Phasen”-Spannung) zu maximieren/zu erhöhen, welche von dem mehrphasigen Wechselrichter ausgegeben wird, insbesondere wenn die mehrphasige Maschine bei mittleren bis hohen Geschwindigkeiten in dem „Feld-Abschwächungs-Bereich” arbeitet, da es die Ausgabeleistung verbessert.
  • Um die Phasenspannung-Ausnutzung zu maximieren, ist es wünschenswert, das Verhältnis von Ausgabedrehmoment-zu-RMS-Strom in dem „Feld-Abschwächungs-Bereich” zu maximieren. Um das Verhältnis von Ausgabedrehmoment-zu-Gesamt-RMS-Phasenstrom (Irmstotal*) für einen gegebenen Drehmomentbefehl zu maximieren, sollte der Gesamt-RMS-Phasenstrom (Irmstotal*) minimiert werden. Zwei Komponenten tragen zu dem Gesamt-RMS-Phasenstrom (Irmstotal*) bei. Die eine ist der Fundamental-Strom und die andere ist der Dritte-Harmonische-Strom, welcher injiziert wird. Der Fundamental-Strom stellt den größten prozentualen Anteil an dem Gesamt-RMS-Phasenstrom (Irmstotal*) dar, und deshalb ist es diese Komponente, welche reduziert werden sollte. Wie unten erläutert wird, kann das Verhältnis von Ausgabedrehmoment-zu-RMS-Strom in dem „Feld-Abschwächungs-Bereich” entweder durch Erhöhen der Stärke (I1) (wobei Stärke seinen Spitzenwert bedeutet, und nicht den RMS-Wert) oder einen Winkel (β1) des Fundamental-Stromvektors verbessert werden.
  • Wie nun unten mit Bezug auf 3–6 erläutert werden wird, werden Verfahren, Systeme und eine Vorrichtung zur Verbesserung/Maximierung der Spannungsausnutzung in einem mehrphasigen System bereitgestellt, welches eine Dritte-Harmonische-Strominjektion verwendet, welche eine verbesserte/erhöhte Ausgabe von Drehmoment/Leistung durch die mehrphasige Maschine zulässt.
  • 3 ist ein Blockdiagramm, welches weitere Details des Drehmoment-zu-Strom-Abbildungsmoduls und des Synchronrahmen-Stromreglermodul 170 des Motorantriebssystems 100 in
  • 1 gemäß einiger der offenbarten Ausführungsformen darstellt.
  • Das Drehmoment-zu-Strom-Abbildungsmodul umfasst eine Drehmoment-zu-Strom-Befehlstabelle, ein erstes Strom-Umwandlungsmodul 320 und ein zweites Strom-Umwandlungsmodul 230.
  • Die Drehmoment-zu-Strom-Befehlstabelle empfängt einen Drehmomentbefehl, Winkelgeschwindigkeit (ωr) des Rotors/Welle, sowie die DC-Eingabespannung als Eingaben. Diese Eingaben geben ein Gesamt-RMS-Stromsignal für eine gegebene Phasenspannung(Vph)-Schwelle und einen Drehmoment-/Geschwindigkeits-Arbeitspunkt vor. Mit anderen Worten, das Gesamt-RMS-Stromsignal, welches erforderlich ist, um einen bestimmten Drehmoment-/Geschwindigkeits-Arbeitspunkt zu erreichen, wird auf Grundlage des entsprechenden Drehmomentbefehls, der entsprechenden Winkelgeschwindigkeit (ωr) des Rotors/Welle und der entsprechenden DC-Eingabespannung, welche eingegeben werden, bestimmt. Es wird bevorzugt, dass die Phasenspannung (Vph) gleich der Summe der Fundamental- und Dritte-Harmonische-Spannungen (V1, V3) ist. Überdies ist die Phasenspannung (Vph) gleich ( 2 / π)·MI·Vdc, wobei MI der Modulationsindex (MI) ist, und Vdc die DC-Eingabespannung. Der Modulationsindex weist einen Wert zwischen 0 und 1 auf. Den Drehmoment- und Spannungs-Gleichungen (19–23), siehe unten, muss Rechnung getragen werden.
  • In Übereinstimmung mit den offenbarten Ausführungsformen gibt die Drehmoment-zu-Strom-Befehlstabelle Werte eines Dritte-Harmonische-Strominjektionsfaktors und eines Dritte-Harmonische-Stromwinkels (β3) aus, welche eine Minimierung eines Fundamental-Stromwinkels (β1) des Fundamental-Stromvektors zulassen. Wie unten beschrieben wird, lässt dies zu, dass das Verhältnis von Ausgabedrehmoment-zu-Gesamt-RMS-Strom maximiert wird. Mit anderen Worten, für einen bestimmten Wert des Gesamt-RMS-Stromsignals ist die Drehmoment-zu-Strom-Befehlstabelle ausgelegt, um den Dritte-Harmonische-Strominjektionsfaktor und den Dritte-Harmonische-Stromwinkel (β3) anzupassen, während die Phasenspannung auf ihrem Maximalwert gehalten wird, und zwar während des Feld-Abschwächungs-Bereiches, um den Fundamental-Stromwinkel (β1) zu minimieren.
  • Wie detaillierter unten beschrieben wird, maximiert ein Minimieren des Fundamental-Stromwinkels (β1) das Verhältnis von Ausgabedrehmoment-zu-Gesamt-RMS-Phasenstrom (Newtonmeter/Ampere-RMS), während weiterhin der Drehmomentbefehl erzeugt wird, und optimiert daher die Dritte-Harmonische-Strominjektion in der Fünfphasen-Maschine. Somit ist die Drehmoment-zu-Strom-Befehlstabelle ausgelegt, um Werte von β1, β3 und K3 zu erzeugen, welche den Wert für Drehmoment pro Ampere maximieren werden. Daher ist die Drehmoment-zu-Strom-Befehlstabelle aus 3 mit optimalen Kombinationen von Dritte-Harmonische-Strominjektionsfaktor, dem Fundamental-Stromwinkel (β1) sowie dem Dritte-Harmonische-Stromwinkel (β3) für ein entsprechendes Gesamt-RMS-Stromsignal eingerichtet. Ein Minimieren des Wertes des Fundamental-Stromwinkels (β1) des Fundamental-Stromvektors ist behilflich, um eine größtmögliche Spannungsausnutzung sicherzustellen und unterstützt die Bereitstellung für mehr Drehmoment/Leistung, wenn die Dritte-Harmonische-Strominjektion in einer mehrphasigen Maschine verwendet wird. Die durch diese Ausführungsformen bereitgestellten Vorzüge treten umso mehr in Erscheinung, wenn die mehrphasige Maschine in einem Feld-Abschwächungs-Bereich arbeitet. Diese Ausführungsformen sind relativ einfach zu implementieren, zu kalibrieren und zu steuern.
  • Vor Beschreibung der verbleibenden Details aus 3 werden zunächst die Beziehungen zwischen verschiedenen Strömen und Spannungen sowohl für den Fundamental- bzw. Grundzustand als auch den Dritte-Harmonische-Zustand mit Bezug auf Gleichungen (5) bis (23) beschrieben.
  • Sowohl der Fundamental-Strom als auch der Dritte-Harmonische-Strom können als ein Vektor mit einer Größe bzw. Stärke und einem Winkel (β) dargestellt werden. Insbesondere kann der Fundamental-Strom in Vektor-Kennzeichnung als (I1, β1) dargestellt werden, wobei I1 der Spitzen-Fundamental-Strom und β1 der Fundamental-Stromwinkel ist. Der Spitzen-Fundamental-Strom (I1) und der Fundamental-Stromwinkel (β1) können auf Grundlage der Gleichungen (5) und (6) unten berechnet werden, wobei Gleichung (5) außerdem eine Beziehung zwischen dem Fundamental-RMS-Strom (I1rms*) ausdrückt.
  • Figure 00250001
  • Auf Grundlage dieser Beziehungen können das Fundamental-Synchron-Bezugsrahmen-d-Achsen-Stromsignal (Id1*) 142 und das Fundamental-Synchron-Bezugsrahmen-q-Achsen-Stromsignal (Iq1*) 144 folgendermaßen wie in Gleichungen (7) und (8) angedeutet ausgedrückt werden: Id1* = –√2·I1*sin(β1) (7) Iq1* = √2·I1rms*cos(β1) (8)
  • Die Beziehung zwischen dem Fundamental-RMS-Strom (I1rms*) und dem Gesamt-RMS-Phasenstrom (Irmstotal*) kann in Gleichung (9) wie folgt ausgedrückt werden:
    Figure 00260001
    , wobei K3 der Dritte-Harmonische-Strominjektionsfaktor (K3) ist, welcher ein Skalierungsfaktor ist, der das Verhältnis zwischen dem Fundamental-RMS-Strom (I1rms*) und dem Dritte-Harmonische-RMS-Strom (ID3rms*) herstellt, wie unten beschrieben wird.
  • Zusätzlich können die Spitzen-Fundamental-Spannung (V1) und der Fundamental-Spannungswinkel (φ1) auf Grundlage der Gleichungen (10) und (11) unten berechnet werden, wobei Vd1* das Fundamental-d-Achsen-Spannungsbefehlsignal (Vd1*) 172 und Vq1* das Fundamental-q-Achsen-Spannungsbefehlsignal (Vq1*) 174 sind.
  • Figure 00260002
  • Ebenso kann der Dritte-Harmonische-Strom in Vektor-Kennzeichnung als (I3, β3) dargestellt werden, wobei 13 der Spitzen-Dritte-Harmonische-Strom und β3 der Dritte-Harmonische-Stromwinkel ist. Der Spitzen-Dritte-Harmonische-Strom (I3) und der Dritte-Harmonische-Stromwinkel (β3) können auf Grundlage der Gleichungen (12) und (13) unten berechnet werden, wobei Gleichung (12) außerdem eine Beziehung zwischen dem Dritte-Harmonische-RMS-Strom (I3rms*) und den Spitzen-Dritte-Harmonische-Strom (I3) ausdrückt.
  • Figure 00270001
  • Auf Grundlage dieser Beziehungen kann das Dritte-Harmonische-Synchron-Bezugsrahmen-d-Achsen-Stromsignal (Id3*) 143 und das Dritte-Harmonische-Synchron-Bezugsrahmen-q-Achsen-Stromsignal (Iq3*) 145 folgendermaßen wie in Gleichungen (14) und (15) angedeutet ausgedrückt werden: Id3* = –√2·I3rms*sin(β3) (14) Iq3* = √2·I3rms*cos(β3) (15).
  • Die Beziehung zwischen dem Dritte-Harmonische-RMS-Strom (I3rms*) und dem Gesamt-RMS-Phasenstrom (Irmstotal*) kann in Gleichung (16) wie folgt ausgedrückt werden:
    Figure 00280001
  • Zusätzlich können die Spitzen-Dritte-Harmonische-Spannung (V3) und der Dritte-Harmonische-Spannungswinkel (φ3) auf Grundlage der Gleichungen (17) und (18) unten berechnet werden, wobei Vd3* das Dritte-Harmonische-d-Achsen-Spannungsbefehlsignal (Vd3*) 173 und Vq3* das Dritte-Harmonische-q-Achsen-Spannungsbefehlsignal (Vq3*) 175 sind.
  • Figure 00280002
  • Zusätzlich kann auf Grundlage von Gleichung (19) unten ein Drehmoment berechnet werden. Drehmoment = T1 + T2 – T3, wobei T1 = 5 / 2 [Ψf1Iq1* +(Ld1 – Lq1)Id1*Iq1*] T2 = 15 / 2 [Ψf3Iq3 * + (Ld3 – Lq3)Id3*Iq3*] T3 = 5L13(Id3*Iq1* – Iq3*Id1*) (19) , wobei Ld1, Lq1, Ld3, Lq3, L13 die Fundamental-d-Achsen-Induktivität (Ld1), Fundamental-q-Achsen-Induktivität (Lq1), Dritte-Harmonische-d-Achsen-Induktivität (Ld3), Dritte-Harmonische-q-Achsen-Induktivität (Lq3), wechselseitige Induktivität (L13) sind, wobei Ψf1, Ψf3 die Fundamental-Fluss-Verbindungskonstante (Ψf1) und die Dritte-Harmonische-Fluss-Verbindungskonstante (Ψf3) sind.
  • Spannungen (Vd1*, Vq1*, Vd3*, Vq3*) 172, 174, 173, 175 können unter Verwendung von Gleichungen (20) bis (23) jeweils wie folgt berechnet werden. Vd1* = –ωrΨsq1 = –ωr(Lq1Iq1* + L13Iq3*) (20) Vq1* = ωrΨsd1 = ωr(Ld1Id1* + L13Id3* + Ψf1) (21) Vd3* = 3ωrΨqs3 = –3ωr(Lq3Iq3* + L31Iq1*) (22) Vq3* = 3ωrΨds3 = 3ωr(Ld3Id3* + L31Id1* + Ψf 3) (23) , wobei Ψsq1, Ψsd3, Ψgs3, Ψds3 jeweils die Fundamental-q-Achsen-Flussverbindung (Ψsq1), die Dritte-Harmonische-d-Achsen-Flussverbindung (Ψsd3), die Dritte-Harmonische-q-Achsen-Flussverbindung (Ψgs3), und die Dritte-Harmonische-d-Achsen-Flussverbindung (Ψds3) sind.
  • Es werden nun die verbleibenden Details in 3 erläutert. Das erste Stromumwandlungsmodul 320 empfängt das Gesamt-RMS-Stromsignal, den Dritte-Harmonische-Strominjektionsfaktor, den Fundamental-Stromwinkel (β1) und den Dritte-Harmonische-Stromwinkel (β3). Das erste Strom-Umwandlungsmodul 320 wandelt das Gesamt-RMS-Stromsignal und den Dritte-Harmonische-Strominjektionsfaktor in ein Dritte-Harmonische-RMS-Stromsignal (I3rms*) 324 und ein Fundamental-RMS-Stromsignal (I1rms*) unter Verwendung von Gleichungen (24) und (25) unten um.
  • Figure 00300001
  • Das zweite Strom-Umwandlungsmodul 320 empfangt das Fundamental-RMS-Stromsignal (I1rms*), das Dritte-Harmonische-RMS-Stromsignal (I3rms*) 324, den Fundamental-Strom-Winkel (β1) sowie den Dritte-Harmonische-Stromwinkel (β3) und wandelt diese Eingaben in ein Fundamental-d-Achsen-Strombefehlsignal (Id1*) 142, ein Dritte-Harmonische-d-Achsen-Strombefehlsignal (Id3*) 143, ein Fundamental-q-Achsen-Strombefehlsignal (Iq1*) 144 und ein Dritte-Harmonische-q-Achsen-Strombefehlsignal (Iq3*) 145 unter Verwendung von Gleichungen (7), (8), (14) und (15) wie oben beschrieben um. Id1* = –√2·I1rms*·sin(β1) (7) Iq1* = √2·I1rms*·cos(β1) (8) Id3* = –√2·I3rms*·sin(β3) (14) Iq3* = √2·I3rms*·cos(β3) (15)
  • Das Synchronrahmen-Stromreglermodul 170 umfasst Synchron-Stromreglermodule 170a–170e, welche verwendet werden, um entsprechende Strombefehlsignale 142–146 in Spannungsbefehlsignale 172–176 umzuwandeln. In einer Ausführungsform weist jedes Stromreglermodul 170 eine Proportional-Integral(PI)-Steuerung auf, welche eine Summier-Schnittstelle und ein Proportional-Integral(PI)-Steuerungsmodul umfasst, welche verwendet werden, um Eingabestrom in -Spannung umzu wandeln.
  • Eine Summier-Schnittstelle subtrahiert das Fundamental-Synchron-Bezugsrahmen-d-Achsen-Stromsignal (Id1) 132 von dem Fundamental-d-Achsen-Strombefehlsignal (Id1*) 142, um ein Fundamental-d-Achsen-Stromfehlersignal (Id1error) 171a zu erzeugen, welches dann für das PI-Steuerungsmodul bereitgestellt wird. Auf Grundlage des Fundamental-d-Achsen-Stromfehlersignal (Id3error) 171c erzeugt das PI-Steuerungsmodul ein Dritte-Harmonische-d-Achsen-Spannungsbefehlsignal (Vd3*) 173.
  • Eine weitere Summier-Schnittstelle subtrahiert das Fundamental-Synchron-Bezugsrahmen-q-Achsen-Stromsignal (IQ1) 134 von dem Fundamental-q-Achsen-Strombefehlsignal (IQ1*) 144, um ein Fundamental-q-Achsen-Stromfehlersignal (IQ1error) 171b zu erzeugen, welches dann dem PI-Steuerungsmodul bereitgestellt wird. Auf Grundlage des Fundamental-q-Achsen-Stromfehlersignals (Iq1error) 171b erzeugt das PI-Steuerungsmodul ein Fundamental-q-Achsen-Spannungsbefehlsignal (Vq1*) 174.
  • Eine weitere Summier-Schnittstelle subtrahiert das Dritte-Harmonische-Synchron-Bezugsrahmen-q-Achsen-Stromsignal (Iq3) 135 von dem Dritte-Harmonische-q-Achsen-Strombefehlsignal (Iq3*) 145, um ein Dritte-Harmonische-q-Achsen-Stromfehlersignal (Iq3error) 171d zu erzeugen, welches dann dem PI-Steuerungsmodul bereitgestellt wird. Auf Grundlage des Dritte-Harmonische-q-Achsen-Stromfehlersignal (Iq3error) 171d erzeugt das PI-Steuerungsmodul ein Dritte-Harmonische-q-Achsen-Spannungsbefehlsignal (Vq3*) 175.
  • Die Spannungsbefehlsignale 172–176 werden dann Modul 102 bereitgestellt, wo die Verarbeitung der Spannungsbefehlsignale 172–175 wie oben beschrieben fortfährt.
  • Wie mit Bezug auf 4–6B unten erläutert werden wird, erzeugt ein Minimieren des Wertes des Fundamental-Stromwinkels (β1) bessere Ergebnisse als lediglich ein Erhöhen der Stärke des Fundamental-Stromvektors. Die Erfinder haben beobachtet, dass, wenn eine Dritte-Harmonische-Strominjektion in einer mehrphasigen Maschine implementiert ist, die Funktion, welche Ausgabedrehmoment-gegenüber-Gesamt-RMS-Phasenstrom charakterisiert, empfindlicher gegenüber Änderungen in dem Winkel (β1) des Fundamental-Stromvektors ist als gegenüber Änderungen in der Stärke des Fundamental-Stromvektors, und daher einfacher durch Optimieren des Winkels (β1) (im Gegensatz zu Minimieren der Stärke des Fundamental-Stromvektors) maximiert werden kann. Als eine Alternative zum einfachen Herabsetzen/Minimieren der Stärke eines Fundamental-Stromvektors wird der Fundamental-Stromwinkel (β1) des Fundamental-Stromvektors minimiert, um das Verhältnis von Drehmoment-zu-Gesamt-RMS-Phasenstrom (Irmstotal) zu erhöhen und eine Spannungsausnutzung in dem mehrphasigen System zu maximieren.
  • Wie ebenfalls mit Bezug auf 4–6B unten erläutert werden wird, ist das Ausgabedrehmoment eine Funktion des Gesamt-RMS-Phasenstroms. Jedoch ist das Verhältnis von Ausgabedrehmoment-zu-Gesamt-RMS-Phasenstrom als Funktion des Strom-Vektor-Winkels (β1) eine nicht-lineare Funktion, welche in hohem Maße von der Auslegung der Maschine abhängig ist. Für eine optimale Leistung gibt es einen entsprechenden Fundamental-Strom-Vektor-Winkel (β1), welcher das Verhältnis von Ausgabedrehmoment-zu-Gesamt-RMS-Phasenstrom maximiert.
  • In einer Ausführungsform löst die Drehmoment-zu-Strom-Befehlstabelle einen Satz von Gleichungen auf (Drehmoment- und Spannungs-Gleichungen (19) bis (23), wie oben beschrieben).
  • In einigen Fällen ist es unpraktisch, diese komplexen Gleichungen in Echtzeit zu lösen, weshalb stattdessen eine Look-up-Tabelle verwendet wird, welche Maschinenparameter charakterisiert, um die Werte für den Dritte-Harmonische-Strominjektionsfaktor, den Dritte-Harmonische-Stromwinkel (β3) (und weitere Maschinen und/oder Steuerungs-Parameter) zu berechnen, was den Fundamental-Stromwinkel (β1) für eine entsprechende Kombination aus Drehmomentbefehl, Winkelgeschwindigkeit (ωr) des Rotors/Welle, der DC-Eingabespannung und des Gesamt-RMS-Stromsignals (Irmstotal) minimiert, und folglich den Wert für Drehmoment/Ampere maximiert. Daher ist in einer weiteren Ausführungsform die Drehmoment-zu-Strombefehltabelle empirisch entwickelt und mit Bezug auf eine tatsächliche fünfphasige Maschine getestet. Für eine bestimmte fünfphasige. Maschine können Betriebseigenschaften während des Betriebes/Testens gemessen werden, um einen minimalen Fundamental-Strom-Vektor-Winkel (β1) für jede Kombination aus Drehmomentbefehl, Winkelgeschwindigkeit (ωr) sowie DC-Eingabespannung zu bestimmen, was das Verhältnis von Drehmoment pro Gesamt-RMS-Strom erhöht. Auf Grundlage der gemessenen Ergebnisse kann die Drehmoment-zu-Strom-Befehlstabelle dann mit Werten für den Dritte-Harmonische-Injektionsfaktor und den Dritte-Harmonische-Stromwinkel (β3) belegt werden, was den Fundamental-Strom-Winkel (β1) für jede bestimmte Kombination aus Drehmomentbefehl, Winkelgeschwindigkeit (ΩR) des Rotors/Welle, der DC-Eingabespannung und des Gesamt-RMS-Stromsignals (Irmstotal) minimiert, und somit den Wert für Drehmoment-/Ampere maximiert.
  • 4 ist eine Kurve, welche drei mögliche Fundamental-Stromvektoren 401–403 mit Bezug auf konstante Drehmomentlinien (T1, T2) 410, 420 darstellt. Aus Gründen der Klarheit und Einfachheit sind lediglich Fundamental-Stromvektoren 401–403 in 4 dargestellt, wobei entsprechende Dritte-Harmonische-Stromvektoren nicht dargestellt sind. Jeder Fundamental-Stromvektor weist eine Stärke auf, welche durch seine Länge und einen Winkel (β) definiert ist. Die Stärke jedes Fundamental-Stromvektors 401–403 wird durch Gleichung (5) (siehe oben) bestimmt, wobei Id1* das Fundamental-d-Achsen-Strombefehlsignal (Id1*) 142 ist, welches idealer Weise gleich dem Fundamental-Synchron-Bezugsrahmen-d-Achsen-Stromsignal (Id1) 132 ist, und wobei Iq1* das Fundamental-q-Achsen-Strombefehlsignal (Iq1*) 144 ist, welches idealer Weise gleich dem Fundamental-Synchron-Bezugsrahmen-q-Achsen-Stromsignal (Iq1) 134 ist. Die Fundamental-Stromvektoren 402 und 403 weisen jeweils einen Winkel (β1') auf, wohingegen der Fundamental-Stromvektor 401 einen kleineren Winkel β aufweist.
  • Jeder Fundamental-Stromvektor 401–403 berührt eine konstante Drehmomentkurve 410, 420. In diesem Beispiel sind die konstanten Drehmomentkurven 410, 420 eine. Ansammlung von Punkten, wo die fünfphasige Maschine jeweils einen bestimmten Drehmomentwert T1, T2 erzeugen wird. Insbesondere entsprechen jeweils Fundamental-Stromvektoren 401 und 402 einem Drehmoment T1 (zum Beispiel weist jeder eine Kombination von Stärke und Winkel auf, so dass sie sie bei der konstanten Drehmomentlinie (T1) 410 berührt und dort endet. Im Gegensatz dazu weist Fundamental-Stromvektor 403 ein geringeres Drehmoment (T2) auf (zum Beispiel weist er eine Kombination von Stärke und Winkel auf, so dass sie sie bei der konstanten Drehmomentlinie (T2) 420) berührt und dort endet.
  • Tabelle 1 vergleicht relative Stärke bzw. Größe, relativen Winkel (β) sowie relatives Drehmoment der drei Fundamental-Stromvektoren 401–403. Wie in Tabelle 1 dargestellt ist, soll in 4 gezeigt sein, dass die Vektoren 401 und 403 die gleiche Stärke, jedoch unterschiedliche Winkel aufweisen, wohingegen Vektoren 402 und 403 unterschiedliche Stärken, jedoch gleiche Winkel aufweisen.
    Vektor Relative Fundamental-Strom-Stärke Relativer Fundamental-Stromwinkel (β) Relatives Drehmoment
    401 klein β1 (klein) T1 (größer)
    402 größer B1' (größer) T1 (größer)
    403 klein B1' (größer) T2 (klein)
    Tabelle 1
  • Von den drei Fundamental-Stromvektoren 401, 402, 403 weist der Fundamental-Stromvektor 401 den besten Wert für Drehmoment (Newtonmeter)/RMS-Strom (Ampere) auf.
  • Weiterhin kann ein gegebenes Drehmoment (T1) unter Verwendung verschiedener Kombinationen von Stärken und Winkeln erzielt werden. Beispielsweise resultieren Fundamental-Stromvektoren 401, 402 beide im Drehmoment T1, obwohl Fundamental-Stromvektor 401 eine kleinere Stärke aufweist, da er auch einen kleineren Winkel aufweist. Mit anderen Worten, der Fundamental-Stromvektor 401 und der Fundamental-Stromvektor 402 erzeugen dasselbe Drehmoment (T1), wobei Fundamental-Stromvektor 401 dies unter Verwendung einer kleineren RMS-Stromstärke und kleinerem Winkel (β) erreicht.
  • Im Gegensatz dazu weisen der Fundamental-Stromvektor 401 und der Fundamental-Stromvektor 403 beide eine relativ kleine RMS-Stromstärke auf, jedoch führt Fundamental-Stromvektor 401 zu einem höheren Drehmoment (T1), da es einen kleineren Winkel (β1) aufweist.
  • Die Fundamental-Stromvektoren 402, 403 weisen den gleichen Winkel auf, wobei allerdings Fundamental-Stromvektor 402 eine größere Stärke und daher ein größeres Drehmoment aufweist (T1 > T2).
  • Somit lässt ein Absenken des Fundamental-Stromwinkels (β) von β1' zu β1 noch ein relativ hohes Drehmoment (T1) zu, obwohl die RMS-Stromstärke kleiner ist, und wird das Verhältnis Drehmoment/Ampere erhöhen. Wie unten mit Bezug auf 5A–6B erläutert werden wird, um ein vorgegebenes befohlenes Drehmoment zu erreichen, ist ein Absenken des Wertes des Fundamental-Stromwinkels (β) eine bessere Wahl als Erhöhen der Stärke des RMS-Stromes, da es zu höheren Drehmoment/Ampere führen wird.
  • 5 ist eine Kurve aus Drehmoment pro Ampere (Newtonmeter/Ampere RMS) gegenüber Gesamt-RMS-Stromstärke (Ampere RMS) eines bestimmten Phasenstromes. Der bestimmte Phasenstrom kann ein beliebiger der Phasenströme Ia...Ie 122–126 sein, da diese idealer Weise alle den gleichen RMS-Strom in einem ausgeglichenen System aufweisen werden. Insbesondere zeigt 5A vier mit durchgezogener Linie dargestellte Auftragungen 510–540 des entsprechenden Phasenstromes mit Dritte-Harmonische-Strom, welcher injiziert wird, und vier mit gestrichelter Linie dargestellte Auftragungen 550–580 des entsprechenden Phasenstromes ohne injiziertem Dritte-Harmonische-Strom. Die Auftragungen in 5A wurden mit dem Dritte-Harmonische-Stromwinkel (β3) zu 115° erzeugt, wobei der Fundamental-Stromwinkel (β1) von 60° abgesenkt wurde, bis die maximale erreichbare Phasenspannung erreicht wurde. Die mit durchgezogener Linie dargestellte Auftragung 510 des entsprechenden Phasenstromes wurde durch Injizieren eines Dritte-Harmonische-Stromes mit einem Wert erzeugt, welcher 10% des Fundamental-RMS-Phasenstromes beträgt (das heißt ein 10%-Injektionsfaktor). Die mit durchgezogener Linie dargestellte Auftragung 520 des entsprechenden Phasenstromes wurde durch Injizieren eines Dritte-Harmonische-Stromes mit einem Wert erzeugt, welcher 20% des Fundamental-RMS-Stromes beträgt (das heißt ein 20%-Injektionsfaktor). Die mit durchgezogener Linie dargestellte Auftragung 530 des entsprechenden Phasenstromes wurde durch Injizieren eines Dritte-Harmonische-Stromes mit einem Wert erzeugt, welcher 30% des Fundamental-RMS-Stromes beträgt (das heißt ein 30%-Injektionsfaktor). Die mit durchgezogener Linie dargestellte Auftragung 540 des entsprechenden Phasenstromes wurde durch Injizieren eines Dritte-Harmonische-Stroms mit einem Wert erzeugt, welcher 40% des Fundamental-RMS-Stroms beträgt (das heißt ein 40%-Injektionsfaktor).
  • 6A ist eine Kurve aus Drehmoment pro Ampere (Newtonmeter/Ampere RMS) gegenüber Gesamt-RMS-Stromstärke (Ampere RMS) eines entsprechenden Phasenstromes. 6A zeigt vier mit durchgezogener Linie dargestellte Auftragungen 610–640 des entsprechenden Phasenstromes mit injiziertem Dritte-Harmonische-Strom und vier mit gestrichelten Linien dargestellte Auftragungen 650–680 des entsprechenden Phasenstromes ohne injiziertem Dritte-Harmonische-Strom. Die Auftragungen in 6A wurden mit dem zu 60% gesetzten Fundamental-Stromwinkel (β1) erzeugt, wobei der Dritte-Harmonische-Stromwinkel (β3) zu 115° gesetzt war. Im Gegensatz zu 5A wurde der Fundamental-Stromwinkel (β1) in 6A konstant gehalten, während der Fundamental-Phasenstrom erhöht wurde bis die maximal erreichbare Phasenspannung erreicht wurde. Ein Vergleich der Drehmoment pro Ampere(Newtonmeter/Ampere RMS)-Werte von jeder der Auftragungen 510–540 in 5A mit denen von Auftragungen 610–640 in 6A (das heißt, wenn der Dritte-Harmonische-Strom injiziert ist) zeigt deutlich, dass der Drehmoment pro Ampere-Wert ansteigt, wenn der Fundamental-Stromwinkel (β1) abgesenkt ist und andere Parameter gleich bleiben.
  • 5B ist eine Kurve aus Drehmoment pro Ampere (Newtonmeter/Ampere RMS) gegenüber Gesamt-RMS-Stromstärke (Ampere RMS) eines entsprechenden Phasenstroms. Insbesondere zeigt 5B vier mit durchgezogener Linie dargestellte Auftragungen 510''–540'' des entsprechenden Phasenstroms mit injiziertem Dritte-Harmonische-Strom und vier mit gestrichelter Linie dargestellte Auftragungen 550'' bis 580'' des entsprechenden Phasenstroms ohne injiziertem Dritte-Harmonische-Strom. Alle Auftragungen in 5B wurden mit dem zu 115° gesetzten Dritte-Harmonische-Stromwinkel (β3) erzeugt, wobei der Fundamental-Stromwinkel (β1) von 80° abgesenkt wurde, bis die maximal erreichbare Phasenspannung erreicht wurde. Die mit durchgezogener Linie dargestellte Auftragung 510'' des entsprechenden Phasenstromes wurde durch Injizieren eines Dritte-Harmonische-Stromes mit einem Wert erzeugt, welcher 10% des Fundamental-RMS-Stromes beträgt. Die mit durchgezogener Linie dargestellte Auftragung 520'' des entsprechenden Phasenstromes wurde durch Injizieren eines Dritte-Harmonische-Stromes mit einem Wert erzeugt, welcher 20% des Fundamental-RMS-Stromes beträgt. Die mit durchgezogener Linie dargestellte Auftragung 530'' des entsprechenden Phasenstromes wurde durch Injizieren eines Dritte-Harmonische-Stromes mit einem Wert erzeugt, welcher 30% des Fundamental-RMS-Stromes beträgt. Die mit durchgezogener Linie dargestellte Auftragung 540'' des entsprechenden Phasenstromes wurde durch Injizieren eines Dritte-Harmonische-Stromes mit einem Wert erzeugt, welcher 40% des Fundamental-RMS-Stromes beträgt. Im Vergleich zu Auftragungen 510''–540'' aus 5B wurden die Auftragungen 610''–640'' aus 6B erzeugt, wenn die Stärke des RMS-Phasenstromes erhöht wurde, bis die maximal erreichbare Phasenspannung erreicht wurde, während der Fundamental-Stromwinkel (β1) konstant gehalten wurde. Die Drehmoment. pro Ampere(Newtonmeter/Ampere RMS)-Werte in 6B sind bedeutend geringer als die in 5B dargestellten. Daher hat ein Erhöhen der Stärke des RMS-Stromes einen negativen Effekt auf die Drehmoment pro Ampere(Newtonmeter/Ampere RMS)-Werte. 5B zeigt deutlich, dass ein Absenken des Fundamental-Strom-Winkels (β1) in bedeutender Weise den Wert von Drehmoment pro Ampere (Newtonmeter/Ampere RMS) im Vergleich zu einem Absenken des RMS-Stromes verbessert, während die Maschine bei der maximal erreichbaren Phasenspannung arbeitet (Feld-Abschwächungs-Bereich).
  • Tabelle 2 unten fasst die in 5A–6B dargestellten Ergebnisse mit Bezug auf Auftragungen 510, 510'', 610 und 610'' zusammen, wenn der RMS-Phasenstrom gleich 150 Ampere ist und der Dritte-Harmonische-Strom bei einem Injektionsfaktor gleich 10% des Fundamental-Stromes injiziert ist und wenn der Dritte-Harmonische-Stromwinkel (β3) gleich 115° beträgt.
    Figur Phasen-Strom-Auftragung Fundamental-Stromwinkel (β1) Relative Phasen-Stromstärke Ungefähre Drehmo-ment/RMS-Strom-Ampere (Newtonmeters/Ampere)
    5A 510 < 60° Gering 1.17
    6A 610 60° Hoch 1.13
    5B 510'' < 80° Gering 0.54
    6B 610'' 80° Hoch 0.41
  • Wenn daher eine Dritte-Harmonische-Strominjektion implementiert ist, ist die Ausgabedrehmoment-gegenüber-Gesamt-RMS-Phasenstrom-Funktion emfindlicher auf Änderungen im Winkel (β1) des Fundamental-Stromvektors als auf Änderungen in der Stärke des Fundamental-Stromvektors. Somit kann Ausgabedrehmoment-gegenüber-Gesatm-RMS-Phasenstrom leichter durch Optimieren des Winkels (β1) maximiert werden (im Gegensatz zu einem Maximieren der Stärke des Fundamental-Stromvektors), während die maximal erreichbare Phasenspannung im Feld-Abschwächungsbereich verwendet wird. Dementsprechend wird in den offenbarten Ausführungsformen der Fundamental-Stromwinkel (β1) des Fundamental-Stromvektors minimiert, um das Verhältnis von Drehmoment-zu-Gesamt-RMS-Phasenstrom (Irmstotal) zu erhöhen und eine Spannungsausnutzung in dem mehrphasigen System zu maximieren.
  • Der Fachmann wird weiter bevorzugen, dass die verschiedenen darstellenden logischen Blöcke, Module, Schaltkreise und Algorithmusschritte, welche hierin in Verbindung mit den Ausführungsformen offenbart sind, als elektronische Hardware, Computer-Software oder Kombination aus beiden implementiert werden können. Einige der Ausführungsformen und Implementierungen sind oben im Sinne von funktionalen und/oder logischen Blockkomponenten (oder Modulen) und verschiedenen Verfahrensschritten beschrieben. Es wird jedoch bevorzugt, dass solche Blockkomponenten (oder Module) durch eine beliebige Anzahl von Hardware-, Software- und/oder Firmware-Komponenten ausgeführt sein können, welche eingerichtet sind, um die spezifizierten Funktionen auszuführen. Um die Austauschbarkeit von Hardware und Software deutlich darzustellen, wurden verschiedene darstellende Komponenten, Blöcke, Module, Schaltkreise und Schritte oben allgemein im Sinne ihrer Funktionalität beschrieben. Ob eine solche Funktionalität als Hardware oder Software implementiert ist, hängt von den entsprechenden dem Gesamtsystem auferlegten Anwendungs- und Design-Bedingungen ab. Der Fachmann kann die beschriebene Funktionalität auf verschiedene Weisen für jede entsprechende Anwendung implementieren, jedoch sollten solche Implementierungs-Entscheidungen nicht als ein Verlassen des Umfangs der vorliegenden Erfindung interpretiert werden. Beispielsweise kann eine Ausführungsform eines Systems oder einer Komponente verschiedene integrierte Schaltkreiskomponenten umfassen, zum Beispiel Speicherelemente, Digital-Signal-Verarbeitungselemente, Logik-Elemente, Look-up-Tabellen oder dergleichen, welche eine Vielzahl von Funktionen unter der Steuerung eines oder mehrerer Mikroprozessoren oder anderer Steuerungseinrichtungen ausführen können. Zusätzlich wird der Fachmann bevorzugen, dass hierin beschriebene Ausführungsformen lediglich beispielhafte Implementierungen sind.
  • Die verschiedenen in Verbindung mit den hierin offenbarten Ausführungsformen beschriebenen darstellenden logischen Blöcke, Module und Schaltkreise können implementiert oder ausgestattet sein mit einem herkömmlichen Prozessor, einem Digital-Signal-Prozessor (DSP), einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), einem Feldprogrammierbaren Gate-Array (FPGA) oder einer anderen programmierbaren Logik-Einheit, diskreter Gate- oder Transistor-Logik, diskreten Hardware-Komponenten oder einer beliebige Kombination davon, welche eingerichtet sind, um die hierin beschriebenen Funktionen auszuführen. Ein herkömmlicher Prozessor kann ein Mikroprozessor sein, jedoch kann der Prozessor alternativ ein beliebiger konventioneller Prozessor, Steuerung, Mikrocontroller oder Zustandsmaschine sein. Ein Prozessor kann ebenso als eine Kombination von Berechnungs-Einrichtungen ausgelegt sein, zum. Beispiel eine Kombination eines DSP- und eines Mikroprozessors, einer Mehrzahl von Mikroprozessoren, ein oder mehrere Mikroprozessoren in Verbindung mit einem DSP-Kern oder irgendeiner anderen einer solchen Konfiguration. Das Wort „beispielhaft” wird ausschließlich hierin im Sinne von „als ein Beispiel, Umstand oder eine Darstellung dienend” verwendet. Jede hierin als „beispielhaft” beschriebene Ausführungsform soll nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Ausführungsformen verstanden werden.
  • Die in Verbindung mit den hierin offenbarten Ausführungsformen beschriebenen Schritte eines Verfahrens oder Algorithmusses können direkt in einer Hardware, in einem durch einen Prozessor ausgeführten Software-Modul oder in einer Kombination von beiden verkörpert sein. Ein Software-Modul kann in einem RAM-Speicher, Flash-Speicher, ROM-Speicher, EPROM-Speicher, EEPROM-Speicher, Register, Festplatte, einer externen Festplatte, einer CD-ROM oder irgendeinem anderen im Stand der Technik bekannten Speichermedium enthalten sein. Ein beispielhaftes Speichermedium ist mit dem Prozessor derart gekoppelt, dass der Prozessor Information auf bzw. von dem Speichermedium lesen bzw. schreiben kann. Alternativ kann das Speichermedium integral mit dem Prozessor ausgeführt sein. Der Prozessor und das Speichermedium können in einem ASIC enthalten sein. Der ASIC kann in einer Nutzerschnittstelle enthalten sein. Alternativ können der Prozessor und das Speichermedium als diskrete Komponenten in einer Nutzerschnittstelle enthalten sein.
  • In diesem Dokument sollen einen Bezug anzeigende Ausdrücke, wie zum Beispiel erster und zweiter und dergleichen, lediglich zur Unterscheidung einer Einheit oder Aktion von einer anderen Einheit oder Aktion gebraucht werden, ohne notwendiger Weise eine tatsächliche Beziehung oder Reihenfolge zwischen diesen Einheiten oder Aktionen zu erfordern oder zu implizieren. Numerische Begriffe, wie zum Beispiel „erster”, „zweiter”, „dritter” usw. bezeichnen lediglich verschiedene Elemente einer Mehrzahl und implizieren keine Reihenfolge oder Sequenz, es sei denn, dass es durch die Wortwahl der Ansprüche besonders definiert ist. Die Reihenfolge des Textes in irgendeinem der Ansprüche impliziert nicht, dass Verfahrensschritte in einer zeitlichen oder logischen Abfolge gemäß einer solchen Sequenz ausgeführt werden müssen, es sei denn, es wird durch die Wortwahl des Anspruchs besonders definiert. Die Verfahrensschritte können in einer beliebigen Reihenfolge ausgetauscht werden, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen, solange ein solcher Austausch der Wortwahl des Anspruchs nicht widerspricht und in logischer Weise nicht in sich widersinnig ist.
  • Weiterhin implizieren, in Abhängigkeit vom Zusammenhang; Wörter wie zum Beispiel „Verbinden” oder „gekoppelt mit”, welche zur Beschreibung einer Beziehung zwischen verschiedenen Elementen verwendet werden, nicht, dass eine direkte physische Verbindung zwischen diesen Elementen hergestellt sein muss. Beispielsweise können zwei Elemente miteinander physisch, elektronisch, logisch oder in einer beliebigen anderen Weise durch ein oder mehrere zusätzliche Elemente verbunden sein.
  • Während wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform in der vorangegangenen detaillierten Beschreibung dargestellt wurde, wird darauf hingewiesen, dass eine große Anzahl von Variationen besteht. Es wird außerdem bevorzugt, dass die beispielhafte Ausführungsform oder beispielhaften Ausführungsformen lediglich Beispiele sind, und nicht den Umfang, Anwendbarkeit oder Konfiguration der Erfindung in irgendeiner Weise beschränken sollen. Vielmehr gibt die vorangegangene detaillierte Beschreibung dem Fachmann eine praktische Anleitung zur Ausführung der beispielhaften Ausführungsform oder beispielhaften Ausführungsformen an die Hand. Es wird davon ausgegangen, dass verschiedene Änderungen in der Funktion und Anordnung der Elemente gemacht werden können, ohne den Umfang der Erfindung wie in den beigefügten Ansprüchen und der rechtlichen Äquivalente davon definiert zu verlassen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 26-0743123 [0001]

Claims (30)

  1. Verfahren zum Verbessern der Spannungsausnutzung in einem fünfphasigen Vektor-gesteuerten Maschinenantriebssystem, welches eine Dritte-Harmonische Strominjektion verwendet, um Drehmoment- und Leistungsabgabe von einer fünfphasigen Maschine mit einem Rotor zu erhöhen, welcher bei einer variablen Winkelgeschwindigkeit rotiert, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen einer Kombination von Eingänge umfassend einen Drehmomentbefehl, Winkelgeschwindigkeit des Rotors und einer DC-Eingangsspannung; und Erzeugen, auf Grundlage der Kombination der Eingänge, eines optimierten Fundamental-Stromwinkels eines Fundamental-Stromvektors.
  2. Verfahren nach Ausführungsform 1, wobei der Schritt des Erzeugens, auf Grundlage der Kombination von Eingängen, eines optimierten Fundamental-Stromwinkels eines Fundamental-Stromvektors weiterhin umfasst: Erzeugen, auf Grundlage der Kombination von Eingängen: eines ersten Wertes für einen Gesamt-Effektivwert(RMS)-Strom entsprechend der Kombination von Eingängen; eines zweiten Wertes für einen Dritte-Harmonische-Strominjektionsfaktor; eines dritten Wertes für einen Dritte-Harmonische-Stromwinkel; und eines vierten Wertes des Fundamental-Stromwinkels, wobei der zweite Wert und der dritte Wert ausgelegt sind, um den vierten Wert des Fundamental-Stromwinkels zu optimieren.
  3. Verfahren nach Ausführungsform 2, wobei der erste Wert für den Gesamt-Effektivwert-Strom einen bestimmten Drehmoment-/Geschwindigkeits- und DC-Eingangsspannungs-Betriebspunkt entspricht, welcher auf Grundlage der Kombination von Eingängen definiert ist.
  4. Verfahren nach Ausführungsform 3, wobei der zweite Wert und der dritte Wert ausgelegt sind, um den vierten Wert zu optimieren, um einen Wert eines Verhältnisses von Drehmoment-zu-Gesamt-Effektivwert-Phasenstrom zu erhöhen.
  5. Verfahren nach Ausführungsform 4, wobei der zweite Wert, der dritte Wert und der vierte Wert ausgelegt sind, den Wert des Verhältnisses von Ausgabedrehmoment-zu-Gesamt-Effektivwert-Phasenstrom bei dem ersten Wert des Gesamt-Effektivwert-Stromes zu erhöhen, um eine Phasenspannungsausnutzung durch die fünfphasige Maschine zu verbessern.
  6. Verfahren nach Ausführungsform 2, wobei der Schritt des Erzeugens weiterhin umfasst: Erzeugen eines Dritte-Harmonische-Effektivwert-Stromsignals und eines Fundamental-Effektivwert-Stromsignals auf Grundlage des Gesamt-Effektivwert-Stromes und des Dritte-Harmonische-Strominjektionsfaktors; und auf Grundlage des Fundamental-Effektivwert-Stromsignals, des Dritte-Harmonische-Effektivwert-Stromsignals, des Fundamental-Stromwinkels und des Dritte-Harmonische-Stromwinkels, Erzeugen einer Mehrzahl von Synchron-Bezugsrahmen-Strombefehlsignalen, umfassend: Fundamental-Synchron-Bezugsrahmen-Strombefehlssignale und Dritte-Harmonische-Synchron-Bezugsrahmen-Strombefehlssignale.
  7. Fünfphasiges System, umfassend: eine fünfphasige Maschine mit einem Rotor, welcher bei einer variablen Winkelgeschwindigkeit rotiert; und ein Drehmoment-zu-Strom-Abbildungsmodul, welches ausgelegt ist: eine Kombination von Eingängen umfassend einen Drehmomentbefehl, eine Winkelgeschwindigkeit des Rotors und eine DC-Eingangsspannung zu empfangen; auf Grundlage der Kombination von Eingängen einen optimierten Fundamental-Stromwinkel eines Fundamental-Stromvektors zu erzeugen; und auf Grundlage des optimierten Fundamental-Stromwinkels eine Mehrzahl von Synchron-Bezugsrahmen-Strombefehlssignalen zu erzeugen, umfassend: Fundamental-Synchron-Bezugsrahmen-Strombefehlssignale.
  8. Fünfphasiges System nach Ausführungsform 7, wobei das Drehmoment-zu-Strom-Abbildungsmodul umfasst: eine Drehmoment-zu-Strombefehl-Tabelle, welche ausgelegt ist, um in Antwort auf die Kombination von Eingängen zu erzeugen: einen ersten Wert für einen Gesamt-Effektivwert(RMS)-Strom entsprechend der Kombination von Eingängen; einen zweiten Wert für einen Dritte-Harmonische-Strominjektionsfaktor; einen dritten Wert für einen Dritte-Harmonische-Stromwinkel; und einen vierten Wert des Fundamental-Stromwinkels, wobei der zweite Wert und der dritte Wert ausgelegt sind, den vierten Wert des Fundamental-Stromwinkels zu optimieren.
  9. Fünfphasiges System nach Ausführungsform 8, wobei der erste Wert für den Gesamt-RMS-Strom einem bestimmten Drehmoment-/Geschwindigkeits- und DC-Eingangsspannung-Arbeitspunkt entspricht, welcher auf Grundlage der Kombination der Eingänge definiert ist.
  10. Fünfphasiges System nach Ausführungsform 9, wobei der zweite Wert und der dritte Wert ausgelegt sind, um den vierten Wert zu optimieren, um einen Wert eines Verhältnisses von Drehmoment-zu-Gesamt-RMS-Phasenstrom zu erhöhen.
  11. Fünfphasiges System nach Ausführungsform 9, wobei der zweite Wert, der dritte Wert und der vierte Wert ausgelegt sind, um den Wert des Verhältnisses von Ausgabedrehmomentzu-Gesamt-RMS-Phasenstrom bei dem ersten Wert des Gesamt-RMS-Stroms zu erhöhen, um die Phasenspannungsausnutzung durch die fünfphasige Maschine zu maximieren.
  12. Fünfphasiges System nach Ausführungsform 8, wobei das Drehmoment-zu-Strom-Abbildungsmodul weiterhin umfasst: ein erstes Stromumwandlungsmodul, welches ausgelegt ist, ein Dritte-Harmonische-RMS-Stromsignal und ein Fundamental-RMS-Stromsignal auf Grundlage des Gesamt-RMS-Stromes und des Dritte-Harmonische-Strominjektionsfaktors zu erzeugen.
  13. Fünfphasiges System nach Ausführungsform 12, wobei das Drehmoment-zu-Strom-Abbildungsmodul weiterhin umfasst: ein zweites Stromumwandlungsmodul, welches ausgelegt ist, die Synchron-Bezugsrahmen-Strombefehlssignale auf Grundlage des Fundamental-RMS-Stromsignals, des Dritte-Harmonische-RMS-Stromsignals, des Fundamental-Stromwinkels und des Dritte-Harmonische-Stromwinkels zu erzeugen.
  14. Fünfphasiges System nach Ausführungsform 7, wobei die Mehrzahl von Synchron-Bezugsrahmen-Strombefehlsignalen weiterhin Dritte-Harmonische-Synchron-Bezugsrahmen-Strombefehlsignale umfasst, und weiterhin umfassend: ein Stationär-zu-Synchron-Transformationsmodul, welches eingerichtet ist, Synchron-Bezugsrahmen-Stromsignale zu erzeugen, umfassend: Fundamental-Synchron-Bezugsrahmen-Stromsignale und Dritte-Harmonische-Synchron-Bezugsrahmen-Stromsignale; und einen Synchronrahmen-Stromregler, welcher eingerichtet ist, um eine Mehrzahl von Synchron-Bezugsrahmen-Spannungsbefehlsignalen auf Grundlage entsprechender Signale der Synchron-Bezugsrahmen-Strombefehlssignale und entsprechender Signale der Synchron-Bezugsrahmen-Stromsignale zu erzeugen.
  15. Fünfphasiges System, welches Dritte-Harmonische-Strominjektion verwendet, wobei das System umfasst: eine fünfphasige Maschine; und eine Steuerschleife, welche die fünfphasige Maschine steuert, wobei die Steuerschleife eingerichtet ist: einen optimierten Fundamental-Stromwinkel eines Fundamental-Stromvektors zu erzeugen, welcher optimiert ist, um einen Gesamt-RMS-Phasenstrom zu reduzieren und ein Verhältnis von Ausgabedrehmoment-zu-Gesamt-RMS-Phasenstrom für einen bestimmten Drehmomentbefehl, Winkelrotorgeschwindigkeit und DC-Eingangsspannung zu erhöhen; und eine Mehrzahl von Synchron-Bezugsrahmen-Strombefehlsignale auf Grundlage des Gesamt-RMS-Phasenstroms und des optimierten Fundamental-Stromwinkels zu erzeugen.
  16. Fünfphasiges System nach Ausführungsform 15, wobei die fünfphasige Maschine einen Rotor aufweist, welcher bei einer Winkelgeschwindigkeit rotiert, und wobei die Steuerschleife eingerichtet ist: eine Kombination von Eingaben zu empfangen, umfassend einen Drehmomentbefehl, Winkelgeschwindigkeit des Rotors und eine DC-Eingabespannung; einen optimierten Fundamental-Stromwinkel eines Fundamental-Stromvektors auf Grundlage der Kombination der Eingänge zu erzeugen; und auf Grundlage des optimierten Fundamental-Stromwinkels die Mehrzahl von Synchron-Bezugsrahmen-Strombefehlssignalen zu erzeugen, umfassend: Fundamental-Synchron-Bezugsrahmen-Strombefehlsignale und Dritte-Harmonische-Synchron-Bezugsrahmen-Strombefehlsignale.
  17. Fünfphasiges System nach Ausführungsform 16, wobei die Steuerschleife umfasst: eine Drehmoment-zu-Strom-Tabelle, welche eingerichtet ist, in Antwort auf die Kombination von Eingaben zu erzeugen: einen ersten Wert für einen Gesamt-Effektivwert(RMS)-Strom entsprechend der Kombination der Eingaben; einen zweiten Wert für einen Dritte-Harmonische-Strominjektionsfaktor; einen dritten Wert für einen Dritte-Harmonische-Stromwinkel; und einen vierten Wert des Fundamental-Stromwinkels, wobei der zweite Wert und der dritte Wert ausgelegt sind, um den vierten Wert des Fundamental-Stromwinkels zu optimieren.
  18. Fünfphasiges System nach Ausführungsform 17, wobei der erste Wert für den Gesamt-RMS-Strom einem bestimmten Drehmoment-/Geschwindigkeits- und DC-Eingangsspannung-Arbeitspunkt entspricht, welcher auf Grundlage der Kombination der Eingaben definiert ist, und wobei der zweite Wert und der dritte Wert ausgelegt sind, um den vierten Wert eines Verhältnisses von Drehmoment-zu-Gesamt-RMS-Phasenstrom bei dem ersten Wert des Gesamt-RMS-Stroms zu erhöhen, um die Phasenspannungsausnutzung durch die fünfphasige Maschine zu maximieren.
  19. Fünfphasiges System nach Ausführungsform 18, wobei die Steuerschleife weiterhin umfasst: ein erstes Stromumwandlungsmodul, welches ausgelegt ist, ein Dritte-Harmonische-RMS-Stromsignal und ein Fundamental-RMS-Stromsignal auf Grundlage des Gesamt-RMS-Stroms und des Dritte-Harmonische-Strominjektionsfaktors zu erzeugen; und ein zweites Stromumwandlungsmodul, welches ausgelegt ist, die Synchron-Bezugsrahmen-Strombefehlssignale auf Grundlage des Fundamental-RMS-Stromsignals, des Dritte-Harmonische-RMS-Stromsignals, des Fundamental-Stromwinkels und des Dritte-Harmonische-Stromwinkels zu erzeugen.
  20. Fünfphasiges System nach Ausführungsform 19, weiterhin umfassend: ein Stationär-zu-Synchron-Transformationsmodul, welches eingerichtet ist, Synchron-Bezugsrahmen-Stromsignale zu erzeugen, umfassend: Fundamental-Synchron-Bezugsrahmen-Stromsignale und Dritte-Harmonische-Synchron-Bezugsrahmen-Stromsignale; und einen Synchronrahmen-Stromregler, welcher eingerichtet ist, um eine Mehrzahl von Synchron-Bezugsrahmen-Spannungsbefehlsignalen auf Grundlage entsprechender Signale der Synchron-Bezugsrahmen-Strombefehlssignale und entsprechender Signale der Synchron-Bezugsrahmen-Stromsignale zu erzeugen.
  21. Verfahren zum Verbessern der Spannungsausnutzung in einem fünfphasigen Vektor-gesteuerten Maschinenantriebssystem, welches eine Dritte-Harmonische-Strominjektion verwendet, um Drehmoment- und Leistungsabgabe von einer fünfphasigen Maschine mit einem Rotor zu erhöhen, welcher bei einer variablen Winkelgeschwindigkeit rotiert, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen einer Kombination von Eingänge umfassend einen Drehmomentbefehl, Winkelgeschwindigkeit des Rotors und einer DC-Eingangsspannung; und Erzeugen, auf Grundlage der Kombination der Eingänge, eines optimierten Fundamental-Stromwinkels eines Fundamental-Stromvektors.
  22. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Erzeugens, auf Grundlage der Kombination von Eingängen, eines optimierten Fundamental-Stromwinkels eines Fundamental-Stromvektors weiterhin umfasst: Erzeugen, auf Grundlage der Kombination von Eingängen: eines ersten Wertes für einen Gesamt-Effektivwert(RMS)-Strom entsprechend der Kombination von Eingängen; eines zweiten Wertes für einen Dritte-Harmonische-Strominjektionsfaktor; eines dritten Wertes für einen Dritte-Harmonische--Stromwinkel; und eines vierten Wertes des Fundamental-Stromwinkels, wobei der zweite Wert und der dritte Wert ausgelegt sind, um den vierten Wert des Fundamental-Stromwinkels zu optimieren.
  23. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der erste Wert für den Gesamt-Effektivwert-Strom einen bestimmten Drehmoment-/Geschwindigkeits- und DC-Eingangsspannungs-Betriebspunkt entspricht, welcher auf Grundlage der Kombination von Eingängen definiert ist.
  24. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der zweite Wert und der dritte Wert ausgelegt sind, um den vierten Wert zu optimieren, um einen Wert eines Verhältnisses von Drehmoment-zu-Gesamt-Effektivwert-Phasenstrom zu erhöhen.
  25. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der zweite Wert, der dritte Wert und der vierte Wert ausgelegt sind, den Wert des Verhältnisses von Ausgabedrehmoment-zu-Gesamt-Effektivwert-Phasenstrom bei dem ersten Wert des Gesamt-Effektivwert-Stromes zu erhöhen, um eine Phasenspannungsausnutzung durch die fünfphasige Maschine zu verbessern.
  26. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Schritt des Erzeugens weiterhin umfasst: Erzeugen eines Dritte-Harmonische-Effektivwert-Stromsignals und eines Fundamental-Effektivwert-Stromsignals auf Grundlage des Gesamt-Effektivwert-Stromes und des Dritte-Harmonische-Strominjektionsfaktors; und auf Grundlage des Fundamental-Effektivwert-Stromsignals, des Dritte-Harmonische-Effektivwert-Stromsignals, des Fundamental-Stromwinkels und des Dritte-Harmonische-Stromwinkels, Erzeugen einer Mehrzahl von Synchron-Bezugsrahmen-Strombefehlsignalen, umfassend: Fundamental-Synchron-Bezugsrahmen-Strombefehlssignale und Dritte-Harmonische-Synchron-Bezugsrahmen-Strombefehlssignale.
  27. Fünfphasiges System, insbesondere zur Verwendung mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend: eine fünfphasige Maschine mit einem Rotor, welcher bei einer variablen Winkelgeschwindigkeit rotiert; und ein Drehmoment-zu-Strom-Abbildungsmodul, welches ausgelegt ist: eine Kombination von Eingängen umfassend einen Drehmomentbefehl, eine Winkelgeschwindigkeit des Rotors und eine DC-Eingangsspannung zu empfangen; auf Grundlage der Kombination von Eingängen einen optimierten Fundamental-Stromwinkel eines Fundamental-Stromvektors zu erzeugen; und auf Grundlage des optimierten Fundamental-Stromwinkels eine Mehrzahl von Synchron-Bezugsrahmen-Strombefehlssignalen zu erzeugen, umfassend: Fundamental-Synchron-Bezugsrahmen-Strombefehlssignale.
  28. Fünfphasiges System nach Anspruch 7, wobei das Drehmoment-zu-Strom-Abbildungsmodul umfasst: eine Drehmoment-zu-Strombefehl-Tabelle, welche ausgelegt ist, um in Antwort auf die Kombination von Eingängen zu erzeugen: einen ersten Wert für einen Gesamt-Effektivwert(RMS)-Strom entsprechend der Kombination von Eingängen; einen zweiten Wert für einen Dritte-Harmonische-Strominjektionsfaktor; einen dritten Wert für einen Dritte-Harmonische-Stromwinkel; und einen vierten Wert des Fundamental-Stromwinkels, wobei der zweite Wert und der dritte Wert ausgelegt sind, den vierten Wert des Fundamental-Stromwinkels zu optimieren.
  29. Fünfphasiges System nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Drehmoment-zu-Strom-Abbildungsmodul weiterhin umfasst: ein erstes Stromumwandlungsmodul, welches ausgelegt ist, ein Dritte-Harmonische-RMS-Stromsignal und ein Fundamental-RMS-Stromsignal auf Grundlage des Gesamt-RMS-Stromes und des Dritte-Harmonische-Strominjektionsfaktors zu erzeugen.
  30. Fünfphasiges System nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Drehmoment-zu-Strom-Abbildungsmodul weiterhin umfasst: ein zweites Stromumwandlungsmodul, welches ausgelegt ist, die Synchron-Bezugsrahmen-Strombefehlssignale auf Grundlage des Fundamental-RMS-Stromsignals, des Dritte-Harmonische-RMS-Stromsignals, des Fundamental-Stromwinkels und des Dritte-Harmonische-Stromwinkels zu erzeugen.
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