DE102013212246A1

DE102013212246A1 - Control device for an asynchronous machine and method for controlling an asynchronous machine

Info

Publication number: DE102013212246A1
Application number: DE102013212246.2A
Authority: DE
Inventors: Martin Braun; Simon Dietrich
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2013-06-26
Publication date: 2015-01-15
Also published as: WO2014206603A3; WO2014206603A2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum feldorientierten Regeln einer Asynchronmaschine, mit den Schritten des Regelns der Statorstromstärke in den Statorsträngen der Asynchronmaschine auf Null, des darauffolgenden Einspeisens von Testsignalpulsen in die Statorstränge der Asynchronmaschine, des Messens einer Stromantwort auf die eingespeisten Testsignalpulse in den Statorsträngen, und des Ermittelns eines Rotorfeldwinkels der Asynchronmaschine auf der Basis der gemessenen Stromantworten.The present invention relates to a method for field-oriented control of an asynchronous machine, comprising the steps of controlling the stator current in the stator strings of the asynchronous machine to zero, then feeding test signal pulses into the stator strings of the asynchronous machine, measuring a current response to the injected test signal pulses in the stator strings, and determining a rotor field angle of the asynchronous machine based on the measured current responses.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für eine Asynchronmaschine und ein Verfahren zum Regeln einer Asynchronmaschine, insbesondere für eine auf einem bei niedrigen Drehzahlen oder im Stillstand ermittelten Rotorwinkel basierende feldorientierte Regelung.The present invention relates to a control device for an asynchronous machine and to a method for controlling an asynchronous machine, in particular for a field-oriented control based on a rotor angle determined at low rotational speeds or at standstill.

Um in einer Asynchronmaschine ein gefordertes Drehmoment präzise einstellen zu können, ist es bei einer feldorientierten Regelung der Asynchronmaschine erforderlich, den Rotorfeldwinkel genau zu kennen. Die Ermittlung eines Rotorfeldwinkels in einer Asynchronmaschine kann dabei entweder über zusätzliche Winkelsensoren oder über ein geberfreies Verfahren erfolgen. Bei der Verwendung eines zusätzlichen Winkelgebers zur Bestimmung des Rotorfeldwinkels müssen zusätzliche Sensoren an der Drehachse der Asynchronmaschine angebracht werden, die ein auswertbares Signal in Abhängigkeit von der Winkelposition der Rotorachse ausgeben. Bei einer alternativen, geberfreien Ermittlung des Rotorfeldwinkels erfolgt die Bestimmung der Rotorlage durch Auswertung von Phasenströmen und Spannungen der Asynchronmaschine. Dabei wird zwischen Verfahren unterschieden, die bei hohen Drehzahlen eine zuverlässige Bestimmung des Rotorfeldwinkels ermöglichen und Verfahren, welche bei niedrigen Drehzahlen und im Stillstand eingesetzt werden können.In order to be able to precisely set a required torque in an asynchronous machine, it is necessary for a field-oriented control of the asynchronous machine to know the rotor field angle exactly. The determination of a rotor field angle in an asynchronous machine can take place either via additional angle sensors or via a sensor-free method. When using an additional angle sensor for determining the rotor field angle additional sensors must be attached to the axis of rotation of the asynchronous machine, which output an evaluable signal as a function of the angular position of the rotor axis. In an alternative, encoder-free determination of the rotor field angle, the rotor position is determined by evaluating phase currents and voltages of the asynchronous machine. A distinction is made between methods that allow reliable determination of the rotor field angle at high speeds and methods that can be used at low speeds and at a standstill.

Rotoren von Asynchronmaschinen sind üblicherweise magnetisch weitgehend isotrop ausgebildet, so dass bei geberlosen Verfahren eine künstliche temporäre magnetische Anisotropie durch das Anlegen von Sättigungspulsen eingesetzt wird, um die Rotorfeldwinkelabhängigkeit einer in Sättigung betriebenen und damit anisotropen Rotorstreuinduktivität ausnutzen zu können. Nach Einspeisung von sättigenden Testsignalpulsen in die Asynchronmaschine kann die Systemantwort in den Phasen der Asynchronmaschine und zur Bestimmung des Rotorfeldwinkels ausgewertet werden.Rotors of asynchronous machines are usually magnetically largely isotropic, so that in sensorless methods, an artificial temporary magnetic anisotropy by the application of saturation pulses is used to exploit the Rotorfeldwinkelabhängigkeit a operated in saturation and thus anisotropic Rotorstreuinduktivität can. After feeding saturating test signal pulses into the asynchronous machine, the system response in the phases of the asynchronous machine and for determining the rotor field angle can be evaluated.

Wie in der Druckschrift Holtz, J.; Pan, H.: „Acquisition of Rotor Anisotropy Signals in Sensorless Position Control Systems“, IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 40, 2004 beschrieben, existieren verschiedene Störeinflüsse, die eine Rotorfeldwinkelbestimmung auf der Basis von anisotropen Rotorstreuinduktivitäten verkomplizieren. Insbesondere der Einfluss sättigender Effekte der Statorstreuinduktivität überlagert die von der Rotorstreuinduktivität verursachten Systemantworten, so dass die Genauigkeit des ermittelten Rotorfeldwinkels verringert wird.As in the publication Holtz, J .; Pan, H .: "Acquisition of Rotor Anisotropy Signals in Sensorless Position Control Systems", IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 40, 2004 described, there are various perturbations that complicate a Rotorfeldwinkelbestimmung on the basis of anisotropic Rotorstreueninduktivitäten. In particular, the influence of saturating effects of the stator leakage inductance superimposes the system responses caused by the rotor leakage inductance, so that the accuracy of the determined rotor field angle is reduced.

Es besteht daher ein Bedarf nach einer Regelvorrichtung für eine Asynchronmaschine und ein Verfahren zum feldorientierten Regeln einer Asynchronmaschine, bei denen geberlose Bestimmungsverfahren eingesetzt werden können und die Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Robustheit der Rotorfeldwinkelbestimmung verbessert werden kann.There is therefore a need for a control device for an asynchronous machine and a method for field-oriented control of an asynchronous machine, in which encoderless determination methods can be used and the accuracy, reliability and robustness of the rotor field angle determination can be improved.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einem ersten Aspekt ein Verfahren zum feldorientierten Regeln einer Asynchronmaschine, mit den Schritten des Regelns der Statorstromstärke in den Statorsträngen der Asynchronmaschine auf Null, des darauffolgenden Einspeisens von Testsignalpulsen in die Statorstränge der Asynchronmaschine, des Messens einer Stromantwort auf die eingespeisten Testsignalpulse in den Statorsträngen, und des Ermittelns eines Rotorfeldwinkels der Asynchronmaschine auf der Basis der gemessenen Stromantworten.The present invention, according to a first aspect, provides a method for field-controlling an asynchronous machine comprising the steps of controlling the stator current in the stator strings of the asynchronous machine to zero, then feeding test signal pulses to the stator strings of the asynchronous machine, measuring a current response to the input test signal pulses in the stator strands, and determining a rotor field angle of the asynchronous machine based on the measured current responses.

Gemäß einem zweiten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine Regelvorrichtung für eine Asynchronmaschine, welche dazu ausgelegt ist, ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung durchzuführen.According to a second aspect, the present invention provides a control device for an asynchronous machine, which is designed to perform a method according to the first aspect of the invention.

Gemäß einem zweiten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein System mit einer Regelvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung sowie einer Asynchronmaschine. Dabei ist die Regelvorrichtung mit der Asynchronmaschine gekoppelt und dazu ausgelegt, die Asynchronmaschine basierend auf dem ermittelten Rotorfeldwinkel anzusteuern.According to a second aspect, the present invention provides a system with a control device according to the second aspect of the invention and an asynchronous machine. In this case, the control device is coupled to the asynchronous machine and designed to control the asynchronous machine based on the determined rotor field angle.

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Verfahren weiterhin den Schritt des Ansteuerns der Asynchronmaschine basierend auf dem ermittelten Rotorfeldwinkel umfassen. Dadurch kann eine feldorientierte geberlose Regelung implementiert werden.According to one embodiment of the method according to the invention, the method may further comprise the step of driving the asynchronous machine based on the determined rotor field angle. As a result, a field-oriented encoderless control can be implemented.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Einspeisen von Testsignalpulsen ein Einspeisen eines Testsignalpulsmusters aus einer Sequenz aus positiven und negativen Testspannungspulsen in einen oder mehrere der Statorstränge umfassen. Insbesondere sättigungsbasierte Testverfahren wie beispielsweise das INFORM-Verfahren können dabei vorteilhafterweise zum Einsatz kommen.According to a further embodiment of the method according to the invention, the feeding of test signal pulses may comprise feeding a test signal pulse pattern from a sequence of positive and negative test voltage pulses into one or more of the stator strings. In particular, saturation-based test methods such as the INFORM method can advantageously be used.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können die von einer feldorientierten Stromregelung vorgegebenen Regelsignale während des Durchführens des Verfahrens ausgesetzt werden.According to a further embodiment of the method according to the invention, the control signals predetermined by a field-oriented current regulation can be suspended during the execution of the method.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Testsignalpulse Spannungspulse aufweisen, welche dazu geeignet sind, die Rotorstreuinduktivität des Rotors der Asynchronmaschine in Sättigung zu bringen.According to a further embodiment of the method according to the invention, the Test signal pulses have voltage pulses which are suitable for bringing the rotor leakage inductance of the rotor of the asynchronous machine into saturation.

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems kann das System weiterhin eine Vielzahl von Stromsensoren aufweisen, welche mit der Regelvorrichtung gekoppelt und dazu ausgelegt sind, die Stromantworten auf die eingespeisten Testsignalpulse in den Statorsträngen zu messen und an die Regelvorrichtung auszugeben.According to an embodiment of the system according to the invention, the system may further comprise a plurality of current sensors coupled to the control device and adapted to measure the current responses to the injected test signal pulses in the stator strands and to output to the control device.

Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.Further features and advantages of embodiments of the invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings.

Es zeigen:Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Systems mit einer Regelvorrichtung für eine Asynchronmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 1 a schematic representation of a system with a control device for an asynchronous machine according to an embodiment of the present invention;

2 ein Ersatzschaltbild für einen Statorstrang einer Asynchronmaschine; und 2 an equivalent circuit diagram for a stator of an asynchronous machine; and

3 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Betrieb einer Asynchronmaschine gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3 a schematic representation of a method for operating an asynchronous machine according to another embodiment of the present invention.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems 10, beispielsweise eines elektrischen Antriebssystems für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, mit einer Regelvorrichtung 8 für eine Asynchronmaschine 4. Die Asynchronmaschine 4 kann dabei eine beliebige Asynchronmaschine, insbesondere ein Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer sein. Vorzugsweise handelt es sich bei der Asynchronmaschine 4 um eine dreiphasige Drehstrom-Asynchronmaschine, die über Phasenleitungen 3a, 3b, 3c von einem Wechselrichter 2 gespeist wird, der wiederum eine Gleichspannung aus einer Gleichspannungsquelle 1, beispielsweise einem Gleichspannungszwischenkreis, einem Gleichrichter oder einer sonstigen Gleichspannungsversorgungseinrichtung wie etwa einer Batterie oder einem Akkumulator bezieht. Die Asynchronmaschine 4 umfasst im Inneren einen drehbar gelagerten Rotor, sowie einen äußeren feststehenden Stator. In dem Stator sind dabei mehrere, gegeneinander äquidistant versetzte Statorstränge 5a, 5b, 5c eingelassen. Diese Statorstränge 5a, 5b, 5c sind beispielsweise als Drahtwicklungen mit entsprechender Statorinduktivität ausgeführt. 1 shows a schematic representation of a system 10 , For example, an electric drive system for an electrically powered vehicle, with a control device 8th for an asynchronous machine 4 , The asynchronous machine 4 can be any asynchronous machine, in particular an asynchronous motor with squirrel cage. Preferably, the asynchronous machine 4 to a three-phase three-phase asynchronous machine, via phase lines 3a . 3b . 3c from an inverter 2 is fed, in turn, a DC voltage from a DC voltage source 1 , For example, relates to a DC voltage link, a rectifier or other DC power supply such as a battery or a rechargeable battery. The asynchronous machine 4 includes inside a rotatably mounted rotor, and an outer fixed stator. In the stator are several, mutually equidistantly staggered stator strands 5a . 5b . 5c admitted. These stator strands 5a . 5b . 5c For example, they are designed as wire windings with corresponding stator inductance.

Die Regelvorrichtung 8 ist mit dem Wechselrichter 2 einerseits sowie der Asynchronmaschine 4 andererseits gekoppelt und kann den Strom in den Statorsträngen 5a, 5b, 5c über Stromsensoren 7b, 7c messen, die mit den Phasenleitungen 3a, 3b, 3c gekoppelt sind. Da die Regelvorrichtung 8 geberlose Rotorfeldwinkelbestimmungsverfahren durchführen kann, kann es dabei vorgesehen sein, lediglich zwei Stromsensoren 7b, 7c an zwei Phasenleitungen 3b, 3c vorzusehen, insbesondere da der Strom in der dritten Phasenleitung 3a, die über den Sternpunkt 6 der Asynchronmaschine 4 mit den zwei ersten Phasenleitungen 3b, 3c gekoppelt ist, aus den anderen gemessenen Strömen abgeleitet werden kann.The control device 8th is with the inverter 2 on the one hand and the asynchronous machine 4 coupled on the other hand, and can the current in the stator strands 5a . 5b . 5c via current sensors 7b . 7c measure that with the phase lines 3a . 3b . 3c are coupled. As the control device 8th can perform encoderless rotor field angle determination method, it can be provided, only two current sensors 7b . 7c on two phase lines 3b . 3c provide, in particular since the current in the third phase line 3a that go beyond the star point 6 the asynchronous machine 4 with the two first phase lines 3b . 3c is coupled, can be derived from the other measured currents.

Die Bestimmung des Rotorfeldwinkels erfolgt durch eine Rotorfeldwinkeldetektion, bei der in kurzer Abfolge Testsignalpulse in einem Testsignalpulsmuster an die Statorstränge 5a, 5b, 5c der Asynchronmaschine 4 angelegt werden. Gleichzeitig werden die Stromantworten in allen oder zumindest einigen der Phasenleitungen 3a, 3b, 3c der Statorstränge 5a, 5b, 5c gemessen. Eine solche Messung der Stromantworten kann beispielsweise durch Ermitteln eines Spannungsabfalls über einem Shunt-Widerstand als Stromsensor 7b, 7c erfolgen. Andere Verfahren zur Ermittlung der Stromantworten in den Statorsträngen 5a, 5b, 5c sind ebenso denkbar. Da sich die Induktivitäten der Phasen in Abhängigkeit vom Rotorfeldwinkel sättigungsbedingt ändern, kann über die Stromantworten daraufhin die genaue Lage des Rotors bestimmt werden. Hierzu macht sich die Rotorfeldwinkeldetektion die Sättigungseigenschaften der Asynchronmaschine 4 zunutze, die unter anderem durch das Rotorfeld bedingt sind.The rotor field angle is determined by a rotor field angle detection, in which test signal pulses in a test signal pulse pattern are applied to the stator strings in a short sequence 5a . 5b . 5c the asynchronous machine 4 be created. At the same time, the current responses will be in all or at least some of the phase lines 3a . 3b . 3c the stator strands 5a . 5b . 5c measured. Such a measurement of the current responses can, for example, by determining a voltage drop across a shunt resistor as a current sensor 7b . 7c respectively. Other methods for determining the current responses in the stator strands 5a . 5b . 5c are also conceivable. Since the inductances of the phases change as a function of the rotor field angle due to saturation, then the exact position of the rotor can be determined via the current responses. For this purpose, the rotor field angle detection makes the saturation properties of the asynchronous machine 4 exploited, which are partly due to the rotor field.

Beispielsweise legt die Regelvorrichtung 8 zur Erzeugung von Spannungsimpulsen hierzu in einer kurzen Abfolge zwei Spannungsimpulse unterschiedlichen Vorzeichens an. Zum Beispiel kann in kurzer Abfolge zunächst ein positiver und anschließend ein negativer Spannungsimpuls in eine beliebige Richtung angelegt werden. Daraufhin werden durch die Stromsensoren 7b, 7c die resultierenden Stromantworten in den Statorsträngen 5a, 5b, 5c der Asynchronmaschine 4 gemessen. Die Regelvorrichtung 8 wertet dann die Stromantworten aus und ermittelt daraus den aktuellen Rotorfeldwinkel, welcher für eine feldorientierte Regelung der Asynchronmaschine 4 genutzt werden kann.For example, the control device sets 8th for the generation of voltage pulses for this purpose in a short sequence two voltage pulses of different sign. For example, in a short sequence first a positive and then a negative voltage pulse can be applied in any direction. Thereupon are by the current sensors 7b . 7c the resulting current responses in the stator strings 5a . 5b . 5c the asynchronous machine 4 measured. The control device 8th then evaluates the current responses and determines therefrom the current rotor field angle, which is for a field-oriented control of the asynchronous machine 4 can be used.

Ein beispielhaftes Rotorfeldwinkeldetektionsverfahren ist die sogenannte indirekte Flussermittlung durch Online-Reaktanz-Messung (INFORM). Dabei werden Stromanstiege aufgrund von eingespeisten Spannungspulsen ausgewertet, wobei sich der Stromänderungszeiger bei drehendem Rotor entlang einer offsetbehafteten Kreisbahn bewegt. Da die Bahngeschwindigkeit der doppelten Rotorgeschwindigkeit entspricht, kann durch eine Kombination von Messungen eine offsetfreie Kreisbahn ermittelt werden. Die ermittelte Rotorposition unterscheidet zwar nicht zwischen der Nord- und Süd-Richtung des Rotors, das heißt die ermittelte Rotorlage weist eine doppelte Periodizität gegenüber der mechanischen Lage des Rotors auf. Diese Zweideutigkeit kann jedoch über zwei weitere gerichtete Sättigungspulse, beispielsweise einmalig beim Startvorgang der Asynchronmaschine 4 aufgelöst werden. An exemplary rotor field angle detection method is the so-called indirect flux determination by online reactance measurement (INFORM). In this case, current increases are evaluated on the basis of supplied voltage pulses, with the current change pointer moving with the rotor rotating along an offset circular path. Since the path speed is twice the rotor speed, a combination of measurements can be used to determine an offset-free circular path. Although the determined rotor position does not distinguish between the north and south direction of the rotor, that is, the determined rotor position has a double periodicity compared to the mechanical position of the rotor. This ambiguity can, however, two more directional saturation pulses, for example, once during the starting process of the asynchronous machine 4 be dissolved.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines Transformator-Ersatzschaltbilds eines Statorstrangs einer Asynchronmaschine, beispielsweise der Asynchronmaschine 4 in 1. Die Eingangsspannung Uin in den Statorstrang erzeugt einen Statorstrom, der durch die Statorinduktivität Lp fließt. Die Statorstreuinduktivität Ls sowie die Rotorstreuinduktivität Lr können jeweils von der Statorinduktivität Lp entkoppelt und in den Strompfad in Reihenschaltung integriert dargestellt werden, ebenso wie die Ohmschen Widerstandsanteile Rs des Stators. Das Ersatzschaltbild des Statorstrangs auf der sekundären Seite der Statorinduktivität Lp kann als über einen Kurzschlusswiderstand Rk kurzgeschlossen betrachtet werden, wobei zwischen den Ohmschen Widerstandsanteilen Rr des Rotors und dem Kurzschlusswiderstand Rk folgende Beziehung herrscht: Rr + Rk = Rr‘ + Rr‘·(1 – S)/S = Rr‘/S, wobei Rr‘ der Ohmschen Widerstand des Rotors im Stillstand und S der drehzahlabhängige Schlupf des Rotors ist. 2 shows a schematic representation of a transformer equivalent circuit diagram of a stator of an asynchronous machine, such as the asynchronous machine 4 in 1 , The input voltage Uin into the stator train generates a stator current that flows through the stator inductance Lp. The stator leakage inductance Ls and the rotor leakage inductance Lr can each be decoupled from the stator inductance Lp and integrated into the current path in series, as well as the ohmic resistance components Rs of the stator. The equivalent circuit diagram of the stator strand on the secondary side of the stator inductance Lp can be regarded as being short-circuited via a short circuit resistance Rk, the relationship between the ohmic resistance parts Rr of the rotor and the short circuit resistance Rk being as follows: Rr + Rk = Rr '+ Rr' * (1-S) / S = Rr '/ S where Rr 'is the ohmic resistance of the rotor at standstill and S is the speed-dependent slip of the rotor.

Da die Statorinduktivität Lp jeweils erheblich größer als die Statorstreuinduktivität Ls und die Rotorstreuinduktivität Lr ist, ergibt sich für hochfrequente Signale wie beispielsweise Testpulse als niederimpedanter Strompfad der Pfad (im Uhrzeigersinn) durch die Masche aus Rotorwiderstand Rs, Statorstreuinduktivität Ls, Rotorstreuinduktivität Lr, Rotorwiderstand Rr und Kurzschlusswiderstand Rk. Nur ein geringer Teil des Stroms wird dabei durch die (bestromte) Statorinduktivität Lp fließen. Transiente Spannungspulse erzeugen Stromantworten abhängig von der rotorfeldabhängigen Sättigung der Rotorstreuinduktivität Lr woei von der statorfeldabhängigen Sättigung der Statorstreuinduktivität Ls, wodurch sich Störsignale der Statorstreuinduktivität Ls auf die Stromantwort ergeben und die Rotorfeldwinkelbestimmung dadurch unzuverlässiger und ungenauer werden kann.Since the stator inductance Lp is in each case considerably larger than the stator leakage inductance Ls and the rotor leakage inductance Lr, the path (clockwise) for the high-frequency signals such as test pulses as a low-impedance current path results through the loop of rotor resistance Rs, stator leakage inductance Ls, rotor leakage inductance Lr, rotor resistance Rr and Short circuit resistance Rk. Only a small part of the current will flow through the (energized) stator inductance Lp. Transient voltage pulses generate current responses as a function of the rotor field-dependent saturation of the rotor leakage inductance Lr woei of the stator field dependent saturation of the stator leakage inductance Ls, resulting in spurious signals of the stator leakage Ls on the current response and the rotor field angle determination can be unreliable and inaccurate.

Vorteilhaft ist es daher vor dem Einspeisen der Testsignalpulse, beispielsweise von Spannungspulsmustern in die Statorstränge 5a, 5b, 5c, den Statorstrom kurzzeitig auf Null zu regeln. Dadurch wird der Strom in der Statorstreuinduktivität Ls sehr rasch abgebaut. Gleichzeitig fließt aufgrund des wesentlich größeren Induktivitätswerts der Statorinduktivität Lp der Strom weiterhin in der Masche aus Statorinduktivität Lp, Rotorstreuinduktivität Lr und Kurzschlusswiderstand Rk, wobei der Strom in dieser Masche in Gegenuhrzeigersinn kommutiert wird. In dem Zeitraum, nachdem der Strom in der Statorstreuinduktivität Ls bereits abgebaut worden ist, der Strom durch die Statorinduktivität Lp jedoch auf die Rotorstreuinduktivität Lr kommutiert worden ist, bis zum Abbau des Stroms in der Statorinduktivität Lp, werden Sättigungseffekte in der Rotorstreuinduktivität Lr erzielt, während die Statorstreuinduktivität Ls jedoch nicht mehr in Sättigung ist. Dieser Zeitraum kann dann für das Anlegen von Testsignalpulsen genutzt werden.It is therefore advantageous before feeding the test signal pulses, for example, voltage pulse patterns in the stator strands 5a . 5b . 5c to temporarily regulate the stator current to zero. As a result, the current in the stator leakage inductance Ls is degraded very rapidly. At the same time, owing to the much larger inductance value of the stator inductance Lp, the current continues to flow in the loop of stator inductance Lp, rotor leakage inductance Lr and short-circuit resistance Rk, the current in this mesh being commutated counterclockwise. However, in the period after the current in the stator leakage inductance Ls has already decreased, the current through the stator inductance Lp has been commutated to the rotor leakage inductance Lr until the current in the stator inductance Lp is reduced, saturation effects in the rotor leakage inductance Lr are achieved however, the stator leakage inductance Ls is no longer in saturation. This period can then be used for the creation of test signal pulses.

Das birgt den Vorteil, dass in der unbestromten Statorstreuinduktivität Ls keine sättigungsbedingten Induktivitätsänderungen mehr auftreten können, die sich der Messung der Stromantworten als ungewollte Störungen überlagern können. Aus den resultierenden Stromantworten der Maschinenphasen kann dann der Rotorfeldwinkel in wesentlich genauerer und zuverlässigerer Weise bestimmt werden. Nach der Bestimmung des Rotorfeldwinkels kann der Statorstrom dann wieder auf den gewünschten Sollwert für den Antrieb der Asynchronmaschine 4 geregelt werden.This has the advantage that in the de-energized Statorstreuinduktivität Ls no saturation induced changes in inductance can occur more that can be superimposed on the measurement of the current responses as unwanted disturbances. From the resulting current responses of the machine phases, the rotor field angle can then be determined in a much more accurate and reliable manner. After determining the rotor field angle, the stator current can then return to the desired setpoint value for the drive of the asynchronous machine 4 be managed.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens 20 zum feldorientierten Regeln einer Asynchronmaschine, beispielsweise der Asynchronmaschine 4 in 1. In einem ersten Schritt 21 kann ein Regeln der Statorstromstärke in den Statorsträngen 5a; 5b; 5c der Asynchronmaschine 4 auf Null erfolgen. Darauffolgend werden in Schritt 22 Testsignalpulsen in die Statorstränge 5a; 5b; 5c der Asynchronmaschine 4 eingespeist, die Stromantworten in den Statorsträngen 5a; 5b; 5c erzeugen, die in Schritt 23 gemessen werden können. In Schritt 24 wird schließlich der Rotorfeldwinkel der Asynchronmaschine 4 auf der Basis der gemessenen Stromantworten bestimmt. Optional kann die Asynchronmaschine 4 basierend auf dem ermittelten Rotorfeldwinkel in Schritt 25 angesteuert werden, beispielsweise durch die Regelvorrichtung 8 in 1. 3 shows a schematic representation of a method 20 for field-oriented control of an asynchronous machine, for example, the asynchronous machine 4 in 1 , In a first step 21 can be a regulation of the stator current in the stator strings 5a ; 5b ; 5c the asynchronous machine 4 to zero. The following will be in step 22 Test signal pulses in the stator strings 5a ; 5b ; 5c the asynchronous machine 4 fed, the current responses in the stator strands 5a ; 5b ; 5c generate that in step 23 can be measured. In step 24 finally becomes the rotor field angle of the asynchronous machine 4 determined on the basis of the measured current responses. Optionally, the asynchronous machine 4 based on the determined rotor field angle in step 25 be controlled, for example by the control device 8th in 1 ,

Das Einspeisen von Testsignalpulsen kann ein Einspeisen eines Testsignalpulsmusters aus einer Sequenz aus positiven und negativen Testspannungspulsen in einen oder mehrere der Statorstränge 5a; 5b; 5c umfassen, beispielsweise gemäß dem oben erläuterten INFORM-Verfahren. Dieses Einspeisen kann durchgeführt werden, während die von einer feldorientierten Stromregelung vorgegebenen Regelsignale ausgesetzt werden, das heißt in einer Ansteuerungspause. Die Testsignalpulse weisen vorzugsweise Spannungspulse auf, welche dazu geeignet sind, die Rotorstreuinduktivität Lr des Rotors der Asynchronmaschine 4 in Sättigung zu bringen.The feeding of test signal pulses may include injecting a test signal pulse pattern from a sequence of positive and negative test voltage pulses into one or more of the stator strings 5a ; 5b ; 5c include, for example, according to the above-explained INFORM method. This feeding can be performed while the control signals given by a field-oriented current control are suspended, that is to say in a drive pause. The test signal pulses preferably have voltage pulses which are suitable for the rotor leakage inductance Lr of the rotor of the asynchronous machine 4 bring to saturation.

Das Verfahren 20 eignet sich besonders für Asynchronmaschinen im niedrigen Drehzahlbereich oder im Stillstand, mit dem ein störsicherer und robuster Betrieb einer magnetisch aufgebauten Asynchronmaschine 4 ohne mechanischen Dreh- oder Lagegeber implementiert werden kann.The procedure 20 is particularly suitable for asynchronous machines in the low speed range or at standstill, with the interference-proof and robust operation of a magnetically constructed asynchronous 4 can be implemented without mechanical rotary or position encoder.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Holtz, J .; Pan, H .: "Acquisition of Rotor Anisotropy Signals in Sensorless Position Control Systems", IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 40, 2004 [0004]

Claims

Procedure ( 20 ) for field-oriented control of an asynchronous machine ( 4 ), with the steps: Rules ( 21 ) of the stator current in the stator strings ( 5a ; 5b ; 5c ) of the asynchronous machine ( 4 ) to zero; subsequent feeding ( 22 ) of test signal pulses in the stator strands ( 5a ; 5b ; 5c ) of the asynchronous machine ( 4 ); Measure up ( 23 ) a current response to the injected test signal pulses in the stator strands ( 5a ; 5b ; 5c ); and determining ( 24 ) of a rotor field angle of the asynchronous machine ( 4 ) based on the measured current responses.

Procedure ( 20 ) according to claim 1, further comprising the step of: driving ( 25 ) of the asynchronous machine ( 4 ) based on the determined rotor field angle.

Procedure ( 20 ) according to one of claims 1 and 2, wherein the feeding ( 22 ) of test signal pulses, feeding a test signal pulse pattern from a sequence of positive and negative test voltage pulses into one or more of the stator strings ( 5a ; 5b ; 5c ).

Procedure ( 20 ) according to one of claims 1 to 3, wherein the control signals predetermined by a field-oriented current regulation during the execution of the method ( 20 ) get abandoned.

Procedure ( 20 ) according to one of claims 1 to 4, wherein the test signal pulses have voltage pulses which are suitable for the rotor leakage inductance of the rotor of the asynchronous machine ( 4 ) to saturate.

Regulating device ( 8th ) for an asynchronous machine ( 4 ), the control device ( 8th ) is adapted to perform a method according to any one of claims 1 to 5.

System ( 10 ), comprising: a control device ( 8th ) according to claim 6; and an asynchronous machine ( 4 ), the control device ( 8th ) with the asynchronous machine ( 4 ) and is adapted to the asynchronous machine ( 4 ) based on the determined rotor field angle to control.

System ( 10 ) according to claim 7, further comprising: a plurality of current sensors ( 7b ; 7c ), which with the control device ( 8th ) and are adapted to the current responses to the injected test signal pulses in the stator strands ( 5a ; 5b ; 5c ) and to the control device ( 8th ).